A two-dimensional flutter analysis method (2d-3DOF method) was developed to simultaneously investigate the relationship between oscillation parameters and aerodynamic derivatives of three degrees of freedom, and to clarify the coupling effects of different degrees of freedom in flutter instability. With this method, the flutter mechanism of two typical bridge deck sections, box girder section and two-isolated-girder section, were numerically investigated, and both differences and common ground in these two typical flutter phenomena are summarized. Then the flutter stabilization effect and its mechanism for long-span bridges with box girders by using central-slotting were studied by experimental investigation of aerodynamic stability and theoretical analysis of stabilizing mechanism. Possible explanation of new findings in the evaluation trend of critical wind speed through central vent width is finally presented.
Long-span suspension bridges located in typhoon-prone regions face significant risks of flutter instability, particularly in girder erection. Despite the implementation of aerodynamic countermeasures designed for the service stage, the flutter stability of bridge in girder erection may not meet the required standards. Nowadays, the double-deck truss girder is increasingly common in practical engineering which exhibits different performance from the single-deck truss girder. To gain insights into the flutter performance of this girder type and determine temporary aerodynamic countermeasures for flutter suppression in girder erection, wind tunnel tests were conducted. The effects of affiliated members on the flutter performance were first examined. Subsequently, different aerodynamic countermeasures were designed and their effectiveness was tested. The results indicate that the stabilizers above and below the upper and lower decks are the most effective for the flutter stability of bridge at positive and negative angles of attack, respectively. The higher the stabilizers are, the better the effect on flutter suppression achieves. Considering the feasibility in practical engineering, a temporary stabilizer above the upper deck was considered. It is expected that the results could provide references for the aerodynamic design of double-deck truss girder during erection.
As central-slotted box decks usually have excellent flutter performance, studies on this type of deck mostly focus on the vortex-induced vibration (VIV) control. Yet with the increasing span lengths, cable-supported bridges may have critical wind speeds of wind-induced static instability lower than that of the flutter. This is especially likely for bridges with a central-slotted box deck. As a result, the overall aerodynamic performance of such a bridge will depend on its wind-induced static stability. Taking a 1400 m-main-span cable-stayed bridge as an example, this study investigates the influence of a series of deck shape parameters on both static and flutter instabilities. Some crucial shape parameters, like the height ratio of wind fairing and the angle of the inner-lower web, show opposite influences on the two kinds of instabilities. The aerodynamic shape optimization conducted for both static and flutter instabilities on the deck based on parameter-sensitivity studies raises the static critical wind speed by about 10%, and the overall critical wind speed by about 8%. Effective VIV countermeasures for this type of bridge deck have also been proposed.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.1
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pp.46-57
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2013
Flutter stability and buffeting response have been the topics of most concern in the design state of long-span suspension bridges. Among approaches towards the aerodynamic stability, the aerodynamic-based control method which uses control surfaces to generate forces counteracting the unstable excitations has shown to be promising. This study focused on the mechanically controlled system using flaps; two flaps were attached on both sides of a bridge deck and were driven by the motions of the bridge deck. When the flaps moved, the overall cross section of the bridge deck containing these flaps was continuously changing. As a consequence, the aerodynamic forces also changed. The efficiency of the control was studied through the numerical simulation and experimental investigations. The values of quasi-steady forces, together with the experimental aerodynamic force coefficients, were proposed in the simulation. The results showed that the passive flap control can, with appropriate motion of the flaps, solve the aerodynamic instability. The efficiency of the flap control on the full span of a simple suspension bridge was also carried out. The mode-by-mode technique was applied for the investigation. The results revealed that the efficiency of the flap control relates to the mode number, the installed location of the flap, and the flap length.
Cheng, Shaohong;Larose, Guy L.;Savage, Mike G.;Tanaka, Hiroshi
Wind and Structures
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v.6
no.3
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pp.197-208
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2003
Galloping instability of dry inclined cables of cable-stayed bridges has been reported by Japanese researchers. A suggested stability criterion based on some experimental studies in Japan implies that many of stay cables would be expected to suffer galloping instability, which, if valid, would cause serious difficulty in the design of cable-stayed bridges. However, this is not the case in reality. Thus, it is practically urgent and necessary to confirm the validity of this criterion and possible restriction of it. In the present study, a 2D sectional cable model was tested in the wind tunnel, and effects of various physical parameters were investigated. It is found that the stability criterion suggested by Japanese researchers is more conservative than the results obtained from the current study.
This paper presents galloping analysis of multiple-degree-of-freedom (MDOF) structural roofs with multiple orientations. Instead of using drag and lift coefficients and/or their combined coefficient in traditional galloping analysis for slender structures, this study uses wind pressure coefficients for wind force representation on each and every different orientation roof, facilitating the galloping analysis of multiple-orientation roof structures. In the study, influences of nonlinear aerodynamic forces are considered. An energy-based equivalent technique, together with the modal analysis, is used to solve the nonlinear MDOF vibration equations. The critical wind speed for galloping of roof structures is derived, which is then applied to galloping analysis of roofs of a stadium and a high-rise building in China. With the aid of various experimental results obtained in pertinent research, this study also shows that consideration of nonlinear aerodynamic forces in galloping analysis generally increases the critical wind speed, thus enhancing aerodynamic stability of structures.
The vehicle aerodynamic crosswind characteristics are mainly governed by the coefficient of side force and yawing moment. These performances affect not only the driving comfort which can be felt by driver but also the safety due to the instability of vehicle. The aims of this investigation are to improve the aerodynamic crosswind performance of sedan vehicle under the crosswind conditions. In order to improve the crosswind stability, numerical analysis has been performed by modifying the rear body shape of vehicle. As the results, we observed about 20% reduction of yawing moment coefficient relative to the base vehicle.
This paper proposes apractical design method for ship-to-ship missiles' autopilot. When the pre-designed analogue autopilot is implemented in digital way, theygenerally suffer from severe performance degradation and instability problem even for a sufficiently small sampling time. Also, aerodynamic uncertainties can affect the overall stability and this happens more severely when the nonlinear autopilot is digitally implemented. In order to realize a practical autopilot, two main issues, digital implementation problem and compensation for the aerodynamic uncertainties, are considered in this paper. MIMO (multi-input multi-output) nonlinear autopilot is presented first and the input and output of the missile are discretized for implementation. In this step, the discretization effect is compensated by designing an additional control input. Finally, we design a parameter adaptation law to compensate the control performance. Stability analysis and 6-DOF (degree-of-freedom) simulations are presented to verify the proposed adaptive autopilot.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.10a
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pp.189-192
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2014
Recently, development of electric powered UAV for high altitude and long endurance mission has been conducted worldwide. Long endurance requirement necessitates high lift over drag (L/D) aerodynamic characteristics and lightweight structures, leading to highly flexible wings with high aspect ratio. These highly flexible wings increase the danger of catastrophic aircraft failure due to flutter, which is a dynamic aeroelastic instability occurring from the interaction of aerodynamic, inertial, and elastic forces acting on the aircraft flying through the air. In this paper, flexible wing for electric powered UAV whose skin is fabricated using mylar film for lightweight design is briefly explained. In addition, flutter analysis procedures and results for the flexible wing in order to substantiate the aeroelastic stability requirements are presented.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.4
no.1
s.12
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pp.15-24
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2004
Generally, a ${\pi}$-type girder composed of two I-type girders is known to have a significant disadvantage in wind resistance design because of aerodynamic instability. A representative bridge for this girder was Tacoma Narrows Bridge. Since Tacoma Narrows Bridge had very low stiffness of the bridge structure and its cross-section shape had aerodynamic instability, the bridge collapsed after severe torsion and vibration events in 19m/s wind speed. Aerodynamic vibration can be avoided by enhancing structural stiffness and damping factor and conducting a study of cross-section shapes. This study shows the angle of attack for the four-span cable stayed bridge having ${\pi}$-type cross-section and describes the aerodynamic characteristics of the changed cross-section with aerodynamic vibration damping additions, by carrying out two-dimension vibration tests. As a result of uniform flow and turbulent flow, the study shows that because the basic ${\pi}$-type cross-section alone can have efficient wind resistant stability, there is no need to have additional aerodynamic damping equipment. Since this four 230m-main-span bridge has a large frequency and also has a big stiffness compared to other bridges containing a similar cross-section, it has aerodynamic stability under the design wind speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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