For high-speed railways (HSR) in wind prone regions, wind barriers are often installed on bridges to ensure the running safety of trains. This paper analyzes the effect of wind barriers on the running safety of a high-speed train to cross winds when it passes on a bridge. Two simply-supported (S-S) PC bridges in China, one with 32 m box beams and the other with 16 m trough beams, are selected to perform the dynamic analyses. The bridges are modeled by 3-D finite elements and each vehicle in a train by a multi-rigid-body system connected with suspension springs and dashpots. The wind excitations on the train vehicles and the bridges are numerically simulated, using the static tri-component coefficients obtained from a wind tunnel test, taking into account the effects of wind barriers, train speed and the spatial correlation with wind forces on the deck. The whole histories of a train passing over the two bridges under strong cross winds are simulated and compared, considering variations of wind velocities, train speeds and without or with wind barriers. The threshold curves of wind velocity for train running safety on the two bridges are compared, from which the windbreak effect of the wind barrier are evaluated, based on which a beam structure with better performance is recommended.
To ensure the flutter stability of three-tower suspension bridges under skew wind, by using the computational procedure of 3D refined flutter analysis of long-span bridges under skew wind, in which structural nonlinearity, the static wind action(also known as the aerostatic effect) and the full-mode coupling effect etc., are fully considered, the flutter stability of a three-tower suspension bridge-the Taizhou Bridge over the Yangtze River in completion and during the deck erection is numerically investigated under the constant uniform skew wind, and the influences of skew wind and aerostatic effects on the flutter stability of the bridge under the service and construction conditions are assessed. The results show that the flutter critical wind speeds of three-tower suspension bridge under service and construction conditions fluctuate with the increase of wind yaw angle instead of a monotonous cosine rule as the decomposition method proposed, and reach the minimum mostly in the case of skew wind. Both the skew wind and aerostatic effects significantly reduce the flutter stability of three-tower suspension bridge under the service and construction conditions, and the combined skew wind and aerostatic effects further deteriorate the flutter stability. Both the skew wind and aerostatic effects do not change the evolution of flutter stability of the bridge during the deck erection, and compared to the service condition, they lead to a greater decrease of flutter critical wind speed of the bridge during deck erection, and the influence of the combined skew wind and aerostatic effects is more prominent. Therefore, the skew wind and aerostatic effects must be considered accurately in the flutter analysis of three-tower suspension bridges.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.20
no.3
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pp.393-404
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2017
Side jet effect on the aerodynamic characteristics of a missile was investigated using experimental and computational methods. A couple of side jets were injected toward outward downstream at mid point of missile body. Cold air jet was used in the wind tunnel test, and cold and hot jet were used in the computation. Wind tunnel test was carried out with jet and without jet, and calculation was performed for three cases ; no jet, cold air jet, and hot mixture gas jet. From the comparison of measured and calculated data for all cases, two points could be deduced. Firstly, side jet made static stability to be unstable by increasing body normal force near the side jet exit and by decreasing tail normal force. Secondly, hot mixture gas had more significant effect on the static stability of a missile-type body than cold air jet.
This paper proposes a new wind turbine simulator using a squirrel cage induction for control performance test of DFIG (doubly-fed induction generator). The turbine static characteristics are modeled using the relation between the turbine torque versus the wind speed and the blade pitch angle. The turbine performance is subjected to a real wind speed pattern by modeling the wind speed as a sum of harmonics with a wide range of frequency. The turbine model includes the effect of the tower shadow and wind shear. A pitch angle controller is designed and used to protect the coupled generator by limiting the turbine speed to the maximum value. Experimental results are provided for a 3[kW] wind turbine simulator at laboratory.
Wind tunnel experiments are used to investigate the aerodynamic interactions between vehicles and wind barriers on a railway bridge. Wind barriers with four different heights (1.72 m, 2.05 m, 2.5 m and 2.95 m, full-scale) and three different porosities (0%, 30% and 40%) are studied to yield the aerodynamic coefficients of the vehicle and the wind barriers. The effects of the wind barriers on the aerodynamic coefficients of the vehicle are analyzed as well as the effects of the vehicle on the aerodynamic coefficients of the wind barriers. Finally, the relationship between the drag forces on the wind barriers and the aerodynamic coefficients of the vehicle are discussed. The results show that the wind barriers can significantly reduce the drag coefficients of the vehicle, but that porous wind barriers increase the lift forces on the vehicle. The windward vehicle will significantly reduce the drag coefficients of the porous wind barriers, but the windward and leeward vehicle will increase the drag coefficients of the solid wind barrier. The overturning moment coefficient is a linear function of the drag forces on the wind barriers if the full-scale height of the wind barriers $h{\leq}2.5m$ and the overturning moment coefficients $C_O{\geq}0$.
Chen, Cong;Dai, Bingyu;Wieczorek, Niccolo;Unglaub, Julian;Thiele, Klaus
Wind and Structures
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v.35
no.4
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pp.255-268
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2022
Light-weight or low-damped structures may encounter the unsteady galloping instability that occurs at low reduced wind speeds, where the classical quasi-steady assumption is invalid. Although this unsteady phenomenon has been widely studied for rectangular cross sections with one side perpendicular to the incidence flow, the effect of the mean wind angle of attack has not been paid enough attention yet. With four sectional models of different side ratios and geometric shapes, the presented research focuses on the effect of the wind angle of attack on unsteady galloping instability. In static tests, comparatively strong vortex shedding force was noticed in the middle of the range of flow incidence where the lift coefficient shows a negative slope. In aeroelastic tests with a low Scruton number, the typical unsteady galloping, which is due to an interaction with vortex-induced vibration and results in unrestricted oscillation initiating at the Kármán vortex resonance wind speed, was observed for the wind angles of attack that characterize relatively strong vortex shedding force. In contrast, for the wind angles of attack with relatively weak shedding force, an "atypical" unsteady galloping was found to occur at a reduced wind speed clearly higher than the Kármán-vortex resonance one. These observations are valid for all four wind tunnel models. One of the wind tunnel models (with a bridge deck cross section) was also tested in a turbulent flow with an intensity about 9%, showing only the atypical unsteady galloping. However, the wind angle of attack with the comparatively strong vortex shedding force remains the most unfavorable one with respect to the instability threshold in low Scruton number conditions.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.3
no.2
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pp.26-30
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2016
Experimental study on the unsteady aerodynamics analysis and power consumption of a folding wing is accomplished using a wind tunnel testing. A folding wing model is fabricated and actuated using servo motors. The flapping wing consists of an inboard main wing and an outboard folding wing. The aerodynamic forces and consumed powers of the flapping wing are measured by changing the flapping and folding wings inside a low-speed wind tunnel. In order to calculate the aerodynamic forces, the measured forces are modified using static test data. It was found that the effect of the folding wing on the flapping wing's total lift is small but the effect of the folding wing on the total thrust is larger than the main wing. The folding motion requires the extra use of the servo motor. Thus, the amount of the energy consumption increases when both the wings are actuated together. As the flight speed increases, the power consumption of the folding wing decreases which results in energy saving.
A three-dimensional panel system, which was offered as a new method for construction in Jordan using relatively high strength modular panels for walls and ceilings, is investigated in this paper. The panel consists of two steel meshes on both sides of an expanded polystyrene core and connected together with a truss wire to provide a 3D system. The top face of the ceiling panel was pored with regular concrete mix, while the bottom face and both faces of the wall panels were cast by shotcreting (dry process). To investigate the structural performance of this system, an extensive experimental testing program for ceiling and wall panels subjected to static and dynamic loadings was conducted. The load-deflection curves were obtained for beam and shear wall elements and wall elements under transverse and axial loads, respectively. Static and dynamic analyses were conducted, and the performance of the proposed structural system was evaluated and compared with a typical three dimensional reinforced concrete frame system for buildings of the same floor areas and number of floors. Compressive strength capacity of a ceiling panel is determined for gravity loads, while flexural capacity is determined under the effect of wind and seismic loading. It was found that, the strength and serviceability requirements could be easily satisfied for buildings constructed using the three-dimensional panel system. The 3D panel system is superior to that of conventional frame system in its dynamic performance, due to its high stiffness to mass ratio.
Pressure measurements on static and autorotating flat plates have been recently reported by Lin et al. (2006), Holmes, et al. (2006), and Richards, et al. (2008), amongst others. In general, the variation of the normal force with respect to the angle of attack appears to stall in the mid attack angle range with a large scale separation in the wake. To date however, no surface pressures have been measured on auto-rotating plates that are typical of a certain class of debris. This paper presents the results of an experiment to measure the aerodynamic forces on a flat plate held stationary at different angles to the flow and allowing the plate to auto-rotate. The forces were determined through the measurement of differential pressures on either side of the plate with internally mounted pressure transducers and data logging systems. Results are presented for surface pressure distributions and overall integrated forces and moments on the plates in coefficient form. Computed static force coefficients show the stall effect at the mid range angle of attack and some variation for different Reynolds numbers. Normal forces determined from autorotational experiments are higher than the static values at most pitch angles over a cycle. The resulting moment coefficient does not compare well with current analytical formulations which suggest the existence of a flow mechanism that cannot be completely described through static tests.
As a new kind of construction facility for high rise buildings, the integral steel platform scaffold system (ISPS) consisting of the steel skeleton and suspended scaffold faces high wind during the construction procedure. The lattice structure type and existence of core tubes both make it difficult to estimate the wind load and calculate the wind-induced responses. In this study, an aeroelastic model with a geometry scale ratio of 1:25 based on the ISPS for Shanghai Tower, with the representative square profile, is manufactured and then tested in a wind tunnel. The first mode of the prototype ISPS is a torsional one with a frequency of only 0.68 Hz, and the model survives under extreme wind speed up to 50 m/s. The static wind load and wind vibration factors are derived based on the test result and supplementary finite element analysis, offering a reference for the following ISPS design. The spacer at the bottom of the suspended scaffold is suggested to be long enough to touch the core tube in the initial status to prevent the collision. Besides, aerodynamic wind loads and cross-wind loads are suggested to be included in the structural design of the ISPS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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