吳金團(tuán)，王 劍，戚永圣，周宗仁

（天津城建大學(xué) 土木工程學(xué)院，天津 300384）

斜拉索風(fēng)雨激振是目前公認(rèn)的對斜拉索橋危害最大的一種破壞形式，風(fēng)雨激振指在特定風(fēng)速下發(fā)生的較大幅度和較低頻率的振動現(xiàn)象[1].斜拉索風(fēng)雨激振現(xiàn)象普遍存在，世界上許多國家都出現(xiàn)過斜拉索橋因風(fēng)雨激振破壞的現(xiàn)象，如中國洞庭湖大橋、楊浦大橋等[2].當(dāng)時由于國內(nèi)外缺乏關(guān)于斜拉索橋的有效減振措施，導(dǎo)致部分斜拉索橋遭到了不同程度的破壞.

空氣動力學(xué)減振措施是目前最經(jīng)濟(jì)且減振效果較好的一種減振措施[3]，在工程應(yīng)用中也比較廣泛.其中，在拉索表面纏繞螺旋線[4]、黏貼縱向肋條[5]、施加橢圓環(huán)[6]、壓花[7]、壓凹坑[8]以及采用多邊形拉索截面是最為常見的幾種空氣動力學(xué)減振方式.Kobayashi等[9]采用多邊形拉索截面作為試驗(yàn)研究對象，發(fā)現(xiàn)多邊形拉索截面波浪起伏的外形能有效抑制拉索的風(fēng)雨激振現(xiàn)象.Kleissl等[10]通過在圓形拉索表面黏貼規(guī)則凸起物進(jìn)而變?yōu)檎呅蔚睦魍庑?，發(fā)現(xiàn)其有一定的減振效果。

目前各國研究人員認(rèn)識到上水線的形成和振蕩是斜拉索發(fā)生風(fēng)雨激振的主要原因[11-13].由于鈍體斜拉索的風(fēng)洞試驗(yàn)還不成熟，需要與數(shù)值模擬結(jié)合起來共同研究水膜在鈍體拉索表面的流動情況.多邊形拉索截面的抑振機(jī)理并不十分明朗，還有待進(jìn)一步的研究.關(guān)健、喬浩玥建立了可用于分析任意拉索截面的風(fēng)雨激振理論和計(jì)算模型[14-15].本文在他們研究的基礎(chǔ)上，將拉索截面設(shè)置為正六邊形.在COMSOL軟件中建立正六邊形斜拉索截面模型并計(jì)算出拉索表面各個點(diǎn)位處的風(fēng)壓力系數(shù)和風(fēng)摩擦力系數(shù)，將計(jì)算出的風(fēng)場系數(shù)導(dǎo)入到MATLAB軟件中運(yùn)用有限差分法求解拉索振動和水膜運(yùn)動方程.筆者從拉索振幅，氣動升力，拉索表面水膜形態(tài)變化，上水線振蕩區(qū)間內(nèi)水膜厚度時程變化以及上水線振蕩規(guī)律這五個角度全面分析正六邊形截面拉索風(fēng)雨激振的抑振機(jī)理和減振效果.

1 計(jì)算模型

1.1 模型介紹

參照Li等人做的圓形拉索風(fēng)雨激振風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚16]，基本參數(shù)與該試驗(yàn)設(shè)置一致，并在喬浩玥[15]等人建立的可用于分析任意拉索截面模型的基礎(chǔ)上，本文建立正六邊形的拉索截面模型來進(jìn)行計(jì)算研究并同時計(jì)算了圓形拉索截面的工況用以進(jìn)行對比分析.

將正六邊形拉索的六條邊視作六個索面，相鄰兩個索面的夾邊視作棱邊.為研究氣流方向?qū)髡駝拥挠绊?，設(shè)置正六邊形斜拉索氣流正對棱邊模型為工況一，氣流正對索面模型為工況二，工況說明如圖1所示.

圖1 工況說明

應(yīng)用COMSOL軟件建立正六邊形斜拉索截面鈍體繞流模型，設(shè)定正六邊形拉索截面外接圓直徑為D，坐標(biāo)原點(diǎn)定位于拉索中心處.計(jì)算區(qū)域?yàn)?0 D×20 D尺寸的矩形，斜拉索中心與入口1和入口3等距且距離入口2為12 D，距離左側(cè)出口為18 D，計(jì)算風(fēng)場示意如圖2所示.

為消除邊界條件帶來的影響和保證計(jì)算結(jié)果的精確性和流暢度，對拉索附近的網(wǎng)格進(jìn)行局部加密和尖角鈍化處理，整個流場網(wǎng)格和正六邊形拉索截面附近網(wǎng)格劃分情況如圖3和圖4所示.

圖3 流場網(wǎng)格劃分示意

圖4 正六邊形拉索截面附近網(wǎng)格劃分示意

1.2 計(jì)算流程

首先用COMSOL軟件建立正六邊形截面斜拉索的鈍體繞流模型，并在該軟件中進(jìn)行拉索表面風(fēng)壓力系數(shù)Cp和風(fēng)摩擦力系數(shù)Cf的求解計(jì)算.然后將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入到MATLAB計(jì)算程序中，采用有限差分法對水膜運(yùn)動方程進(jìn)行數(shù)值求解，可以得到水膜厚度和拉索表面氣動升力等參數(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拉索振動方程的求解，可以得到拉索的振動位移、速度、加速度等參數(shù)，將加速度代入下一個時間步的水膜運(yùn)動方程中進(jìn)行迭代計(jì)算，計(jì)算流程如圖5所示.

圖5 計(jì)算流程

2 計(jì)算參數(shù)

參照Li[16]等人在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室利用超聲波測厚系統(tǒng)在人工降雨條件下測量拉索表面水膜厚度的風(fēng)洞試驗(yàn)，為確保水膜的連續(xù)流動設(shè)定初始水膜厚度為h0=0.25 mm，最小水膜厚度設(shè)定為hmin=0.02 mm，時間步長dT=0.001 s.正六邊形拉索外接圓半徑為0.05 m，考慮到正六邊形拉索截面的幾何特性，為方便建模計(jì)算，將正六邊形斜拉索截面沿周邊環(huán)向離散為120個點(diǎn)，并在COMSOL中建立極坐標(biāo)系，橫縱坐標(biāo)分別為Rcosθ，Rsinθ.其橫截面示意如圖6所示.其他計(jì)算參數(shù)參照風(fēng)洞試驗(yàn)[16]參數(shù)（見表1）.

圖6 正六邊形拉索橫截面示意

表1 其他計(jì)算參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果

為了驗(yàn)證數(shù)值模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性并方便與正六邊形拉索的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析.參照Li等[16]做的圓形拉索風(fēng)洞試驗(yàn)，試驗(yàn)中當(dāng)風(fēng)速設(shè)定為7.72 m/s時風(fēng)雨激振現(xiàn)象最為激烈，所以選擇該風(fēng)速作為對比風(fēng)速.

3.1 拉索振動響應(yīng)

圖7顯示的是0～30 s圓形拉索的振動時程曲線及頻譜分析.從圖中可以看出斜拉索開始時刻的振幅是0.025 m，逐漸增大到25 s時基本達(dá)到穩(wěn)定，并且25～30 s處于相對穩(wěn)定狀態(tài).平均振幅為0.088 m，與試驗(yàn)得到的結(jié)果0.09 m極為接近[16].振動主頻為0.999 Hz，與風(fēng)洞試驗(yàn)得到的拉索自振頻率0.952 Hz很接近[16].

圖7 圓形拉索截面振動時程曲線及頻譜分析

圖8顯示了正六邊形拉索在氣流正對棱邊工況下0～30 s的振動時程曲線及頻譜分析.從圖中可以看出，拉索的平衡位置從開始位置沿重力方向下移，在y=-0.033 m附近達(dá)到平衡位置并發(fā)生周期性振動.在0～23 s內(nèi)拉索振幅由剛開始的0.031 m逐漸增大，在23 s時拉索振幅增大為0.05 m，23～30 s振幅保持相對穩(wěn)定.頻譜分析顯示拉索振動主頻為0.994 Hz.

圖8 工況一拉索振動時程曲線及頻譜分析

圖9顯示了正六邊形拉索在氣流正對索面工況下0～30 s的振動時程曲線及頻譜分析.振動時程曲線顯示拉索平衡位置也從開始位置沿重力方向下移，在y=-0.034 m附近達(dá)到平衡位置并發(fā)生周期性振動，這一平衡位置與氣流正對棱邊工況的平衡位置極為接近.在0～5 s內(nèi)拉索振幅由剛開始的0.038 m逐漸減小；在5 s時拉索振幅減小為0.033 m；5～15 s內(nèi)振幅保持相對穩(wěn)定然后在15～25 s內(nèi)振幅又逐漸減小；在25 s時拉索振幅減小為0.031 m；25～30 s內(nèi)振幅保持相對穩(wěn)定.頻譜分析顯示拉索振動主頻為1.003 Hz.

圖9 工況二拉索振動時程曲線及頻譜分析

表2顯示了圓形拉索與正六邊形拉索的振動特性對比分析情況.從表中可以看出氣流正對棱邊工況下正六邊形拉索的減振幅度為43.2%；氣流正對索面工況下正六邊形拉索的減振幅度為64.8%.由此說明不論風(fēng)從哪個角度吹向正六邊形拉索，振幅都得到了明顯減小，并有效抑制了斜拉索風(fēng)雨激振現(xiàn)象.當(dāng)氣流正對索面時減振幅度更大，即當(dāng)風(fēng)速方向與正六邊形拉索索面垂直時減振效果較明顯.

表2 拉索振動特性對比分析

3.2 拉索氣動升力

為了便于與正六邊形拉索的升力變化情況進(jìn)行對比分析，現(xiàn)列出了圓形拉索的氣動升力時程曲線及頻譜分析，如圖10所示.時程曲線顯示，在0～25 s內(nèi)，升力變化范圍逐漸增大，然后在25～30 s內(nèi)保持相對穩(wěn)定并在0.051～1.704 N內(nèi)發(fā)生周期性變化，差值是1.653 N.頻譜分析顯示，拉索升力變化主頻為1.008 Hz，能量幅值大小為0.232，接近拉索自振頻率0.952 Hz，說明了拉索表面氣動升力的周期性變化導(dǎo)致了拉索振動的周期性變化[13].

圖10 圓形拉索氣動升力時程曲線及頻譜分析

圖11顯示了正六邊形拉索在氣流正對棱邊工況下0～30 s的氣動升力時程曲線及頻譜分析.時程曲線顯示，拉索升力在0～23 s內(nèi)變化范圍呈現(xiàn)出略微增大趨勢，然后在23～30 s內(nèi)穩(wěn)定下來并在-1.504～-0.894 N范圍內(nèi)發(fā)生周期性變化，差值是0.61 N.頻譜分析顯示，升力變化主頻是0.999 Hz，能量幅值大小為0.170.

圖11 工況一拉索氣動升力時程曲線及頻譜分析

圖12顯示了正六邊形拉索在氣流正對索面工況下0～30 s的氣動升力時程曲線及頻譜分析.時程曲線顯示，拉索升力在0～25 s內(nèi)的變化范圍是-2.043～-0.735 N，差值是1.308 N.在25～30 s內(nèi)的變化范圍是-1.8～-0.831 N，差值是0.969 N.變化范圍呈現(xiàn)出減小趨勢.頻譜分析顯示，拉索升力變化主頻是0.998 Hz，能量幅值大小為0.121.

圖12 工況二拉索氣動升力時程曲線及頻譜分析

表3顯示了圓形拉索與正六邊形拉索的氣動升力特性對比分析情況.從表3中可以看出正六邊形拉索的兩個工況相比圓形拉索升力方向發(fā)生了改變并且當(dāng)氣流正對索面時，氣動升力的絕對值更大，這與Kleissl等人做的氣流方向?qū)φ呅卫鳉鈩恿ο禂?shù)影響的試驗(yàn)研究結(jié)果相一致[10].對比圓形拉索計(jì)算結(jié)果，氣流正對棱邊工況下正六邊形拉索氣動升力主頻能量幅值降低26.7%，升力變化差值減小63.1%；氣流正對索面工況下正六邊形拉索氣動升力主頻能量幅值降低47.8%，升力變化差值減小41.4%.說明正六邊形拉索在不同氣流方向作用下升力變化的周期特性都得到了明顯的減弱從而導(dǎo)致拉索振動大幅削弱.

表3 拉索氣動升力特性對比分析

3.3 拉索表面水膜形態(tài)變化

圖13顯示了0～30 s圓形拉索表面水膜形態(tài)的變化情況.從圖中可以看出，下水線水膜厚度雖然很大但是周期性流動的現(xiàn)象非常微弱，而上水線約在31°～80°之間發(fā)生了明顯的周期性流動和振蕩現(xiàn)象，水膜最大厚度約為0.4 mm，水線寬度約為42.76 mm且變化不大.這一現(xiàn)象與數(shù)值模擬[14-15]和風(fēng)洞試驗(yàn)觀測結(jié)果[16]相一致.下水線在剛開始的時候就出現(xiàn)了明顯的積聚現(xiàn)象并在θ=274°～286°范圍內(nèi)發(fā)生周期性振蕩，水線寬度約為10.47 mm.θ=279°是水膜積聚現(xiàn)象最明顯的位置點(diǎn)，厚度達(dá)到了1.1 mm.從圖13中還可以看出上水線存在著下滑流動的痕跡并且在下水線振蕩區(qū)間上邊緣附近的水膜厚度非常薄，說明了上水線附近的水在重力、摩擦力、風(fēng)作用力、水膜內(nèi)部張力作用下主要是從迎風(fēng)側(cè)流向下水線的[14].上水線的水膜流動情況如圖14所示，圖中實(shí)體箭頭表示上水線在迎風(fēng)側(cè)的流動方向，圖中陰影箭頭表示上水線在背風(fēng)側(cè)的流動方向.

圖13 圓形拉索表面水膜形態(tài)

圖14水膜受力及水線流動示意

圖15 顯示了氣流正對棱邊工況下正六邊形拉索表面0～30 s的水膜形態(tài)變化時程.從圖中可以看出下水線在θ=263°～299°之間發(fā)生周期性振蕩并在θ=277°～288°之間出現(xiàn)了明顯的積聚現(xiàn)象，積聚范圍內(nèi)水膜最大厚度約為1.2 mm，積聚位置水線寬度約為9.6 mm，整條下水線的寬度約為31.42 mm.下水線上邊緣水膜厚度明顯變薄說明水線流動情況與圓形拉索一樣主要是從迎風(fēng)側(cè)由上水線流向下水線.圖中有兩條上水線形成，一條明顯一條微弱，其中明顯上水線的振蕩范圍是51°～63°，最大水膜厚度達(dá)到了1.15mm，水線寬度約為10.47 mm.在該條上水線下邊緣處水線的周期性流動非常微弱，這是由于正六邊形拉索的波浪形表面限制了上水線的流動和周期性脫落.微弱上水線的振蕩范圍是θ=102°～117°，最大水膜厚度約為0.42 mm，水線寬度約為13.1 mm.

圖15工況一拉索表面水膜形態(tài)

圖16 顯示了氣流正對索面工況下正六邊形拉索表面0～30 s的水膜形態(tài)變化時程.從圖中可以看出下水線在θ=233°～278°之間發(fā)生周期性振蕩并在θ=268°～278°之間出現(xiàn)了明顯的積聚現(xiàn)象，積聚范圍內(nèi)水膜最大厚度約為1.3 mm，積聚位置水線寬度約為8.73 mm，整條下水線的寬度為39.27 mm.水線流動情況與氣流正對棱邊工況類同.在θ=79°～135°范圍內(nèi)有多條寬度不一的上水線形成，水膜最大厚度約為1.13 mm.由于上水線條數(shù)較多且分布比較分散，這里不再具體一一列出其振蕩范圍和水線寬度.單條水線之間的共性是振蕩范圍和水膜寬度都較小，它們之間的周期性流動現(xiàn)象都很微弱.在氣流方向和正六邊形截面拉索的波浪形索面結(jié)構(gòu)共同影響下，多條水線之間的流動受到了相互影響和制約從而阻礙了上水線的周期性環(huán)向振蕩.

圖16 工況二拉索表面水膜形態(tài)

3.4 上水線振蕩區(qū)間內(nèi)水膜厚度時程變化

3.4.1 圓形拉索

為深入分析圓形拉索表面上水線運(yùn)動的周期特性，根據(jù)圖13顯示的圓形拉索表面上水線振蕩范圍31°～80°，考慮到拉索表面水膜厚度的計(jì)算結(jié)果是沿拉索環(huán)向離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)，現(xiàn)選取上水線振蕩范圍內(nèi)特征角度處的水膜厚度時程曲線進(jìn)行分析.由于上水線并沒有出現(xiàn)明顯的積聚現(xiàn)象且水膜厚度變化范圍不大，上水線振蕩區(qū)間劃分示意如圖17所示,振蕩區(qū)間上下邊緣分別選取78.75°位置點(diǎn)和33.75°位置點(diǎn)，振蕩區(qū)間中部位置選取59.06°位置點(diǎn)作為特征角度位置.共計(jì)抽取這三個特征角度位置進(jìn)行0～30 s水膜厚度時程分析，如圖18-20所示.

圖17上水線振蕩區(qū)間劃分示意

圖18 時程曲線顯示：圓形拉索表面上水線振蕩區(qū)間下邊緣33.75°位置處的水膜厚度在前25 s內(nèi)變化范圍逐漸增大；25～30 s穩(wěn)定下來并在0.093～0.4 mm范圍內(nèi)呈現(xiàn)出周期性變化，差值是0.307 mm.頻譜分析顯示，水線運(yùn)動出現(xiàn)了明顯的倍頻和多主頻振蕩現(xiàn)象，主要振蕩頻率為0.998 Hz，能量幅值為0.032.文獻(xiàn)[14]和[17]也曾多次提到倍頻現(xiàn)象，這是因?yàn)樯纤€出現(xiàn)了回流現(xiàn)象而且回流這部分的水膜變化主頻非常接近第一主頻，然后累加得到的主頻為第二主頻且數(shù)值上約是第一主頻的兩倍[17].圖19振蕩區(qū)中部位置59.06°處的水膜厚度在前25 s內(nèi)的變化范圍仍然逐漸增大，25～30 s相對穩(wěn)定并在0.187～0.39 mm范圍內(nèi)發(fā)生周期性變化，差值是0.203 mm，也呈現(xiàn)出多主頻振蕩現(xiàn)象，主要振蕩頻率為1.001 Hz，能量幅值為0.044.圖20振蕩區(qū)上邊緣78.75°位置處水膜厚度在前25 s內(nèi)呈現(xiàn)出增大趨勢，25～30 s相對穩(wěn)定并在0.194～0.267 mm范圍內(nèi)發(fā)生周期性變化，差值是0.073 mm.振蕩主頻為1.013 Hz，能量幅值大小為0.018.

圖19 圓形拉索振蕩區(qū)間中部59.06°水膜厚度

圖20 圓形拉索振蕩區(qū)間上邊緣78.75°水膜厚度

振蕩區(qū)間內(nèi)水膜厚度的變化趨勢與氣動力、拉索振幅變化步調(diào)幾乎一致，說明水膜厚度的改變引起氣動力的改變進(jìn)而引起拉索的大幅振蕩.綜合圖18-20來看，振蕩區(qū)間上下邊緣及中部位置的振蕩主頻均接近拉索自振頻率0.952 Hz，說明拉索和水膜之間的同頻諧振是引起斜拉索風(fēng)雨激振的主要原因[17].

圖18 圓形拉索振蕩區(qū)間下邊緣33.75°水膜厚度

3.4.2 氣流正對棱邊正六邊形拉索

圖15給出了氣流正對棱邊工況下正六邊形拉索表面上水線振蕩范圍51°～63°，雖然110°附近位置處也有一條水線形成但是非常微弱，不用來做研究對象.考慮到拉索表面水膜厚度計(jì)算時得到的是沿拉索周邊環(huán)向離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)，為深入分析正六邊形拉索表面上水線運(yùn)動的周期特性，現(xiàn)選取上水線振蕩區(qū)間內(nèi)特征角度處的水膜厚度時程變化進(jìn)行研究.振蕩區(qū)間上下邊緣分別選取63°位置點(diǎn)和51°位置點(diǎn)，振蕩區(qū)間中部位置選取57°位置點(diǎn)作為特征角度位置.共計(jì)抽取這三個特征角度位置進(jìn)行0～30 s水膜厚度時程變化及頻譜分析，如圖21-23所示.

圖21 工況一拉索振蕩區(qū)間下邊緣51°水膜厚度

從圖21中可以看出，氣流正對棱邊工況下正六邊形拉索表面上水線振蕩區(qū)間下邊緣51°位置處水膜厚度保持在0.025～0.043 mm范圍內(nèi)，差值為0.018 mm.水線振蕩主頻為1.001 Hz，能量幅值大小為0.002.圖22振蕩區(qū)間中部57°位置處水膜厚度在剛開始的0.5 s內(nèi)發(fā)生不穩(wěn)定的波動，然后0.5～30 s內(nèi)水膜厚度在0.058～0.1 mm范圍內(nèi)發(fā)生周期性變化，差值為0.042 mm，水線振蕩主頻為1.001 Hz，能量幅值大小為0.007.圖23振蕩區(qū)間上邊緣63°位置處水膜厚度在前0.2 s內(nèi)發(fā)生不穩(wěn)定波動，然后0.2～30 s內(nèi)水膜厚度保持穩(wěn)定，變化范圍是0.025～0.038 mm,差值為0.013 mm.水線振蕩主頻是1.004 Hz，能量幅值大小為0.002.這三個特征角度位置水膜厚度非常薄，普遍在0.1 mm以下并且主頻能量幅值都很低，導(dǎo)致了氣動力變化的周期性大幅降低因此極大地減小了水線與拉索同頻振動的可能性.

圖22 工況一拉索振蕩區(qū)間中部57°水膜厚度

圖23 工況一拉索振蕩區(qū)間上邊緣63°水膜厚度

3.4.3 氣流正對索面正六邊形拉索

從圖16可以看出氣流正對索面工況下正六邊形拉索表面上水線振蕩區(qū)間內(nèi)有多條水線形成，振蕩區(qū)間范圍是θ=80°～133°，挑選θ=81°作為振蕩區(qū)下邊緣的特征角度；θ=108°作為振蕩區(qū)中部位置的特征角度；θ=132°作為振蕩區(qū)上邊緣的特征角度.依次展開拉索表面上水線運(yùn)動規(guī)律的深入分析，如圖24-26所示.

從圖24中可以看出，氣流正對索面工況下正六邊形拉索表面上水線振蕩區(qū)間下邊緣81°位置處水膜厚度在0.025～0.049 mm范圍內(nèi)變化，差值是0.024 mm.振蕩主頻是1.000 Hz，能量幅值大小為0.001 9.圖25振蕩區(qū)間中部108°位置處水膜厚度在前0.2 s內(nèi)有些不穩(wěn)定波動，然后0.2～30 s內(nèi)水膜厚度保持穩(wěn)定并在0.438～0.534 mm范圍內(nèi)呈現(xiàn)出周期性變化，差值是0.096 mm.振蕩主頻有兩個分別是0.999，1.998 Hz，它們的能量幅值大小分別為0.014和0.012.圖26振蕩區(qū)間上邊緣132°位置處水膜厚度在前0.3 s內(nèi)發(fā)生波動，之后逐步穩(wěn)定下來并在0.246～0.320 mm之間發(fā)生周期性變化，差值是0.074 mm.該位置處有兩個變化主頻分別是2.001 Hz和2.999 Hz，這兩個主頻的能量幅值分別是0.008 5和0.004.振蕩區(qū)間中部位置和上邊緣再一次出現(xiàn)了倍頻現(xiàn)象.振蕩區(qū)間下邊緣和中部位置處的水膜厚度變化頻率雖然很接近拉索自振頻率，但是能量幅值很低，振蕩區(qū)間上邊緣水膜厚度變化主頻已經(jīng)遠(yuǎn)離拉索自振頻率，導(dǎo)致氣動力的周期性現(xiàn)象非常微弱，從而有效抑制了拉索的風(fēng)雨激振現(xiàn)象.

圖24 工況二拉索振蕩區(qū)間下邊緣81°水膜厚度

圖25 工況二拉索振蕩區(qū)間中部108°水膜厚度

圖26 工況二拉索振蕩區(qū)間上邊緣132°水膜厚度

4 結(jié)論

本文基于滑移理論，以正六邊形斜拉索鈍體繞流模型為研究對象，在COMSOL軟件中計(jì)算隨時間變化的風(fēng)壓力系數(shù)和風(fēng)摩擦系數(shù).然后在MATLAB軟件中采用有限差分法求解拉索振動和水膜運(yùn)動的偏微分方程，從拉索振動響應(yīng)、氣動升力、表面水膜形態(tài)變化、上水線振蕩區(qū)間內(nèi)水膜厚度時程變化以及上水線振蕩規(guī)律這五個方面來深入分析正六邊形拉索的抑振機(jī)理和減振效果，得出以下結(jié)論.

（1）在同等試驗(yàn)參數(shù)條件下，正六邊形拉索相比圓形拉索，拉索振幅大為降低，具有良好的減振效果和工程應(yīng)用價值.不同氣流方向下正六邊形拉索都具有良好的減振效果并且當(dāng)氣流正對索面時、即當(dāng)風(fēng)速方向與正六邊形拉索索面垂直時減振效果最好.

（2）在不同氣流方向工況下正六邊形截面都減小了拉索氣動升力的變化范圍并且大大減弱了氣動升力變化的周期性.當(dāng)氣流正對索面時、即當(dāng)風(fēng)速方向與索面垂直時氣動升力周期性衰弱現(xiàn)象更加明顯.

（3）正六邊形拉索表面上水線振蕩區(qū)間內(nèi)的水膜厚度變化范圍相比圓形拉索得到了顯著的降低，水膜厚度變化主頻出現(xiàn)了遠(yuǎn)離拉索自振主頻的現(xiàn)象，主頻能量幅值也得到了明顯的減少，水膜厚度周期性變化得到了很大的衰弱.正六邊形拉索雖然不能阻礙上水線的形成，但是它波浪起伏的外表面減小了上水線振蕩區(qū)間范圍，打亂了上水線的集中分布，明顯抑制了上水線的周期性脫落和環(huán)向振蕩.

（4）正六邊形拉索的抑振機(jī)理是它波浪起伏的外表面抑制了上水線的周期性環(huán)向振蕩，從而減弱了拉索表面氣動力變化的周期性，進(jìn)而有效抑制了拉索的風(fēng)雨激振現(xiàn)象.