Since its development in the early 1980's the force balance technique has become a standard method in the efficient determination of structural loads and responses. Its usefulness lies in the simplicity of the physical model, the relatively short records required from the wind tunnel testing and its versatility in the use of the data for different sets of dynamic properties. Its major advantage has been the ability to provide results in a timely manner, assisting the structural engineer to fine-tune their building at an early stage of the structural development. The analysis of the wind tunnel data has evolved from the simple un-coupled system to sophisticated methods that include the correction for non-linear mode shapes, the handling of complex geometry and the handling of simultaneous measurements on multiple force balances for a building group. This paper will review some of the components in the force balance data analysis both in historical perspective and in its current advancement. The basic formulation of the force balance methodology in both frequency and time domains will be presented. This includes all coupling effects and allows the determination of the resultant quantities such as resultant accelerations, as well as various load effects that generally were not considered in earlier force balance analyses. Using a building model test carried out in the wind tunnel as an example case study, the effects of various simplifications and omissions are discussed.
Two identical tall building models with square cross-sections are experimentally studied in a wind tunnel with high-frequency-force-balance (HFFB) technique to investigate the interference effects on wind loads and dynamic responses of the interfered building. Another wind tunnel test, in which the interfered model is an aeroelastic one, is also carried out to further study the interference effects. The results from the two kinds of tests are compared with each other. Then the influences of turbulence in oncoming wind on dynamic interference factors are analyzed. At last the artificial neural networks method is used to deal with the experimental data and the along-wind and across-wind dynamic interference factor $IF_{dx}$ & $IF_{dy}$ contour maps are obtained, which could be used as references for wind load codes of buildings.
The present paper discusses the characteristics of unsteady aerodynamic forces on long-span curved roofs. A forced vibration test is carried out in a wind tunnel to investigate the effects of wind speed, vibration amplitude, reduced frequency of vibration and rise/span ratio of the roof on the unsteady aerodynamic forces. Because the range of parameters tested in the wind tunnel experiment is limited, a CFD simulation is also made for evaluating the characteristics of unsteady aerodynamic forces on the vibrating roof over a wider range of parameters. Special attention is paid to the effect of reduced frequency of vibration. Based on the results of the wind tunnel experiment and CFD simulation, the influence of the unsteady aerodynamic forces on the dynamic response of a full-scale long-span curved roof is investigated on the basis of the spectral analysis.
In order to investigate the characteristics of torsional wind loads on rectangular tall buildings, five models with different rectangular cross-sections were tested in a boundary wind tunnel. Based on the test results, the RMS force coefficients, power spectrum densities as well as vertical correlation functions of torsional wind loads were analyzed. Formulas that took the side ratio as parameters were proposed to fit the test results above. Comparisons between the results calculated by the formulas and the wind tunnel measurements were made to verify the reliability of the proposed formulas. An simplified expression to evaluate the dynamic torsional wind loads on rectangular tall buildings in urban terrain is presented on basis of the above formulas and has been proved by a practical project. The simplified expressions as well as the proposed formulas can be applied to estimate wind-induce torsional response on rectangular tall buildings in the frequency domain.
본 논문은 유도 무기나 로켓과 같이 세장비가 큰 비행체의 동안정미계수 획득을 위한 풍동실험장치 및 기법에 관하여 기술하였다. 세장비가 큰 로켓과 같은 비행체의 동적운동을 위한 풍동실험은 풍동 시험부의 크기와 진동 장치의 설치에 대한 문제 등의 어려움이 있어 동안정성 실험을 수행하는데 여러 가지 제약이 따르게 된다. 본 연구에서는 아음속 풍동에서 세장비가 큰 비행체의 동안정 미계수 획득을 위한 풍동실험기법으로 동안정 밸런스를 이용하는 기법이 사용되었다. 본 연구를 통하여 세장비가 큰 비행체의 자유진동 풍동실험 장치가 구축되었으며, 이 장치를 이용한 자료측정 결과는 동안정미계수가 적절하게 획득됨을 보여 주었다.
Considering the wind barriers induced aerodynamic characteristic variations of both bridge deck and trains, this paper studies the effects of wind barriers on the safety and stability of trains as they run through an urban rail transit cable-stayed bridge which tends to be more vulnerable to wind due to its relatively low stiffness and lightweight. For the bridge equipped with wind barriers of different characteristics, the aerodynamic coefficients of trains and bridge decks are obtained from wind tunnel test firstly. And then, the space vibration equations of the wind-train-bridge system are established using the experimentally obtained aerodynamic coefficients. Through solving the dynamic equations, one can calculate the dynamic responses both the trains and bridge. The results indicate that setting wind barriers can effectively reduce the dynamic responses of both the trains and bridge, even though more wind forces acting on the bridge are caused by wind barriers. In addition, for urban rail transit cable-stayed bridges located in strong wind environment, the wind barriers are recommended to be set with 20% porosity and 2.5 m height according to the calculation results of cases with wind barriers porosity and height varying in two wide ranges, i.e., 10% - 40% and 2.0 m to 4.0 m, respectively.
A study on aerodynamic modeling was performed to predict the hinge moments required for initial design of missile. Fin aerodynamic coefficients were modeled using the equivalent angle of attack method based on the wind tunnel test. In addition, CFD analysis was performed to calculate the dynamic pressure around the body and improve the accuracy of aerodynamic coefficients. The aerodynamic coefficient accuracy was verified by comparisons of the coefficient acquired from wind tunnel test and prediction of flow conditions, not involved in the model built-up. It was confirmed that fin aerodynamic coefficients can be predicted effectively by using the proposed method.
Haan, Fred L. Jr.;Sarkar, Partha P.;Spencer-Berger, Nicholas J.
Wind and Structures
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제9권5호
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pp.369-386
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2006
A combination Aerodynamic/Atmospheric Boundary Layer (AABL) Wind and Gust Tunnel with a unique active gust generation capability has been developed for wind engineering and industrial aerodynamics applications. This facility is a cornerstone component of the Wind Simulation and Testing (WiST) Laboratory of the Department of Aerospace Engineering at Iowa State University (ISU). The AABL Wind and Gust tunnel is primarily a closed-circuit tunnel that can be also operated in open-return mode. It is designed to accommodate two test sections ($2.44m{\times}1.83m$ and $2.44m{\times}2.21m$) with a maximum wind speed capability of 53 m/s. The gust generator is capable of producing non-stationary gust magnitudes around 27% of the mean flow speed. This paper describes the motivation for developing this gust generator and the work related to its design and testing.
Wind-induced responses of a structure are often evaluated through dynamic analysis, where measured wind forces obtained from a wind-tunnel test and dynamic properties obtained from a FE (Finite Element) model are utilized. However, the FE model generally shows considerable discrepancies in the estimation of natural frequencies compared to field measurements due to some assumptions and simplifications. In this paper, a calibration method that can improve the estimation of natural frequencies in the FE model is proposed, and specific cases are studied for its validity with comparison to the field measurement results.
The full-scale measurements are compared with the wind tunnel test results for the long-span roof latticed spatial structure of Shenzhen Citizen Center. A direct comparison of model testing results to full-scale measurements is always desirable, not only in validating the experimental data and methods but also in providing better understanding of the physics such as Reynolds numbers and scale effects. Since the quantity and location of full-scale measurements points are different from those of the wind tunnel tests taps, the weighted proper orthogonal decomposition technique is applied to the wind pressure data obtained from the wind tunnel tests to generate a time history of wind load vector, then loads acted on all the internal nodes are obtained by interpolation technique. The nodal mean wind pressure coefficients, root-mean-square of wind pressure coefficients and wind pressure power spectrum are also calculated. The time and frequency domain characteristics of full-scale measurements wind load are analyzed based on filtered data-acquisitions. In the analysis, special attention is paid to the distributions of the mean wind pressure coefficients of center part of Shenzhen Citizen Center long-span roof spatial latticed structure. Furthermore, a brief discussion about difference between the wind pressure power spectrum from the wind tunnel experiments and that from the full-scale in-site measurements is compared. The result is important fundament of wind-induced dynamic response of long-span spatial latticed structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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