均匀流作用下悬浮隧道的涡激振动响应

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1、InternationalJournalofMechanicsResearch力学研究,2014,3,1-12PublishedOnlineMarch2014inHans.http://www.hanspub.org/journal/ijmhttp://dx.doi.org/10.12677/ijm.2014.31001Vortex-InducedVibrationResponseofSubmergedFloatingTunnel(SFT)underUniformFlowManshengDong,LongchangYangSchoolofTransportationEn

2、gineering,HefeiUniversityofTechnology,HefeiEmail:dongmans@sina.comthththReceived:Apr.5,2014;revised:May5,2014;accepted:May12,2014Copyright©2014byauthorsandHansPublishersInc.ThisworkislicensedundertheCreativeCommonsAttributionInternationalLicense(CCBY).http://creativecommons.org/licenses/

3、by/4.0/AbstractInordertoanalyzethedynamicresponseofsubmergedfloatingtunnel(SFT)inuniformflowsundervortex-inducedvibration(VIV),equationsofmotioncontrolofSFTwerederivedbysimpli-fyingSFTasabeamwithelasticbearings.TheanalyticalsolutionwaspresentedbyusingtheGa-lerkinmethodandthemodalsuperpos

4、itionmethod.ThedisplacementcurvesofSFTattheinter-mediatespanweregainedbyusingMatlab.ThenonlinearvibrationcharacteristicsaboutSFTwereanalyzed.TheresultsshowthatbothdampingandspringoftheelasticbearingshavearoleinreducingtheresponsedisplacementofSFT,whiletheeffectofstiffnessofspringontheSFT

5、isgreaterthanthatofdampingcoefficient.KeywordsSubmergedFloatingTunnel,Vortex-InducedVibration,DynamicResponse,ElasticBeam,GalerkinMethod均匀流作用下悬浮隧道的涡激振动响应董满生，杨龙昌合肥工业大学交通运输工程学院，合肥Email:dongmans@sina.com收稿日期：2014年4月5日；修回日期：2014年5月5日；录用日期：2014年5月12日1均匀流作用下悬浮隧道的涡激振动响应摘要为了研究均匀流中悬浮隧道的涡激振动响应，将悬浮

6、隧道简化成一个两端支座处带有弹簧和阻尼的弹性支撑梁，建立悬浮隧道在涡激振动作用下的结构动力方程。通过伽辽金法和模态叠加法求解方程，利用Matlab工具数值模拟得到了悬浮隧道的时程位移图形。通过对悬浮隧道的时程位移图形分析获得涡激振动作用下水中悬浮隧道管体的动力特性，以弹性支撑的弹簧刚度和阻尼对其位移的影响作用。分析结果显示弹性支撑的阻尼和弹簧在降低悬浮隧道位移均起一定作用，但是弹簧刚度的作用要比阻尼系数要大。关键词水中悬浮隧道，涡激振动，动力响应，弹性梁，伽辽金法1.引言悬浮隧道是一个穿越水域的新的交通形式，目前世界上还有一个实际建成的悬浮隧道工程项目。它可以通过结构的

7、自重、浮力、锚固系统的共同作用来在水中保持平衡和稳定。由于悬浮隧道处于相对比较复杂的水环境中，它受到波浪、水流等因素的影响，悬浮隧道的涡激振动已经成为广大科研工作者进行理论、试验、数值研究的课题，并且悬浮隧道的动力响应值得进行深入地研究。由于悬浮隧道广泛的应用前景，广大的科研工作者从不同方面、不同视角着眼于它的研究。F.Brancaleoni等[1]集中于对悬浮隧道在所处环境的响应问题研究；Remseth等[2]则研究了悬浮隧道流固相互作用及其动力响应；E.deLangre等[3]着眼于耦合模态颤振引起的频率锁定问题；R.Violette