Theoretical and experimental studies on the aerodynamic instability of a two-dimensional circular cylinder with a moving attachment

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作者
M. H. Gu,L. Q. Huang
出处
期刊:Journal of Fluids and Structures [Elsevier]
卷期号:24 (2): 200-211 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.jfluidstructs.2007.08.001
摘要

Rain–wind induced vibration of cables in cable-stayed bridges is a worldwide problem of great concern. The effect of the motion of water rivulets on the instability of stay cables has been recognized as one of the mechanisms of this complex phenomenon. In order to investigate how the motion of rivulets affects the unstable vibration of cables without considering the effects of axial flow and axial vortex, a real three-dimensional cable was modeled as a two-dimensional circular cylinder, around which an attachment representing the rivulet can move. This could also be regarded as a new kind of two-dimensional 2-dof dynamic system. This paper studies the aerodynamic instability of the system theoretically and experimentally. Equations governing the motions of the cylinder and the attachment are first established. The Lyapunov stability criterion is applied to the equations of motion to derive the criterion for the unstable balance angle of the attachment. Moreover, a new two-dimensional 2-dof cable model system with a movable attachment is designed and tested in a wind tunnel. Parametric studies are carried out to investigate the effects of major factors such as wind speed, frequency and damping of the dynamic system on the unstable balance angle of the rivulet attachment. Theoretical and experimental results match well. These results may be valuable in elucidating the mechanism of rain–wind induced vibration of stay cables.

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