Vindtunneltesting av brutverrsnitt

Abstract

Først ble forskjellige typer brutversnitt undersøkt for å kartlegge hva som fantes, hva som ikke var testet og hva som allerede var bygget. Det viste seg at forskjellige typer tverrsnitt var fordelaktig for forskjellige typer broer og forskjellig lengde. Ved hjelp av Fusion 360 og en todimensjonal fres, X-Carve, ble en seksjonsmodell i målestokk 1:50 bygget. Tverrsnittet var et forslag for ei hengebru som skal krysse Sulafjorden, utarbeidet av Multiconsult. Seksjonsmodellen ble bygget opp av deler i et materiale kalt Divinycell. For å oppnå høy nok styrke og stivhet ble modellen forsterket med et aluminiumsrør. Modellen ble videre foliert og holdt sammen av endeplater. Endeplatene var påmontert 3Dprintede deler som aluminiumsrørene ble festet i. Da modellen var ferdig bygget ble det gjort noen målinger for å sammenligne analytisk beregnede egenfrekvenser og målte egenfrekvenser. Det viste seg at egenfrekvensene var litt lave, og dermed at tverrsnittet kunne utvise virvelavløsningsvibrasjoner for vindhastigheter mellom 0 og 12 m/s, dette på grunn av resonans. Videre ble det testet i vindtunnel for å finne statiske egenskaper og for å finne de aerodynamiske deriverte. Nøyaktigheten av målingene og teorimetoden ble undersøkt ved å sammenligne målte krefter og krefter estimert fra teori.

Måledata fra seksjonsmodellen viste at tverrsnittet er motstandsdyktig mot gallopering og torsjonsustabiliteter, men sårbart for tilfeller av flutter og statisk divergens. Det er vist at antagelsen om at de selvinduserte kreftene er lineært avhengig av hastighet og forskyvning ikke gjelder, men resultatene viser at det er akseptabelt å anta i vertikal- og rotasjonsretning. De aerodynamiske deriverte som er funnet fra harmoniske bevegelser ble brukt til å estimere selvinduserte krefter fra en tidsserie med tilfeldig bevegelse som inneholder frekvenser fra 0 til 3.5 Hz. Resultatet viste god korrelasjon mellom de målte og estimerte kreftene i vertikal- og rotasjonsretning, der R2-verdier ble beregnet til 85-95%. Det var nesten ingen korrelasjon i horisontalretning, noe som viser at lineariteten til de selvinduserte kreftene med tanke på hastighet og forskyvning, og superpoisisjonsprinsippet ikke kan benyttes i horisontalretning, men med god tilnærming i de andre retningene. Det ble observert noe Reynoldsavhengighet da de statiske koeffisientene avtok litt i verdi med økende vindhastighet. Metoder for å redusere virvelavløsningsvibrasjoner er diskutert og det viste seg at oppsett med to spoilere reduserte vibrasjoner i alle retninger. Oppsett med TMD reduserte også mye av vibrasjonene.