扁平箱梁颤振后状态的振幅依存性研究 被引量：10

1

作者 伍波 王骑 廖海黎 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期96-106,共11页

以舟岱通道大桥扁平箱梁断面为对象,通过节段模型风洞试验详细测试了该断面在风速超过颤振临界点后,振幅随风速变化的颤振后振动特性。基于变振幅的运动时程,阐释了气动阻尼、相位差及颤振导数等参数的振幅依存特性,提出了变振幅条件下... 以舟岱通道大桥扁平箱梁断面为对象,通过节段模型风洞试验详细测试了该断面在风速超过颤振临界点后,振幅随风速变化的颤振后振动特性。基于变振幅的运动时程,阐释了气动阻尼、相位差及颤振导数等参数的振幅依存特性,提出了变振幅条件下的各参数的识别方法,指出了影响扁平箱梁颤振后特性的主要因素,并利用耦合颤振闭合解法进行了验证。研究结果表明:扁平箱梁在颤振后的振动过程中,气动阻尼具有明显的振幅依存性,相位差的振幅依存性较弱,振幅比基本不具有振幅依存性;颤振导数A*2随振幅变化而显著变化,是影响气动阻尼改变的最主要因素,其余颤振导数具有一定的振幅依存性,但对气动阻尼的影响较小。最后从气动阻尼随振幅变化的角度初步阐释了扁平箱梁在颤振后发生不同振动现象的动力学机理,并从气动阻尼曲线存在多个零点的角度解释了扁平箱梁在同一风速下具有多个稳定振幅点的可能性。 展开更多

关键词 桥梁工程 扁平箱梁 风洞试验 振幅依存性 颤振后 气动阻尼

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π型叠合梁颤振试验及数值研究 被引量：5

2

作者 汪志雄 张志田 +1 位作者 吴长青 郄凯 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第2期301-310,共10页

基于某π型叠合梁断面进行了颤振试验及颤振导数试验,试验结果表明断面的颤振形式是极限环振动(LCO)而非发散振动;分析了断面的后颤振极限环及频率演变特性;采用了基于阶跃函数的后颤振自激力模型并通过试验验证了其在计算颤振临界风速... 基于某π型叠合梁断面进行了颤振试验及颤振导数试验,试验结果表明断面的颤振形式是极限环振动(LCO)而非发散振动;分析了断面的后颤振极限环及频率演变特性;采用了基于阶跃函数的后颤振自激力模型并通过试验验证了其在计算颤振临界风速及后颤振幅值方面的精度及可靠性,进一步分析了数值计算和试验两者之间产生误差的成因;对比分析了几何非线性在后颤振数值计算中的作用;采用伪稳态自激力分离法解决平均风荷载重复计入的问题;研究了在+3°攻角下不同结构阻尼比对π型断面颤振临界风速及后颤振幅值演变的影响,研究表明π型断面的颤振和后颤振对结构阻尼具有较大的依赖性。数值计算结果表明,采用阶跃函数自激力模型成功地实现了平均风效应及几何非线性的时域分析,为分析大跨径桥梁的非线性后颤振性能提供理论依据及求解策略。 展开更多

关键词 风洞试验 后颤振 非线性 阶跃函数 极限环

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钢桁梁断面大幅后颤振结构和气动阻尼非线性特性风洞试验

3

作者 韩艳 宋俊 +1 位作者 李凯 胡朋 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期56-66,共11页

通过大振幅的自由振动风洞试验,研究典型钢桁主梁断面节段模型单自由度扭转和两自由度竖向扭转系统的后颤振特性,量化结构和气动阻尼随振幅的非线性演化规律,并从该角度揭示钢桁主梁断面发生极限环颤振的机制;通过对比单自由度和两自由... 通过大振幅的自由振动风洞试验,研究典型钢桁主梁断面节段模型单自由度扭转和两自由度竖向扭转系统的后颤振特性,量化结构和气动阻尼随振幅的非线性演化规律,并从该角度揭示钢桁主梁断面发生极限环颤振的机制;通过对比单自由度和两自由度系统的颤振行为,分析了竖向自由度对非线性极限环颤振的影响,并揭示其影响机制。此外,进一步探究了结构阻尼和弯扭频率比对非线性极限环颤振的影响。研究结果表明:结构阻尼和气动阻尼对振幅的依赖性是诱发非线性极限环颤振的主要原因;相对单自由度系统,竖向自由度的参与向两自由度系统引入了一个偏线性的竖向耦合气动负阻尼,会降低系统的稳定性,使得两自由度系统的颤振临界风速低于单自由度系统,同时也使得极限环颤振振幅大于单自由度系统,因此颤振分析中不可随意忽略竖向自由度;增加结构阻尼能够显著提升钢桁主梁断面的颤振临界风速,并降低后颤振极限环振动的振幅。 展开更多

关键词 桥梁工程 后颤振 风洞试验 钢桁加劲梁 极限环振动 非线性阻尼

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扭弯频率比对π型断面节段模型后颤振特性的影响 被引量：1

4

作者 张志田 汪志雄 +1 位作者 郄凯 谭卜豪 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期1268-1275,共8页

以某π型断面桥梁为对象,通过弹性悬挂节段模型风洞试验,识别了机械阻尼随振幅的非线性演变特性。在此基础上,研究了扭弯频率比为0.872,0.971,0.988,1.035,1.085,1.245六种情况下的颤振临界风速及非线性后颤振振动特性。试验结果表明模... 以某π型断面桥梁为对象,通过弹性悬挂节段模型风洞试验,识别了机械阻尼随振幅的非线性演变特性。在此基础上,研究了扭弯频率比为0.872,0.971,0.988,1.035,1.085,1.245六种情况下的颤振临界风速及非线性后颤振振动特性。试验结果表明模型在来流风速超过临界风速后出现极限环振动,且极限环振动的幅值随风速增加而增大。扭弯频率比对模型气弹响应的多方面特性均有实质性的影响,包括颤振临界风速、后颤振极限环振动幅值、后颤振幅值随风速的演变路径、竖向与扭转的耦合程度以及颤振的“软硬”性质等等。研究结果表明,颤振发生时,竖向与扭转自由度以同频率但非零相位差的形式进行耦合,且相位差随风速与扭弯频率比的变化显著。受气动刚度影响,模型扭转振动频率随风速的增加单调下降,但即使对于初始扭弯频率比小于1的情况,颤振时仍然以竖向与扭转自由度耦合的形式发生,这一点与流线型断面的经典耦合颤振有明显的不同。该研究也反映了现行的公路桥梁抗风设计规范在体现扭弯频率比影响方面的不足。 展开更多

关键词 桥梁 风洞试验 后颤振 耦合特性 极限环振动

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平均风效应对悬索桥全过程颤振性能的影响研究 被引量：2

5

作者 吴长青 吴肖波 张志田 《桥梁建设》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期94-101,共8页

为准确评估大跨悬索桥的颤振性能,建立平均风与气弹效应一体化气动力时域模型,研究平均风效应对悬索桥颤振临界风速与后颤振响应特性的影响。采用阶跃函数法建立悬索桥加劲梁断面的气动自激力时域模型,并通过伪稳态气动力扣除法解决时... 为准确评估大跨悬索桥的颤振性能,建立平均风与气弹效应一体化气动力时域模型,研究平均风效应对悬索桥颤振临界风速与后颤振响应特性的影响。采用阶跃函数法建立悬索桥加劲梁断面的气动自激力时域模型,并通过伪稳态气动力扣除法解决时域分析中直接叠加气动自激力与平均风荷载会导致部分气动力被重复考虑的问题,从而构建平均风与气弹效应一体化气动力时域模型。以某大跨悬索桥为背景,基于该模型分析该桥加劲梁的颤振临界风速和后颤振性能。结果表明:平均风效应对加劲梁颤振临界风速具有一定的影响,考虑平均风效应后,加劲梁颤振临界风速稍有提高;平均风效应对加劲梁后颤振响应特性影响显著,考虑平均风效应后,加劲梁后颤振响应达到稳态极限环振动(LCO)所需的时间比不考虑平均风效应时明显缩短,且最终的LCO幅值也有所增大;后颤振频率随着风速的增加呈现递减趋势,相同风速下,考虑平均风效应时的振动频率比不考虑时有所降低。 展开更多

关键词 悬索桥 平均风效应 气弹效应 自激力时域模型 颤振临界风速 后颤振性能 稳态极限环振动 有限元法

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基于节段模型风洞试验的边主梁断面钢-混结合梁悬索桥后颤振特性研究 被引量：1

6

作者 刘曙光 黄智文 肖晨 《桥梁建设》 EI CSCD 北大核心 2023年第S02期79-87,共9页

为研究边主梁断面钢-混结合梁悬索桥后颤振特性,以某三塔四跨边主梁断面钢-混结合梁悬索桥为背景,对1∶60钢-混结合梁缩尺节段模型开展风洞试验,分析其颤振稳定性及后颤振响应特征,并研究结构阻尼、气动措施及阻尼-气动组合措施对钢-混... 为研究边主梁断面钢-混结合梁悬索桥后颤振特性,以某三塔四跨边主梁断面钢-混结合梁悬索桥为背景,对1∶60钢-混结合梁缩尺节段模型开展风洞试验,分析其颤振稳定性及后颤振响应特征,并研究结构阻尼、气动措施及阻尼-气动组合措施对钢-混结合梁后颤振响应特征的影响。结果表明:节段模型在负风攻角下颤振稳定性较好,但在正风攻角下易发生后颤振,颤振临界风速较低,极限环振动稳态振幅随风速增大而增大,且增长较快;后颤振响应具有明显的弯扭耦合特征,且竖向振动参与程度随风速增大而增大,耦合振动频率随风速增大而减小,在正风攻角下相位差为10°~40°,在0°风攻角下相位差可以忽略;增加结构阻尼或安装气动措施均能有效提升钢-混结合梁颤振起振和临界风速,其中气动措施的提升效果更显著,且两者控制效果可以叠加。 展开更多

关键词 悬索桥 边主梁断面钢-混结合梁 节段模型 后颤振特性 结构阻尼 气动措施 风洞试验

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考虑几何非线性的桥梁后颤振极限环特性 被引量：11

7

作者 吴长青 张志田 张伟峰 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1-10,共10页

根据桥梁断面的试验颤振导数,采用阶跃函数模拟了自激力的时域表达式,并推导了便于时域分析的自激力递推公式.采用APDL语言编制了颤振时域分析的程序并在ANSYS中实现.时域分析表明,几何非线性效应对桥梁颤振临界状态影响甚微,而对其后... 根据桥梁断面的试验颤振导数,采用阶跃函数模拟了自激力的时域表达式,并推导了便于时域分析的自激力递推公式.采用APDL语言编制了颤振时域分析的程序并在ANSYS中实现.时域分析表明,几何非线性效应对桥梁颤振临界状态影响甚微,而对其后颤振性能影响很大.线性理论揭示的后颤振响应是一种典型的发散现象,而计入几何非线性效应后,后颤振响应最终演变为小振幅的极限环振动(LCO).此外,能量分析表明,线性发散振动的结构储能不断增加,而考虑几何非线性时,结构储能维持在一个较低水平(LCO状态).相比线性发散造成的灾难性毁灭而言,LCO只会对结构产生累积损伤;鉴于此,还需要综合考虑材料的强度及疲劳特性等因素,才能进一步评估桥梁结构的安全性与稳定性. 展开更多

关键词 后颤振 时域分析 极限环 几何非线性 能量

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大跨度桥梁颤振后状态气动稳定性 被引量：11

8

作者 王骑 廖海黎 +1 位作者 李明水 马存明 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期983-988,共6页

为了能对大跨度桥梁颤振后主梁的运动形式给出合理解释,选取大振幅下流线型箱梁断面的4种典型非线性气动力工况,基于非线性气动力和非线性振动微分方程,应用四阶龙格-库塔算法,分析了大跨度桥梁主梁在大振幅条件下的气动稳定性.结果表明... 为了能对大跨度桥梁颤振后主梁的运动形式给出合理解释,选取大振幅下流线型箱梁断面的4种典型非线性气动力工况,基于非线性气动力和非线性振动微分方程,应用四阶龙格-库塔算法,分析了大跨度桥梁主梁在大振幅条件下的气动稳定性.结果表明:大跨度桥梁主梁在颤振后的不同振幅和折算风速条件下可出现不同的运动形式;若气动力仅做负功或负功显著大于正功,主梁振动将收敛;若气动力仅做正功或正功显著大于负功,主梁振动将发散;若气动力做的正负功相当,主梁振动将由于结构阻尼缓慢收敛;若气动力正功与相同周期内结构消耗的能量相等,主梁将发生等幅振动;若不考虑气动力的非线性项,桥梁振动可能发散. 展开更多

关键词 颤振后 非线性微分方程 四阶龙格-库塔算法 非线性气动稳定性

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平均风与气弹效应一体化的桥梁非线性后颤振分析 被引量：7

9

作者 吴长青 张志田 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期399-410,共12页

提出了一种一体化考虑平均风效应与非线性气弹效应的桥梁后颤振时域数值算法。引入多阶段阶跃函数的概念来描述断面不同运动振幅状态下的气弹性能,即模拟了随振幅演变的非线性气弹效应。后颤振时域算法的实现需要解决两大基本问题:不同... 提出了一种一体化考虑平均风效应与非线性气弹效应的桥梁后颤振时域数值算法。引入多阶段阶跃函数的概念来描述断面不同运动振幅状态下的气弹性能,即模拟了随振幅演变的非线性气弹效应。后颤振时域算法的实现需要解决两大基本问题:不同阶段的阶跃函数之间的平滑切换以及平均风效应与气弹效应之间的有效融合。为了避免不同阶段阶跃函数突然切换所引起的非物理瞬态响应,采取了平行激励的求解策略,即所有阶段的阶跃函数同时并独立地参与气动自激力的计算,得到各个阶段对应的气动自激力,任意时刻的气动自激力则通过对某相邻的两个阶段的气动自激力进行插值得到。此外,引入伪稳态效应分离法,解决了平均风荷载与气弹效应之间的不相容问题。数值算例分析表明,提出的数值算法成功地实现了一体化考虑平均风效应与非线性气弹效应的时域分析,也为大跨度桥梁的非线性后颤振性能及强健性分析提供了理论基础与求解思路。 展开更多

关键词 桥梁工程 后颤振 气弹非线性 多阶段阶跃函数 伪稳态效应

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桁架加劲梁悬索桥后颤振特性节段模型试验研究 被引量：5

10

作者 张瑞林 杨鸿波 +2 位作者 刘志文 杨健 陈政清 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期1-8,19,共9页

以某主跨为1100 m桁架加劲梁悬索桥为工程依托,采用弹性悬挂节段模型风洞试验方法,对桁架梁后颤振特征与机理进行研究。对桁架梁节段模型试验系统的结构动力参数进行测试;在不同风攻角下进行了桁架梁节段模型颤振试验研究;从非线性阻尼... 以某主跨为1100 m桁架加劲梁悬索桥为工程依托,采用弹性悬挂节段模型风洞试验方法,对桁架梁后颤振特征与机理进行研究。对桁架梁节段模型试验系统的结构动力参数进行测试;在不同风攻角下进行了桁架梁节段模型颤振试验研究;从非线性阻尼角度对桁架梁节段模型极限环振动机理进行探讨。结果表明:在振幅较大时,桁架梁节段模型试验系统存在较为明显的阻尼非线性以及轻微的刚度非线性;在各试验风攻角下,桁架梁节段模型后颤振现象均表现为极限环振动,风攻角对颤振临界风速与振幅随风速增长的斜率均有显著影响;桁架梁节段模型极限环振动具有弯扭耦合特性,并且弯扭耦合程度随振幅增大而增强;对于桁架梁节段模型试验,结构阻尼非线性是后颤振限幅的有利因素,而气动阻尼非线性在不同风攻角下作用效果不同。 展开更多

关键词 悬索桥 桁架加劲梁 后颤振 非线性阻尼 风洞试验

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流线箱梁弯扭耦合气动力非线性特性与颤振行为预测

11

作者 赵林 王达 +2 位作者 方根深 崔巍 葛耀君 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期273-282,共10页

传统大跨度桥梁空气动力学颤振分析忽略了结构和气动力非线性,多用于预测颤振临界风速而难于对颤振后行为进行合理分析。为此,通过强迫振动试验对气动力叠加性进行详细考证,阐明其适用范围。在传统复模态特征值分析中引入了随幅值变化... 传统大跨度桥梁空气动力学颤振分析忽略了结构和气动力非线性,多用于预测颤振临界风速而难于对颤振后行为进行合理分析。为此,通过强迫振动试验对气动力叠加性进行详细考证,阐明其适用范围。在传统复模态特征值分析中引入了随幅值变化的结构阻尼比和颤振导数,实现了颤振后状态结构振幅的预测分析,并与风洞试验结果进行了对比验证。结果表明:试验范围(竖向振幅Ah/B≤1.0,扭转振幅Aα≤12°)内,流线箱梁断面弯扭耦合气动力近似满足叠加性;节段模型风洞试验中结构阻尼和气动力的幅值依赖性是系统非线性的主要表现形式,在复模态特征值分析中引入幅变的颤振导数和结构阻尼比可以较好地预测滞回颤振振幅随风速的变化关系。 展开更多

关键词 桥梁工程 流线箱梁断面 非线性气动力 颤振后 气动力叠加性 复模态特征值法

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H型桥梁断面颤振后能量图谱 被引量：2

12

作者 赵林 胡传新 +1 位作者 周志勇 葛耀君 《中国科学：技术科学》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期505-516,共12页

利用同济大学自主研发的三自由度随机强迫振动装置,实现了大扭转振幅下桥梁气动力高精度测量,分析了自激力随折减风速和振幅变化的能量演变效应,描述了可预测颤振分岔的能量图谱,提出了一种基于能量演变的桥梁主梁断面颤振后研究策略.... 利用同济大学自主研发的三自由度随机强迫振动装置,实现了大扭转振幅下桥梁气动力高精度测量,分析了自激力随折减风速和振幅变化的能量演变效应,描述了可预测颤振分岔的能量图谱,提出了一种基于能量演变的桥梁主梁断面颤振后研究策略.以旧塔科马大桥H型主梁断面为例,分析了颤振后形态及其机理,并反演了旧塔科马大桥风毁失稳路径及其可能发展路径.研究发现,桥梁结构颤振响应取决于结构阻尼比、结构刚度及来流风速之间的竞争关系.推荐研究策略可以精确量化主梁颤振及颤振后响应幅值、来流风速和阻尼比依赖关系,并基于能量视角解释了桥梁颤振分岔失稳路径的发展模式,澄清了气动力非线性和结构扭转阻尼比演变对旧塔科马大桥颤振后极限环振动形态的影响机制. 展开更多

关键词 桥梁断面 颤振后 能量图谱 超限振幅

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低速流场中柔性悬臂板的后颤振响应

13

作者 陈涛 徐敏 +1 位作者 谢丹 安效民 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期52-65,共14页

建立了一个新的非线性气动弹性模型,对低速流场中柔性悬臂板的后颤振响应特性进行了分析。建模中考虑了结构几何非线性、气动力非线性以及两者之间的强耦合效应。通过实验数据对所建立的气动弹性模型进行了验证。发现在低速流场中柔性... 建立了一个新的非线性气动弹性模型,对低速流场中柔性悬臂板的后颤振响应特性进行了分析。建模中考虑了结构几何非线性、气动力非线性以及两者之间的强耦合效应。通过实验数据对所建立的气动弹性模型进行了验证。发现在低速流场中柔性悬臂板可能会以周期加倍的方式进入混沌运动。结构几何非线性效应和翼尖涡引起的非定常气动力效应对柔性悬臂板的结构响应有显著影响,而尾涡变形引起的非定常气动力对结构运动的影响较小。还研究了不同耦合算法的差异,给出了小展弦比大柔性结构非线性气动弹性数值仿真时耦合策略的选择依据。 展开更多

关键词 低速流场 柔性悬臂板 后颤振 混沌运动 强耦合

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基于风洞试验15 MW风力机叶片颤振后形态与能量图谱研究 被引量：8

14

作者 柯世堂 陆曼曼 +4 位作者 吴鸿鑫 高沐恩 田文鑫 王浩 王硕 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期169-180,168,共13页

现有风力机叶片颤振分析大多关注颤振临界状态预测,忽略了非线性更为显著的颤振后形态和能量耗散。本文基于变分渐进梁截面法设计了新型超长柔性叶片气动-刚度-质量映射一体化三维弹性模型,采用高速摄像技术和高频六分量天平进行了同步... 现有风力机叶片颤振分析大多关注颤振临界状态预测,忽略了非线性更为显著的颤振后形态和能量耗散。本文基于变分渐进梁截面法设计了新型超长柔性叶片气动-刚度-质量映射一体化三维弹性模型,采用高速摄像技术和高频六分量天平进行了同步测振、测力风洞试验,分析了风力机叶片颤振敏感风向区间与临界风速组合规律,最后基于叶尖风振响应、气动阻尼和能量,系统研究了风振敏感工况风振响应下风力机叶片能量演变规律和颤振临界风速后的形态特性,揭示了风力机叶片颤振后能量耗散机制。研究表明:提出的风力机叶片弹性模型设计和试验方法能有效模拟结构动力性能与颤振行为;风力机叶片的桨距角93°~96°和284°~286°区间属于风振敏感区间,在该区间内超过临界风速即可发生大幅锁频振动;存在能量积累突变界线,超过该界线对应风速后的能量积累尤为显著,表现出风致振动能量随时间呈现显著的非平稳特性;颤振后气动负阻尼是结构系统发散的主要原因。 展开更多

关键词 15 MW风力机叶片 风洞试验 颤振后形态 能量图谱 气动阻尼

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流线型箱梁断面的非线性颤振幅值特性研究 被引量：1

15

作者 朱进波 郑史雄 +1 位作者 唐煜 郭俊峰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第24期158-165,共8页

流线型箱梁断面的自激气动力与振幅非线性相关。为更加准确地预测颤振临界风速,同时探索大振幅振动下的颤振后状态,建立数值风洞模型识别出随折算风速与振幅变化的气动自激力,并计算出相应的非线性颤振导数。在经典的颤振理论基础上,提... 流线型箱梁断面的自激气动力与振幅非线性相关。为更加准确地预测颤振临界风速,同时探索大振幅振动下的颤振后状态,建立数值风洞模型识别出随折算风速与振幅变化的气动自激力,并计算出相应的非线性颤振导数。在经典的颤振理论基础上,提出更加精细的考虑颤振幅值因素的二自由度复模态特征值求解方法。基于此方法,编制了非线性颤振幅值幅响应搜索程序,并对颤振后幅值特性进行研究。研究表明:单频单自由度振动下,随着幅值增大,桥梁断面气动力非线性成分比重扩大,单频单一扭转运动下尤其明显;所建立的颤振求解方法能准确预测颤振临界风速;流线型箱梁发生颤振后,振幅会出现阶跃性增长,达到某一大幅值后,又基本处于振幅缓增的振动状态。 展开更多

关键词 流线型箱梁 非线性颤振导数 颤振求解 颤振后状态

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