《水工结构流激振动水弹性模型研究及应用实例》共11章，系统介绍了水工结构的流激振动问题及其模型研究方法的发展、水弹性振动相似理论、水弹性模型材料、模型设计与制作、实验模态分析和流激振动试验技术、原型振动观测，以及水弹性模型的原型验证，讨论了闸门结构的动力稳定性和闸门流激振动的安全评价标准，提供了三个各具特色的水工结构流激振动水弹性模型试验研究实例和许多模型照片。

1 绪论

1.1　水工结构的流激振动

1.2　水工泄水结构流激振动工程实例

1.2.1　水工闸门的流激振动

1.2.2　水电站拦污栅的流激振动

1.2.3　消力池分水隔墙的流激振劝

1.2.4　水电站厂房的流激振动

1.2.5　薄拱坝坝身泄洪的流激振动

1.3　水工结构流激振动水弹性模型的发展

2　水弹性振动相似准则

2.1　相似原理

2.2　水工结构上的作用力及其比例尺

2.2.1　作用力及其比例尺

2.2.2　动力相似准则

2.3　几个重要物理量的比例尺

2.4　重力不起控制作用的流动系统中水弹性振动相似准则

2.5　闸门启闭杆和吊绳的水弹性模拟

2.6　关于变态水弹性模型

2.6.1 根据弹性应变律导出构件纵向振动变态模拟方法

2.6.2　根据弹性梁的微分方程导出弯曲振动变态模拟方法

2.6.3　关于扭转振动的变态模拟方法

2.6.4　关于质量的变态模拟方法

3　水弹性相似模型材料

3.1　钢结构水弹性相似模型材料

3.2　混凝土结构水弹性相似模型材料

3.3　材料动力特性测试

3.3.1　材料动弹模测试

3.3.2　材料密度测试

3.3.3　模型材料阻尼比测试

4　流激振动模型设计与制作

4.1　水工钢闸门水弹性模型

4.2　水工建筑物水弹性模型

4.3　水工水力学模型

5　实验模态分析

5.1　实验模态分析的理论基础

5.2　实验模态分析方法

5.2.1　脉冲激振法原理

5.2.2　脉冲宽度的控制

5.2.3　采样时间间隔△t的选取

5.2.4　变时基传递函数细化新方法

5.2.5　窗函数在脉冲激振试验中的使用

5.2.6　锤击法模态分析应注意的几个问题

5.3　模态分析仪器及设备

6　流激振动试验

6.1　试验条件

6.1.1　水力学条件模拟

6.1.2　止水条件模拟

6.1.3　减振措施试验研究

6.1.4　通气条件模拟

6.2　测量参数与测点布置

6.2.1　振动加速度测量

……

7　闸门结构的动力稳定性

8　水工结构振动原型观测

9　闸门流激振动全水弹性模型试验的原型验证

10　关于闸门流激振动的安全评价标准

11　水工结构流激振动水弹性模型研究实例

附录：水工闸门与高拱坝流激振动完全弹性模型照片集锦

参考文献

作　者：吴杰芳，张林让 著出 版 社：长江出版社ISBN：9787807082675出版时间：2008-04-01版　次：1页　数：134装　帧：平装开　本：16开所属分类：图书 > 工程 > 水利水电工程

吴杰芳，男，1939年2月生，河南省孟州市人，教授级高级工程师，中共党员。1964年毕业于原武汉水利电力学院数学力学专业。曾任长江科学院爆破与振动所副所长，兼湖北省振动工程学会常务理事和长江科学院院报编委。l985--1986年在美国进修大坝抗震技术。

(1)自激振动。结构物振动的能量来自水流，但水流的脉动却是结构物振动的直接后果。例如闸门止水有漏水的缝隙使止水振动，而止水的振动可使水流产生脉动。

(2)自控振动。水流的脉动激发结构物振动，而结构物的振动又对水流的脉动产生制约作用，这两种作用达到平衡，使振动呈相对稳定状态。如绕流物体后稳定的卡门涡街引起的物体振动。

(3)强迫振动。结构物的振动对水流脉动无明显反馈作用。例如波浪激发的建筑物振动，水跃激发的闸门振动等。

水激振动结构物（水工建筑物）的动力试验

虽然现在计算技术得到了很大发展，但动力试验仍是解决水激振动的主要手段。一般通过结构动力试验研究的主要内容为：

(1)确定结构物在线弹性范围内的动力特性。如所有有意义的自振频率和相应的振型，它们的阻尼值。这些动力特性可由模型试验或由原型试验求得。

(2)确定各种特定荷载下的动力反应。如动应力和位移等。原型结构的动力试验主要有人工加振和利用自然振动两种措施。模型试验的动力试验目前主要有激振器和振动台两种方法。

水工建筑物的水弹性试验要求同时满足“动荷载”输入系统相似和结构动力响应系统相似，其结果将要求材料容重比尺等于1，弹性模量比尺等于模型几何比尺，阻尼比比尺等于1，泊松比比尺等于1，并合理地选取模拟范围，即边界条件要求相似。要完整地满足上述要求是相当困难的。一般只能使其中主要项目满足相似要求。

文献中也曾有人先将作用在水工结构物上的水流脉动载荷与结构物的自振特性分别定出，然后再用一般动力分析把二者结合起来从而得出水弹性振动特性，现在用这种办法的已逐渐减少。

在许多工程领域都存在圆柱泄涡诱发的涡激振动疲劳破坏引起的安全问题，最有效的方法是控制柱体尾涡和抑制涡激振动。传统的控制方法大多不能适应流向变化的影响。本课题提出自主的仿鱼尾和组合式飘带两类流动适应性柔性结构控制圆柱尾涡及涡激振动。主要研究内容包括：建立模型关键性参数，设计并制作各种柔性结构新模型；利用自我发展的高精度数值模拟方法对固定圆柱下尾涡控制进行数值模拟；设计风洞实验模型、实验研究固定和振动状态下圆柱的尾涡及涡激振动控制机理；设计典型水洞实验模型、实验研究振动状态下圆柱尾涡及涡激振动控制机理；深入分析计算和实验中的机理，探索高效的新型结构及其关键性参数的适应范围，为尾涡及涡激振动控制提供新的技术路线，也为海洋、土木、桥梁、动力、能源等领域相关结构的设计、使用和安全保障提供理论指导和技术支撑，其成果在许多领域具有广阔的应用前景。

在许多工程领域如海洋工程及风工程领域，都存在圆柱泄涡诱发的涡激振动疲劳破坏引起的安全问题，最有效的方法是控制柱尾涡和抑制涡激振动，在圆柱上或周围附加抑制装置的被动控制方法是研究的热点。但传统的控制方法大多不能适应流向变化的影响。本课题提出附加柔性结构探讨流动与涡激振动控制的机理，开展了利用流行的圆柱控制装置以及自主的仿鱼尾和组合式飘带类流动适应性柔性结构控制圆柱尾涡及涡激振动研究。主要研究内容包括：建立了若干类刚性及柔性模型（螺旋、整流罩、分离盘、仿鱼尾、绒毛、飘布、飘带等）关键性参数，设计并制作了各种传统模型以及柔性结构新模型；一方面利用自我发展的高分辨率数值模拟求解器（TVD-FVM-EVVT及TVD-FVM-VIV）对固定圆柱附加抑制装置的尾涡控制进行数值模拟，对自由振动圆柱附加抑制装置的涡激振动控制进行数值模拟；另一方面，分别设计了大和小质量阻尼系数的风洞实验模型，研究了固定和振动状态下圆柱的尾涡及涡激振动控制机理；设计了典型水槽实验模型，研究了圆柱附加典型装置控制涡激振动的机理。通过深入研究，获得了抑制圆管尾流和涡激振动的基础材料、基本结构与几何参数，获得了最佳抑制装置，如短尾型整流罩、短的柔性分离盘、最佳角度和尾长的仿鱼尾结构、柔性布、绒毛等结构；深刻揭示了圆管尾流和涡激振动控制中的尾涡结构、流体力系数、频率变化、流激振动、驰振等机理; 首次数值复现了近期实验中发现的驰振现象，首次风洞发现了柔性结构的驰振现象。有些结构，特别是长尾结构无论是刚性还是柔性结构都可能引起比传统VIV更不利的驰振现象，相对来说，仿鱼尾结构基本上都能减弱涡激振动且不易产生驰振。本研究为尾涡及涡激振动控制提供了新的技术路线，也为海洋、土木、桥梁、动力、能源等领域相关结构的设计、使用和安全保障提供了理论指导和技术支撑，特别是发现驰振反而带来更大的安全隐患，也从新的角度为未来相关工程尤其是深水立管或隔水管涡激振动抑制的研究与实际应用提出了新的课题。本研究共发表学术论文22篇，其中SCI高水平论文7篇。 2100433B