Regen-Wind induzierte Seilschwingungen in laminarer und turbulenter Strömung

Dreyer, Oliver

Seit einigen Jahren wird häufig von Schwingungen schlanker Zugglieder berichtet, die sich durch große Amplituden und niedrige Frequenzen auszeichnen und die ausschließlich bei gleichzeitigem Auftreten von Regen und Wind zu beobachten sind. Die betroffenen Bauteile haben einen kreisrunden Querschnitt und sind schwach gedämpft. Diese so genannten Regen-Wind induzierten Schwingungen können entstehen, wenn sich Regentropfen auf der Oberfläche von Seilen oder Rundstäben sammeln und in Rinnsalen an diesen herunterfließen. Die Rinnsale stellen bewegliche Ablösekanten für die umgebende Luftströmung dar. Bei einer schrägen Anströmung wird diese im Vergleich zur Umströmung symmetrischer Kreisquerschnitte so verändert, dass die sich einstellende Druckverteilung bzw. die daraus resultierenden Kräfte das betroffene Bauteil zu Schwingungen anregen. In der vorliegenden Arbeit werden die in der Literatur angegebenen Berechnungsmodelle zur Erfassung Regen-Wind induzierter Schwingungen erweitert. Der vorgestellte Ansatz beinhaltet zum einen die Bewegungsgleichungen des durchhangbehafteten Seils im dreidimensionalen Raum, zum anderen die aus einer Vereinfachung der Navier-Stokes-Gleichungen resultierenden Bewegungsgleichungen für die Rinnsale und schließlich die Berechnung der aerodynamischen Kräfte in Abhängigkeit von den Rinnsalstellungen auf dem Bauteil. Weiterhin erfolgt eine Überprüfung der Modellrechnungen anhand von in der Literatur dokumentierten Messungen sowie eine Parameterstudie.

In recent years oscillations of slim tension members, that are characterized by large amplitudes and low frequencies and that only occur in conjunction with the simultaneous action of rain and wind, have been reported frequently. The affected structural elements have a circular cross section and a low damping. These so-called rain-wind induced vibrations can occur when rain drops form axial water rivulets on the surface of cables or round bars. The rivulets represent moving separation points for the surrounding wind flow. Thus the fluid pressure distribution is modified in comparison to the pressure around a circular cross section. The resulting forces cause large vibrations of the structures. In this thesis existing approaches to model rain-wind induced vibrations are extended. The presented model includes the equations of motion for a sagged cable, the equations of motion for the rivulets that are derived from a simplification of the Navier-Stokes equations and the computation of the aerodynamic forces in dependance of the rivulet positions on the cable. The calculation results are verified on the basis of test data given in various earlier publications. Furthermore the effect of the important wind-, rivulet- and cable properties on the vibrations are investigated in an extensive parameter study.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Dreyer, Oliver: Regen-Wind induzierte Seilschwingungen in laminarer und turbulenter Strömung. 2004.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Details anzeigen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export