تحلیل فرکانسی کابل خطی تحت نیروی آیرودینامیکی ناشی از تندباد اتفاقی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

هدف از این مقاله، شبیه سازی ارتعاشات ناشی از نیروی آیرودینامیکی ناشی از وزش باد می باشد. اغتشاشاتی که در اثر عبور جریان هوا بر روی کابل ایجاد می شود، باعث رشد نوسانات کابل تا نوسانات حدی با دامنه مشخص می گردد. در این مقاله از مدل آشفتگی درایدن جهت مدل سازی نیروی آیرودینامیکی ناشی از وزش باد استفاده می شود. معادلات حرکت کابل متصل به میراگر الکترومغناطیس با استفاده از اصل همیلتون استخراج و سپس با اسفاده از روش گالرکین به مجموعه ای از معادلات دیفرانسیل معمولی خطی گسسته می شوند. در ادامه توابع تبدیل مود ارتعاشی اول کابل محاسبه و نمودار بود اندازه و فاز برای این توابع تبدیل با استفاده از نرم افزار MATLAB ترسیم می گردد. تاثیر پارامترهایی تندباد نظیر مقیاس طول تندباد، شدت تلاطم تندباد و سرعت باد بر پاسخ فرکانسی کابل مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که افزاش مقیاس طول تند باد و همچنین افزایش سرعت باد سبب کاهش فرکانس تشدید در سیستم می گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Liu X., Liu L., Cai M., Yan B., Free vibration of transmission lines with multiple insulator strings using refined models. Applied Mathematical Modelling, Vol. 67, pp. 252-282, 2019.
[2] Luongo A., Zulli D., Statics of shallow inclined elastic cables under general vertical loads: A perturbation approach. Mathematics, Vol. 6(2), p. 24, 2018.
[3] Luongo A., Zulli D., Static perturbation analysis of inclined shallow elastic cables under general 3D-loads. Curved and Layered Structures, Vol. 5(1), pp. 250-259, 2016.
[4] Fei H., Danhui D., Yiqing Z., Huan L., Experimental and theoretical study on cable-supporting system. Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 140, p. 106638, 2020.
[5] Jafari M., Hou F., Abdelkefi A., Wind-induced vibration of structural cables. Nonlinear Dynamics, Vol. 100(1), pp. 351-421, 2020.
[6] Ferretti M., Piccardo G., Luongo A., Semi-analytical approaches for the nonlinear dynamics of a taut string subject to a moving load. Nonlinear Dynamics, Vol. 98(4), pp. 2463-2474, 2019.
[7] Kumarasena S., Jones N., Irwin P., Taylor P., Wind Induced Vibration of Stay Cables. Interim Final Report. United States. Federal Highway Administration, 2005.
[8] Zulli D., Piccardo G., Luongo A., On the nonlinear effects of the mean wind force on the galloping onset in shallow cables. Nonlinear Dynamics, Vol. 103(4), pp. 3127-3148, 2021.
[9] Ferretti M., Zulli D., Luongo A., A continuum approach to the nonlinear in-plane galloping of shallow flexible cables. Advances in Mathematical Physics, Vol. 2019, p. 6865730, 2019.
[10] Foti F., Martinelli L., Finite element modeling of cable galloping vibrations. Part II: Application to an iced cable in 1: 2 multiple internal resonance. Journal of Vibration and Control, Vol. 24(7), pp. 1322-1340, 2018.
[11] Piccardo G., Pagnini C., Tubino F., Some research perspectives in galloping phenomena: critical conditions and post-critical behavior. Continuum Mechanics and Thermodynamics, Vol. 27(1), pp. 261-285, 2015.
[12] Piccardo G., Zulli D., Luongo A., Dry galloping in inclined cables: linear stability analysis. Procedia Engineering, Vol. 199, pp. 3164-3169, 2017.
[13] Den Hartog J., Transmission line vibration due to sleet. Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, Vol. 51(4), pp. 1074-1076, 1932.
[14] Macdonald J.H., Larose G.L., A unified approach to aerodynamic damping and drag/lift instabilities, and its application to dry inclined cable galloping. Journal of Fluids and Structures, Vol. 22(2), pp. 229-252, 2006.
[15] Macdonald J.H., Larose G.L., Tow-degree-of-freedom inclined cable galloping-Part 1: General formulation and solution for perfectly tuned system. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 96(3), pp. 291-307, 2008.
[16] Matsumoto M., Cross flow response of circular cylinder influenced by Karman vortex mitigation.  proc. of the 7th International Symposium on Cable Dynamics, Vienna, Austria, December 10-13, 2007.
[17] Vo D., Katsuchi H., Yamada H., Dry galloping of surface modification cable in low Scruton number range. Proc. 1st Int. Symp. flutter its Appl 629-638, 2017.
[18] Gołębiowska I., Dutkiewicz M., Analysis of wind flow around the bridge cable. Materials Science and Engineering. IOP Conference Series, Vol. 245, p. 032066, 2017.
[19] Golebiowska I., Peszynski K., Cable vibration caused by wind. In EPJ Web of Conferences, Vol. 180, p. 02031, 2018.
[20] McTavish S., Raeesi A., D'Auteuil A., Yamauchi K., Sato H., An investigation of the mechanisms causing large-amplitude wind-induced vibrations in stay cables using unsteady surface pressure measurements. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 183, pp. 19-34, 2018.
[21] Górski P., Tatara M., Pospíšil S., Kuznetsov S., Model investigations of the aerodynamic coefficients of iced cables in cable-stayed bridges. Czasopismo Techniczne, Vol. 8, pp. 115-128, 2019.
[22] Vo-Duy H, Nguyen CH (2020) Mitigating large vibrations of stayed cables in wind and rain hazards. Shock and Vibration 2020: 5845712.
[23] McTavish S., Raeesi A., D'Auteuil A., Effect of cable surface characteristics and flow turbulence on the aerodynamic behaviour of stay cables in dry conditions. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 207, p. 104414, 2020.
[24] Qin Z., Wu Y.T., Huang A., Lyu S.K., Sutherland J.W., Theoretical design of a novel vibration energy absorbing mechanism for cables. Applied Sciences, Vol. 10, p. 5309, 2020.
[25] Li S.Y., Chen Z.Q., Dong G.C., Luo J.H., Aerodynamic stability of stay cables incorporated with lamps: A case study. Wind and Structures, Vol. 18(1), pp. 83-101, 2014.
[26] Yang B., Stress, Strain, and Structural Dynamics: An Interactive Handbook of Formulas, Solutions, and MATLAB Toolboxes, Academic Press, 2005.
[27]         Cao S., Jalali H.H., Dragomirescu E., Wind-induced response of inclined and yawed ice-accreted stay cable models. Shock and Vibration, Vol. 2018, p. 6853047, 2018.