典型桥梁断面非线性气动力数值模拟研究

发布时间：2017-10-19 00:18

  本文关键词：典型桥梁断面非线性气动力数值模拟研究

  更多相关文章： 大跨度桥梁 计算流体动力学 三分力系数 颤振导数 非线性气动力

【摘要】：近年来大跨度柔性桥梁得到了迅猛的发展,结构整体刚嫂和阻尼降低,使桥梁风致大幅振动非线性气动问题非常突出。随着计算流体动力学(CFD)的不断发展和计算机性能的飞速提高,CFD技术在桥梁风工程领域得到了广泛应用。本文利用CFD技术对典型桥梁断面周围流场进行了二维的静态和动态数值模拟,研究其在不同条件下的气动特性,具体内容如下：(1)综述了桥梁断面气动力的研究现状及CFD技术在桥梁风工程领域的应用现状；(2)简要介绍了风对桥梁的静力作用和动力作用以及CFD技术的理论基础;(3)分别对薄平板、流线型桥梁断面和钝体桥梁断面进行了二维静态绕流数值模拟,研究了断面三分力系数及表面压力分布随风攻角的变化特点,以及底板倒角半径对其的影响；(4)介绍了颤振导数识别方法,分别对薄平板、流线型断面和钝体断面进行了竖弯和扭转单自由度强迫振动数值模拟,研究断面颤振导数随折减风速、初始攻角和振幅的变化情况,结合断面表面压力分布对流场变化过程进行了解释；(5)分析了典型桥梁断面气动力的非线性特征,指出大幅振动时气动力中存在显著的高阶成分,分别推导了单自由度和多自由度振动情况下,基于Taylor展开的非线性气动力表达式。根据数值模拟结果,结合FFT变换与最小二乘法,识别非线性气动参数。通过识别的颤振导数与运动速度和位移,重构气动力,并与数值模拟得到的原始气动力进行对比,验证了非线性气动力表达式的可靠性。
【关键词】：大跨度桥梁 计算流体动力学 三分力系数 颤振导数 非线性气动力
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 桥梁断而气动自激力研究现状10-11
• 1.3 CFD技术在桥梁风工程领域的应用现状11-12
• 1.4 本文主要研究内容12-13
• 2 桥梁结构风致振动及CFD技术理论基础13-26
• 2.1 桥梁结构风致振动13-17
• 2.1.1 风对桥梁的静力作用13-14
• 2.1.2 风对桥梁的动力作用14-17
• 2.2 计算流体动力学17-26
• 2.2.1 流体控制方程18-21
• 2.2.2 基于有限体积法的控制方程离散21-23
• 2.2.4 离散方程组的数值解法23
• 2.2.5 湍流模型23-26
• 3 主梁断面的静态绕流数值模拟26-42
• 3.1 薄平板静态绕流数值模拟26-29
• 3.1.1 模型建立26-28
• 3.1.2 参数设置28
• 3.1.3 计算结果分析28-29
• 3.2 流线型桥梁断面静态绕流数值模拟29-37
• 3.2.1 基本模型及参数设置29-30
• 3.2.2 底板倒角半径影响30-31
• 3.2.3 网格数量优化31-33
• 3.2.4 三分力系数及流场分析33-37
• 3.3 钝体桥梁断面静态绕流数值模拟37-41
• 3.3.1 基本模型及参数设置38-39
• 3.3.2 三分力系数及流场分析39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 主梁断面的颤振导数识别及流场分析42-61
• 4.1 经典颤振导数理论42-45
• 4.1.1 自激力模型42-43
• 4.1.2 基于分状态强迫振动法的颤振导数识别43-45
• 4.2 薄平板颤振导数识别45-47
• 4.3 流线型桥梁断面颤振导数识别47-55
• 4.3.1 颤振导数与流场分析48-53
• 4.3.2 不同初始攻角条件下颤振导数53-54
• 4.3.3 振幅对颤振导数的影响54-55
• 4.4 钝体桥梁断面颤振导数识别55-60
• 4.4.1 颤振导数及流场分析55-59
• 4.4.2 不同初始攻角条件下颤振导数59
• 4.4.3 振幅对颤振导数的影响59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 气动自激力非线性分析61-81
• 5.1 主梁断面气动自激力的非线性特征61-65
• 5.2 单自由度强迫振动下的非线性气动力模型65-74
• 5.2.1 基于Taylor展开的自激力表达式65-68
• 5.2.2 参数识别方法68-69
• 5.2.3 参数识别及气动力拟合69-74
• 5.3 多自由度耦合强迫振动下的非线性气动力模型74-80
• 5.3.1 基于Taylor展开的自激力表达式74-78
• 5.3.2 参数识别及气动力拟合78-80
• 5.4 本章小结80-81
• 结论81-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 丁泉顺;王景;朱乐东;;桥梁断面颤振导数识别的耦合自由振动方法[J];振动与冲击;2012年24期

2 曹丰产;桥梁断面中间开槽对颤振稳定性的影响[J];同济大学学报(自然科学版);2002年05期

3 王修勇,陈政清,何旭辉,陈勇,黄方林;洞庭湖大桥风雨振减振试验研究[J];桥梁建设;2002年02期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 王骑;大跨度桥梁断面非线性自激气动力与非线性气动稳定性研究[D];西南交通大学;2011年

2 白瑜光;湍流场中柔性结构的气动分析[D];大连理工大学;2011年

3 郭震山;桥梁断面气动导数识别的三自由度强迫振动法[D];同济大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张朝贵;桥梁主梁“软”颤振及其非线性自激气动力参数识别[D];同济大学;2007年

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本文编号：1057957