[发明专利]一种钢管杆件涡振力的计算方法及系统

权利要求书

1.一种钢管杆件涡振力的计算方法，其特征在于，包括：

基于为被测钢管杆件构建的空间有限元分析模型进行模态分析确定所述被测钢管杆件的自振频率和振型函数；

基于所述被测钢管杆件的自振频率和所述被测钢管杆件的外径确定所述被测钢管杆件的升力系数；

根据所述被测钢管杆件的振型函数和所述升力系数按照随机振动理论得到所述被测钢管杆件的涡振力。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于为被测钢管杆件构建的空间有限元分析模型进行模态分析确定所述被测钢管杆件的自振频率和振型函数，包括：

采用空间线性有限应变梁单元为被测钢管杆件构建空间有限元分析模型，构建过程中钢管塔插接钢管杆件端部按照插板实际尺寸建模，钢管避雷针建立与之相连的人字形空间桁架模型，插板端部和人字形桁架底部节点采用固接约束；

采用兰索斯法对所述空间有限元分析模型中的被测钢管杆件进行模态分析，得到所述被测钢管杆件的自振频率和振型函数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述被测钢管杆件的自振频率和所述被测钢管杆件的外径确定所述被测钢管杆件的升力系数，包括：

基于所述被测钢管杆件的自振频率和所述被测钢管杆件的外径计算所述被测钢管杆件的临界起振风速；

基于所述被测钢管杆件的临界起振风速确定与所述临界起振风速对应的雷诺数；

根据雷诺数-升力系数曲线确定与所述雷诺数对应的升力系数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述临界起振风速按下式计算：

V_cr＝f₁D/S_t

式中：V_cr为钢管杆件的临界起振风速；f₁为钢管杆件一阶自振频率；D为钢管杆件的外径；S_t为斯托雷哈数。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述雷诺数按下式计算：

R_e＝V_crD/ν

式中：R_e为与临界起振风速对应的雷诺数；V_cr为钢管杆件的临界起振风速；ν为空气黏性；D为钢管杆件外径。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述被测钢管杆件的振型函数和所述升力系数按照随机振动理论得到所述被测钢管杆件的涡振力，包括：

将所述被测钢管杆件的振型函数进行归一化处理；

基于归一化处理后的振型函数和所述升力系数按照随机振动理论得到所述被测钢管杆件的一阶涡振力分布函数；

基于所述被测钢管杆件轴向的长度对所述一阶涡振力分布函数进行求导，得到一阶涡振力合力。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述被测钢管杆件的一阶涡振力分布函数，如下式所示：

式中：n_d1为钢管杆件的一阶涡振力分布函数；为振型函数进行归一化处理得到的；ρ_a为空气密度；V_cr为钢管杆件临界起振风速；D为钢管杆件外径；C_L为升力系数；ξ₁为阻尼比；x为沿钢管杆件轴向的坐标。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述一阶涡振力合力，如下式所示：

式中：N_d1为一阶涡振力合力；n_d1为钢管杆件的一阶涡振力分布函数；L为钢管杆件计算长度；x为沿钢管杆件轴向的坐标。