[实用新型]一种抗流体涡激振动的柱体结构

说明书

技术领域

本实用新型属于抗振动柱状结构设计技术领域，尤其涉及一种抗流体 涡激振动的柱体结构，特别涉及一种抗风涡激振动的柱体结构。

背景技术

一般的支撑柱体多为圆柱或正多边形截面形式的立柱，如灯柱、风力 发电支撑柱，这种结构形式的立柱易在在强流体作用的下发生流体致涡激 振动，长期的涡激振动易造成柱体结构疲劳破坏，以及安装在柱体上的附 属设施损坏失效。如造成安装在灯柱上的灯泡过早损坏，从而造成经济损 失。现有的柱体为方形或圆形截面柱体，其涡激振动振幅较大，也有改为 正8角形截面的柱体结构，该结构的柱体虽然比方柱或圆柱结构抗涡激振 动性能有所改善，但仍达不到让人满意的效果。

发明内容

本实用新型是针对现有技术的不足，提供一种新型的抗涡激振动的柱 体结构。本实用新型要解决的问题是提供一种通过柱体结构改进进一步减 小柱体的流体涡激振动，以提高柱体使用寿命，避免或减少柱体上的附属 设施的损坏。

本实用新型通过以下技术方案实现：

抗流体涡激振动的柱体结构，所述柱体底端固定在基座上，其特征在 于：所述柱体为横截面形状相同的多边形，柱体有任一截面向上至顶端由 多边形旋转形成螺旋结构。

所述柱体的横截面为正多边形。

所述柱体由下部向上至顶端横截面面积相同或渐进减小。

所述螺旋结构长度不小于柱体长度的四分之一。

本实用新型进一步采用下述计算式确定柱体的螺旋结构：

其中ρ、θ、H分别为柱坐标系下面的极轴、转角、柱高(柱轴向)三 个物理量，对应的单位分别为m、弧度、m。

ρ₀表示截面的最大半径，为常量。H₀为柱高

i为柱体的外廓的倾斜度0≤i<1，如图所示i＝tan(α)，当i＝0时为等截 面柱。

是极轴坐标系下描述截面外形变化函数，f(0)＝1，但不恒等于1，即不为圆形截面；即以柱体截面最大半径ρ₀处建立柱坐标系，当转角为0时，柱体截面半径最大。当再一次f(β₀)＝1，定义对应的β₀为重复相位角，0<β₀≤2π。

本实用新型是依据以下关于结构发生涡激振动理论来实现抑制涡激振 动的：

从流体的角度来分析，任何非流线型断面柱体，在一定的风速下，都 会在物体两侧产生交替作用于结构物表面的旋涡，如附图1。这种交替作用 的旋涡将会对结构产生周期性变化的脉动压力。其作用频率随风速的变化 而变化，如果柱体为弹性体或是弹性支撑的结构，当风速变化到旋涡作用 频率与结构的固有振动频率接近时，将会激发结构发生涡激共振，同时规 律性的结构振动反过来又会改变其尾流的泻涡产生锁定现象。这种流体— —结构物相互作用的被称作“涡激振动”。涡激振动会造成结构的疲劳破 坏，过大振幅的涡激振动甚至会影响结构的使用性能。

涡激振动满足斯特劳哈尔数(Strouhal)关系：

St=fNDU---(1)]]>

式中St代表斯特劳哈尔数(Strouhalnumber)，f_N为涡脱频率，D表 示结构的横向尺寸，U为均匀来流的来流风速。

从斯特劳哈尔数关系可知，截面形状一定，涡脱频率和来流风速成正 比，在气弹效应的作用下，虽然柱体结构截面存在变化，但由于其涡激力 (横向力)作用频率被运动锁定，结果导致涡激力频率沿柱体轴向将保持 一致。

近似地用下述经验线性模型来表示作用于柱体的横向涡激力：