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系統識別號 U0002-0709200618000200
中文論文名稱 以FDD之方法識別橋梁斷面之顫振導數
英文論文名稱 Identification of Flutter Derivatives By Frequency Domain Decomposition
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 謝孟融
研究生英文姓名 Meng-Jung Hsieh
電子信箱 69331058@s93.tku.edu.tw
學號 693310558
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-06-28
論文頁數 83頁
口試委員 指導教授-林堉溢
委員-林堉溢
委員-鄭啟明
委員-陳振華
中文關鍵字 頻率域分解  顫振導數  非耦合  奇異值 
英文關鍵字 frequency domain decomposition  flutter derivatives  uncouple  singular value 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 目前系統識別已被廣泛應用在工程上,在許多識別方法中,頻率域分解法是一種較為簡單實用的技巧。因此本論文的研究乃利用此方法來求得橋梁斷面之顫振導數。該斷面模型試驗採用雙自由度之架構並結合FDD方法,再將其結果與傳統單自由度實驗結果加以比較
由本文之研究結果可知,透過雙自由度實驗求得之 與單自由度實驗之結果較為一致,但高風速下雙自由度實驗會有垂直振態不明顯之現象進而有些微差異,在 方面則顯示雙自由度實驗之結果有提早發散之現象,而透過雙自由度與單自由度實驗求得之 則相當一致。另外,以雙自由度為實驗架構並改變頻率比所求得之顫振導數結果顯示其差異性不大。在FDD方法中,最重要的是選取峰值其所對應的頻寬,而改變截取的頻寬將會造成不同的顫振導數結果。本文採用雙自由度進行試驗,由於其垂直與扭轉振態並未很接近,故FDD方法之優點則較不明顯。
英文摘要 The system identification methods have already been extensively used in engineering. Among these methods, Frequency Domain Decomposition (FDD) is easy to use and can be applied in civil engineering structures. Therefore, FDD method is adopted in this thesis to obtain the flutter derivatives of bridge decks. The sectional model test, with two degrees-of-freedom, in association with FDD can be more easily conducted compared to the conventional one.
The flutter derivatives identified from this approach are compared with those in the conventional test, with single degree-of- freedom, associated with Scanlan’s identification method. The comparative results show that the flutter derivative identified from this approach is almost the same as those in the conventional test. However, at high reduced wind speeds, there are some differences. This is because the vertical mode is not obvious in the test with two degrees-of-freedom. For the torsional flutter derivative , the results identified from two methods have the same trend. Since the sectional model with two degrees-of-freedom tends to diverge at smaller reduced wind speed than the conventional test, the values identified from both the methods have some discrepancies. For the torsional flutter derivative , the results identified from both methods are in good agreement. The effect of the frequency ratio between the torsional and vertical modes in the test is not significant. The choices of frequency peak and the corresponding frequency bandwidth used in FDD are very important. Adopting different frequency bandwidths will result in different results. Since the frequencies of tosional and vertical modes are not close in this two degrees-of-freedom test, the advantages of the FDD method are not obvious.
論文目次 第一章 緒 論 1
1.1 前 言 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 研究內容 2
1.4 論文架構 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 前言 5
2.2橋梁風力效應之介紹 5
2.2.1顫振效應(Flutter) 6
2.2.2 抖振效應(Buffeting) 7
2.2.3 扭轉不穩定(Torsional instability) 8
2.2.4 渦流振動(Vortex shedding) 8
2.2.5 風馳效應(Galloping) 9
2.2.6顫振導數(Flutter derivative) 10
2.2.7 風力係數 10
2.3 FDD識別法 11
2.3.1 FDD基本介紹 11
2.3.2 FDD識別之相關與應用 12
第三章 傳統實驗及FDD識別理論 14
3.1 前言 14
3.2 對數衰減法顫振導數之推導 14
3.3 FDD識別原理 19
3.3.1 FDD識別之理論背景 19
3.3.2 FDD識別流程 22
3.3.3 本文採用FDD識別之基本流程 24
3.4 傳統實驗方法與FDD識別之比較 25
第四章 模型、儀器介紹及取樣分析 27
4.1 前言 27
4.1.1 風洞實驗室的特性 27
4.2 斷面模型 28
4.2.1斷面模型製作之原理 28
4.2.2氣彈力模型相似律 29
4.2.3 斷面模型之製作 29
4.3 儀器介紹 30
4.3.1實驗風速的量測 30
4.3.1.1皮托管(Pitot Tube) 30
4.3.1.2壓力轉換器 31
4.4 實驗之數據採樣與分析 32
4.4.1 實驗數據採樣 32
4.4.2 實驗數據分析 33
4.5 實驗儀器配置流程 33
4.5.1 顫振導數的實驗儀器配置流程 33
第五章 實驗架構、方法及結果討論 34
5.1 前言 34
5.2 實驗架構 34
5.2.1 斷面模型於風洞中的架設 34
5.2.2由實驗方法求得模型轉動慣量 35
5.3 實驗方法 36
5.3.1 動態實驗之顫振導數 36
5.3.1.1 對數衰減法-單自由度實驗(非耦合項導數) 36
5.3.1.2 對數衰減法-雙自由度實驗(耦合項導數) 37
5.3.1.3 FDD識別法-雙自由度實驗 38
5.4 實驗結果與討論 39
5.4.1 非耦合顫振導數之實驗結果 39
5.4.2 B/D=5斷面以FDD法和傳統方法比較 39
5.4.3 B/D=8之實驗結果 43
第六章 結論與建議 45
6.1 結論 45
6.2 建議 46
參考文獻 48

表 2-1顫振導數代表之物理意義 52

圖 1.1 Tacoma Narrow Bridge 發生顫振(flutter)的情形 53
圖 2.1橋梁斷面受風力自由度示意圖 54
圖 2.2扭轉發散幾何示意圖 54
圖 3.1數值模擬之橋梁斷面受風力示意圖 55
圖 3.2 雷射量測位置及自由度之假設與編排圖 56
圖 3.3 FDD識別流程圖 57
圖 3.4 傳統實驗識別流程圖 58
圖 4.1 淡江大學大氣邊界層風洞實驗室配置圖 59
圖 4.2皮托管量測風速之儀器配置圖 60
圖 4.3 顫振導數之實驗儀器配置流程圖 61
圖 5.1顫振導數實驗架構圖 62
圖 5.2 B/D=5 在風速3.2m/sec之垂直向與扭轉向位移歷時圖 63
圖 5.3 B/D=5(頻率比1.8) 在無風狀態之垂直向與扭轉向自相關函數圖…………………………………………………………………… 64
圖 5.4 B/D=5(頻率比1.8) 無風狀態自相關函數FIT圖 65
圖 5.5 B/D=5(頻率比1.5) 各風速下垂直向振態截取(1)圖…… 66
圖 5.6 B/D=5(頻率比1.5) 各風速下垂直向振態截取(2)圖..... 66
圖 5.7 B/D=5(頻率比1.5) 各風速下扭轉向振態截取(1)圖 67
圖 5.8 B/D=5(頻率比1.5) 各風速下扭轉向振態截取(2)圖 67
圖 5.9 B/D=5(頻率比1.5) 截取不同頻寬之 比較圖 68
圖 5.10 B/D=5(頻率比1.5) 截取不同頻寬之 比較圖 68
圖 5.11 B/D=5(頻率比1.8) 各風速下垂直向振態截取(1)圖 69
圖 5.12 B/D=5(頻率比1.8) 各風速下垂直向振態截取(2)圖 69
圖 5.13 B/D=5(頻率比1.8) 各風速下扭轉向振態截取(1)圖.... 70
圖 5.14 B/D=5(頻率比1.8) 各風速下扭轉向振態截取(2)圖 70
圖 5.15 B/D=5(頻率比1.8) 截取不同頻寬之 比較圖 71
圖 5.16 B/D=5(頻率比1.8) 截取不同頻寬之 比較圖 71
圖 5.17 B/D=5(頻率比2.4) 各風速下垂直向振態截取(1)圖 72
圖 5.18 B/D=5(頻率比2.4) 各風速下垂直向振態截取(2)圖 72
圖 5.19 B/D=5(頻率比2.4) 各風速下扭轉向振態截取(1)圖 73
圖 5.20 B/D=5(頻率比2.4) 各風速下扭轉向振態截取(2)圖 73
圖 5.21 B/D=5(頻率比2.4) 截取不同頻寬之 比較圖 74
圖 5.22 B/D=5(頻率比2.4) 截取不同頻寬之 比較圖 74
圖 5.23 B/D=5 不同頻率比之 比較圖 75
圖 5.24 B/D=5 不同頻率比之 比較圖 75
圖 5.25 B/D=5 不同頻率比之 比較圖 76
圖 5.26 B/D=5 頻率比1.5 截取相同頻寬之奇異值與垂直頻譜值之 比較圖 77
圖 5.27 B/D=5 頻率比1.5 截取相同頻寬之奇異值與垂直頻譜值之 比較圖 77
圖 5.28 B/D=5 頻率比1.8 截取相同頻寬之奇異值與垂直頻譜值之 比較圖 78
圖 5.29 B/D=5 頻率比1.8 截取相同頻寬之奇異值與垂直頻譜值之 比較圖 78
圖 5.30 B/D=5 頻率比2.4 截取相同頻寬之奇異值與垂直頻譜值之 比較圖 79
圖 5.31 B/D=5 頻率比2.4 截取相同頻寬之奇異值與垂直頻譜值之 比較圖 79
圖 5.32 B/D=5 頻率比1.5 在風速3.2m/sec施拉初始位移之奇異值圖 80
圖 5.33 B/D=5 頻率比1.5 在風速3.2m/sec不施拉初始位移之奇異值圖 80
圖 5.34 B/D=5 頻率比1.5不同MAC之 比圖..................81
圖 5.35 B/D=5 頻率比1.5不同MAC之 比圖..................81
圖 5.36 B/D=5 頻率比1.5不同MAC之 比圖..................82
圖 5.37 B/D=8 不同頻率比之 比較圖 82
圖 5.38 B/D=8 不同頻率比之 比較圖 83
圖 5.39 B/D=8 不同頻率比之 比較圖.......................83

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論文使用權限
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