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タワー状の構造物に発生する特異な空力振動現象メカニズム

塔状结构中发生的独特气动振动现象机制

基本信息

批准号：
09750563
负责人：
北川徹哉
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

塔状円柱構造物では渦励振の発現風速よりも数倍高い風速域において「高風速渦励振」が発現する.本研究においては高風速渦励振の励振源を調べるために,塔状円柱の風圧実験模型を製作し風洞実験を行った.まず、円柱全体に作用する風圧変動の特性を調べた結果,自由端近傍に周波数の低い圧力変動成分が存在することが明らかとなった.そこで自由端近傍の圧力変動を緻密に調べるために,模型頂部近傍に圧力タップを集中的に配置した模型を用いて実験を行った.すると,カルマン渦の放出振動数の約1/3の周波数を有する圧力変動が検出された.この周波数は,既往の研究において高風速渦励振の励振源であると推測されていた「自由端渦」の周波数に一致していた.したがって,自由端渦は空気力として模型の頂部近傍のみに作用することが明らかとなった.また,圧力模型実験のデータを用いてアニメーションを作成し,頂部近傍に作用する空気力の時間的推移を観察したところ,自由端渦は非定常的に発生する傾向がみられた.この現象を定量的に捉えるために,頂部近傍の圧力変動データにPOD解析を適用した.自由端渦の作用形状が1次モードとして抽出された.次に,この1次モードの時刻歴にウエーブレット変換を適用した.自由端渦は模型の片側から数回連続的に発生した後,発生領域が反対側へ移り,数回連続的に発生するという性質を有することが明らかとなった.さらに,得られた変動圧力データから模型全体に作用する空気力を求め,円柱ロッキング模型を対象とする応答解析を行った.高風速渦励振の発現風速および振幅は実験値とほぼ一致した.この結果は,自由端渦が高風速渦励振の励振源であることを実証するものである.

The vortex excitation of tower structure occurs at several times high wind speed. In this study, the excitation source of high wind speed vortex excitation is modulated, and the wind pressure model of tower column is fabricated and implemented. As a result of the adjustment of the wind pressure variation characteristics of the whole cylinder, the low pressure variation component of the frequency near the free end exists. The pressure near the free end is adjusted to be dense, and the pressure near the top of the model is concentrated. The number of vibrations emitted by the vortex is about 1/3 of the number of cycles. The frequency of this kind of vibration is different from that of previous studies, and it is speculated that the frequency of "free end vortex" is consistent with that of high wind velocity vortex excitation. The free end vortex acts on the air force near the top of the model. In addition, the pressure force model is constructed to investigate the time lapse of the air force acting near the top, and the tendency of the free end vortex to generate unsteady. This phenomenon is quantitative, and the pressure near the top is dynamic. The action shape of the free end vortex is the first order. Next time, the first time the time to change it, it is applicable. The free end vortex is generated in the opposite direction of the plate side of the model. For example, if you want to use the software, you can use the software. High wind speed vortex excitation occurs at high wind speeds. The results show that the excitation source of high wind velocity vortex excitation is free end vortex.