在迎風側的 A 點 風速為 O , 當風沿塔表面由 A 到 B 繞行時 , 風速不斷 增加 , 但從 B 點 到 D 點 , 即在塔的背后 , 流速又不斷減小。 而 塔設備橫截面不 同部位的風壓變化規律正 好與風速 相 反 : 風壓最高點 為 A 點 , 沿塔表面 , 由 A 點 向 B 點 , 風壓不斷降低 , 而從 B 點 向 D 點 , 風壓又 不斷升高。 B “圖 1 風 繞O圓柱形塔設 備示 意圖 塔的表 面存在著一層邊界層 , 邊界層 內各點 處的速 度沿著經向由零逐漸增大 , 直到邊界層各點 的速度與層 外的主 流體的速度相 等。 在燈塔的前半周 (A 點 到 B 點 ) , 雖 然邊界層 內的流速 由于層 內的粘性摩擦力的作用 不斷 降低 , 但是層外的主 流體的流速還是逐漸增大的 , 因 此 層 內的流體還是能從主流體獲取能量從而導致速度的不 斷下 降。 然而 , 在燈塔的后半周 (B 點到 D 點 ) , 主流體 自身的速度不斷減小的原 因導致層內的流體不能獲取 足 夠的能量 , 再加上 由于粘性摩擦力的影響 , 使得層 內流 體的速度不斷地減小 , 最后導致 C 點 處得邊界層流體的 加厚和堆積現象的出現。 當外層主流體將繞過堆積 的 邊界層 時其背后形會成一空 白區 , 流體在逆 向壓強梯度 的作用 下會倒流至空 白區 , 并推動堆積層 的流體 , 這樣 , 一個旋渦 就在塔體背后的一側形成了 。 當最先形成的漩 渦從塔體表面脫落沿下游移動時 , 旋轉方向相 反的旋渦 在塔體背后的對稱位置處開始形成。 

       隨著交替產生 的漩 渦 的脫離 , 會形成一列順時針和一列逆時針的有規律 的 漩渦尾 流 , 由此形成了卡曼 渦街。 在出現卡曼 渦街時 , 塔兩側 的流體 阻力不相 同并呈周期性 的變化 。 在 阻力大 的一側 , 由于 阻力導致繞流較差 , 流速下 降 , 產生 相對 較高靜壓強 ; 而 阻力小的一側則相 反 , 由此 , 在靜壓力 的作用 下 , 阻力大的一側將產生 一垂直于風 向的力。 隨 著漩渦 的脫離與生 成 , 在另 一側也產生 一垂直于風向的 力 , 力的方 向與上述方向相 反 , 從而 使塔設備在沿風向 的垂直方向不斷循環產生 相 反力 , 由此造成塔體 的橫 向 振動。通過模型計算可以得到在風速為 7 m s/ 條件下 , 在 T 一 4 . 03 05 時 , 塔體背 后的上側有旋渦 正 要形成 , 而 下 側的旋渦 剛剛脫落 ; T 一 4 . 0 5 05 時上側出現完整 的旋渦 , 而 下側塔體背后逐漸壯大 ; 到 T 一 4 . 805 時原上側旋渦開 始脫落; 到 T 一 4 . 905 時塔體背后的上側的旋渦 剛剛脫落 , 而 下側有旋渦 正要形成。 從以上的結果不難發現一個旋 渦 從開始生 成到完全脫落所需要 的時間大約是 0 . 13 75 , 由此可 以大體上推知塔設備在沿風向的垂直方向產生橫 向振動的周期為 0 . 1375 。 在 風 速 為 20 m s/ 條 件 下 , 在 T 一 4 . 瀝 0s 時 , 塔 體背后 的下 側有旋 渦 開始形成 , 而 上側的旋渦 剛剛脫 落 ; T 一 4 . 06 15 時下 側 出現完整 的旋渦 , 而 上 側塔體背 后逐漸壯大 ; 到 T 一 4 . 0 645 時原 下側旋渦 開始脫落 ; 到 T 一 4 . 07 05 時塔體背后的下 側的旋 渦 剛剛脫落 , 而上側 有旋 渦正要形成。 從以上的結果不難發現一個旋渦 從開 始生成 到完全脫落所需要 的時 間大約是 0 . 035 , 由此可 以大體上推知塔設備在沿風向的垂直方向產生橫 向振動 的周期為 0 . 035 。

4、燈塔疲勞壽命分析 本文采用英 國標準 B S 5 5 0 6[] 中的疲 勞曲 線對燈塔 進行疲勞壽命分析 , 見 圖 2 。 

1擴、 呷 。級八U魚目/ , 導共側仍 一了} 10 , 10, l口 10` 10卜 I J I了 圖 Z B s 5 5 0 0 中的疲勞曲線 (E = Zo g G P a ) 由此 , 針對 2 5M 半 自動升降式高桿燈選擇相應等級 的疲勞曲線 , 并結合各風速下危險截面的應力循環 , 便 110科技經濟導刊 20 16 . 01 期 工程科技與產業發展 可對該塔器疲勞壽命計算。 通過不同風速下 的旋渦 交替周期 , 即塔設備橫 向振 動 的周期可 以看 出, 臨長路 2 5M 半 自動升降式高桿燈 的基本振型 自振周期在風速 5一 20 m s/ 范圍 內。 由于風 速 一 橫 向振動的周期曲線為非線性曲線 , 根據模擬結果 計算可得與高桿燈的基本振型 自振周期相 同 的風速約為 12 m s/ , 即風力為 6 級左右。 接近此風速 下 時 , 塔體就 會發生共振 , 造成風誘發振動 , 導致塔體搖晃 , 發生 倒塌 , 斷裂等設備失效。 

      根據舟山地 區 2 01 0一 2 01 4 年 5 年氣象統計 , 每年 6 級 風天氣平均約為 32 天 , 根據模擬結果判斷 , 臨 長路 2 5M 半 自動升 降式高桿燈的設備失效風險較高 。 通過研究表明 , 較大 的風載荷加速高桿燈的損傷 , 使其可靠性大幅度降低 , 舟 山地 區較頻發生 的臺風及強 風天氣也會導致高桿燈提前達到使用 壽命 , 所 以對于海 島型氣象條件下 , 使用 高桿燈作為照 明設備 , 一定要對 設計和材料強度進行重 新優化 , 并針對使用地域等設定 相 關的國家或者是行業標準 , 才能避免和減少相 關事故 的發生 。

 5、結束語。當高桿燈存在較為嚴重 的缺陷或者較大 的應力集 中 時 , 其承載能力將大幅度 降低 , 高桿燈可能因為多次較 強 的強 風載荷作用而產生明顯的疲勞損傷甚 至疲 勞失 效。 鑒于高桿照明設施使用 的范圍和地點 的特殊性 , 在 極端天氣下尤其應該注意預防高桿燈風致疲勞失效 , 對于即將到達使用 壽命的高桿燈應盡早拆 除, 以防造成不 必要的生命財產損失。