Papinutti, Mitja;Cetina, Matjaz;Brank, Bostjan;Petersen, Oyvind W.;Oiseth, Ole
Wind and Structures
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제31권6호
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pp.561-573
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2020
Unsteady self-excited forces are commonly represented by parametric models such as rational functions. However, this requires complex multiparametric nonlinear fitting, which can be a challenging task that requires know-how. This paper explores the alternative nonparametric modeling of unsteady self-excited forces based on relations between flutter derivatives. By exploiting the properties of the transfer function of linear causal systems, we show that damping and stiffness aerodynamic derivatives are related by the Hilbert transform. This property is utilized to develop exact simplified expressions, where it is only necessary to consider the frequency dependency of either the aeroelastic damping or stiffness terms but not both simultaneously. This approach is useful if the experimental data on aerodynamic derivatives that are related to the damping are deemed more accurate than the data that are related to the stiffness or vice versa. The proposed numerical models are evaluated with numerical examples and with data from wind tunnel experiments. The presented method can evaluate any continuous fitted table of interpolation functions of various types, which are independently fitted to aeroelastic damping and stiffness terms. The results demonstrate that the proposed methodology performs well. The relations between the flutter derivatives can be used to enhance the understanding of experimental modeling of aerodynamic self-excited forces for bridge decks.
This study presents a comprehensive investigation of wind load characteristics and wind-induced responses associated with different wind incidence angles and terrains of the 1000kV UHV substation frame. High-frequency force balance (HFFB) force measurement wind tunnel tests are conducted on the overall and segment models to characterize wind loads characteristics such as the aerodynamic force coefficients and the shape factors. The most unfavorable wind incidence angles and terrains for aerodynamic characteristics are obtained. A finite element model of the substation frame is built to determine the wind-induced response characters based on the aerodynamic force coefficients and bottom forces of the segment models. The mean and root mean square (RMS) values of displacement responses at different heights of the frame structure are compared and analyzed. The influence of wind incidence angle and terrains on wind-induced responses is also examined. The displacement responses in terms of the crest factor method are subsequently transformed into dynamic response factors. The recommended values of dynamic response factors at four typical heights have been proposed to provide a reference for the wind resistance design of such structures.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권1호
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pp.165-173
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2017
The aeromechanics predictions of HART I rotor obtained using a computational structural dynamics (CSD) code are evaluated against the wind tunnel test data. The flight regimes include low speed descending flight at an advance ratio of ${\mu}=0.151$ and cruise condition at ${\mu}=0.229$. A lifting-line based unsteady airfoil theory with C81 table look-up is used to calculate the aerodynamic loads acting on the blade. Either rolled-up free wake or multiple-trailer wake with consolidation (MTC) model is employed for the free vortex wake representation. The measured blade properties accomplished recently are used to analyze the rotor for the up-to-date computations. The comparison results on airloads and structural loads of the rotor show good agreements for descent flight and fair for cruise flight condition. It is observed that MTC model generally improves the correlation against the measured data. The structural loads predictions for all measurement locations of HART I rotor are investigated. The dominant harmonic response of the structural loads is clearly captured with MTC model.
The joined-wing is a new concept of the airplane wing. The fore-wing and the aft-wing are joined together in a joined-wing. The range and loiter are longer than those of a conventional wing. The joined-wing can lead to increased aerodynamic performance and reduction of the structural weight. In this research, dynamic response optimization of a joined-wing is carried out by using equivalent static loads. Equivalent static loads are made to generate the same displacement field as the one from dynamic loads at each time step of dynamic analysis. The gust loads are considered as critical loading conditions and they dynamically act on the structure of the aircraft. It is difficult to identify the exact gust load profile. Therefore, the dynamic loads are assumed to be (1-cosine) function. Static response optimization is performed for the two cases. One uses the same design variable definition as dynamic response optimization. The other uses the thicknesses of all elements as design variables. The results are compared.
Due to the significant aerodynamic interference from sub-towers and surrounding tall buildings, the wind loads and dynamic responses on main tower of three-tower connected tall building typically change especially compared with those on the isolated single tall building. This paper addresses the wind load effects and equivalent static wind loads (ESWLs) of three-tower connected tall building based on measured synchronous surface pressures in a wind tunnel. The variations of the global shape coefficients and extremum wind loads of main tower structure with or without interference effect under different wind directions are studied, pointing out the deficiency of the traditional wind loads based on the load codes for the three-tower connected tall building. The ESWLs calculation method based on elastic restoring forces is proposed, which completely contains the quasi-static item, inertia item and the coupled effect between them. Then the wind-induced displacement and acceleration responses for main tower of three-tower connected tall building in the horizontal and torsional directions are investigated, subsequently the structural basal and floor ESWLs under different return periods, wind directions and damping ratios are studied. Finally, the action mechanism of interference effect on structural wind effects is investigated. Main conclusions can provide a sientific basis for the wind-resistant design of such three-tower connected tall building.
Pecora, Rosario;Amoroso, Francesco;Amendola, Gianluca;Concilio, Antonio
Smart Structures and Systems
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제14권4호
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pp.659-678
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2014
The study is aimed at investigating the feasibility of a high TRL solution for a wing flap segment characterized by morphable camber airfoil and properly tailored to be implemented on a real-scale regional transportation aircraft. On the base of specific aerodynamic requirements in terms of target airfoil shapes and related external loads, the structural layout of the device was preliminarily defined. Advanced FE analyses were then carried out in order to properly size the load-carrying structure and the embedded actuation system. A full scale limited span prototype was finally manufactured and tested to: ${\bullet}$ demonstrate the morphing capability of the conceived structural layout; ${\bullet}$ demonstrate the capability of the morphing structure to withstand static loads representative of the limit aerodynamic pressures expected in service; ${\bullet}$ characterize the dynamic behavior of the morphing structure through the identification of the most significant normal modes. Obtained results showed high correlation levels with respect to numerical expectations thus proving the compliance of the device with the design requirements as well as the goodness of modeling approaches implemented during the design phase.
Su, Ning;Peng, Shitao;Hong, Ningning;Wu, Xiaotong;Chen, Yunyue
Wind and Structures
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제30권4호
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pp.405-421
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2020
Quayside container cranes are important delivery machineries located in the most frontiers of container terminals, where strong wind attacks happen occasionally. Since the previous researches on quayside container cranes mainly focused on the mean wind load and static response characteristics, the fluctuating wind load and dynamic response characteristics require further investigations. In the present study, the aerodynamic wind loads on quayside container cranes were obtained from wind tunnel tests. The probabilistic and spectral models of the fluctuating aerodynamic loads were established. Then the joint probabilistic distributions of dynamic wind-induced responses were derived theoretically based on a series of Gaussian and independent assumption of resonant components. Finally, the results were validated by time domain analysis using wind tunnel data. It is concluded that the assumptions are acceptable. And the presented approach can estimate peak dynamic sliding force, overturning moments and leg uplifts of quayside container cranes effectively and efficiently.
This paper describes a simple and practical approach through the application of Linear Stochastic Estimation (LSE) to reconstruct wind-induced pressure time series from the covariance matrix for structural load analyses on a low building roof. The main application of this work would be the reduction of the data storage requirements for the NIST aerodynamic database. The approach is based on the assumption that a random pressure field can be estimated as a linear combination of some other known pressure time series by truncating nonlinear terms of a Taylor series expansion. Covariances between pressure time series to be simulated and reference time series are used to calculate the estimation coefficients. The performance using different LSE schemes with selected reference time series is demonstrated by the reconstruction of structural load time series in a corner bay for three typical wind directions. It is shown that LSE can simulate structural load time series accurately, given a handful of reference pressure taps (or even a single tap). The performance of LSE depends on the choice of the reference time series, which should be determined by considering the balance between the accuracy, data-storage requirements and the complexity of the approach. The approach should only be used for the determination of structural loads, since individual reconstructed pressure time series (for local load analyses) will have larger errors associated with them.
최근 화석연료의 고갈과 환경오염으로 인하여 해상풍력에너지와 같은 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 범용 동역학해석 프로그램인 MSC.ADAMS를 이용하여 공력하중 및 전기 발전기 토오크를 결정하기 위한 테브난(Thevenin) 방정식이 고려된 해상풍력발전기의 다물체 동역학 해석 기법을 검토하였다. 해석대상으로 고려한 시스템은 5MW급 해상풍력발전기이며, 3개의 블레이드가 수평축 방향에서 역풍을 받아 전기를 생산하는 수평축 풍력발전 형태이다. 블레이드에 작용하는 공력하중은 블레이드 요소 모멘텀 이론을 기반으로 일반화된 동적 웨이크를 고려할 수 있도록 개발된 AeroDyn 프로그램으로부터 산출하였다. 해상풍력발전기의 주요 연결부에서의 동적하중과 토오크 특성이 실제 현상과 유사하게 산출될 수 있도록 하기 위하여, 다물체 동역학 모델 상에 블레이드와 타워는 실제 구조 특성치를 고려한 유연체 모델링을 적용하였다.
This paper presents results of a study on wind loads and wind induced dynamic response of bridge jointed twin-towered buildings. Utilizing the high-frequency force balance technique, the drag and moment coefficients measured in wind tunnel tests, and the maximum acceleration rms values on the top floor of towers, are analyzed to examine the influence of building's plan shapes and of intervals between towers. The alongwind, acrosswind and torsional modal force spectra are investigated for generic bridge jointed twin-towered building models which cover twin squares, twin rhombuses, twin triangles, twin triangles with sharp corners cut off, twin rectangles and individual rectangle with the same outline aspect ratio as the twin rectangles. The analysis of the statistical correlation among three components of the aerodynamic force corroborated that the correlation between acrosswind and torsional forces is significant for bridge jointed twin-towered buildings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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