本文關(guān)鍵詞：斷面細(xì)節(jié)對(duì)近流線型箱梁氣動(dòng)力特性的影響研究

  更多相關(guān)文章： 近流線型箱梁 斷面細(xì)節(jié) 渦激振動(dòng) 靜力三分力 動(dòng)網(wǎng)格

【摘要】：近流線型的寬體式扁平鋼箱梁近年來被廣泛應(yīng)用于大跨徑懸索橋,大大緩解了交通壓力,成為公路橋梁發(fā)展的新趨勢(shì)。本文基于國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“三峽庫(kù)區(qū)跨江橋梁寬體式扁平鋼箱梁氣動(dòng)特性及風(fēng)致振動(dòng)研究”(項(xiàng)目號(hào):51578098),研究了主梁高寬比達(dá)1/12的近流線型箱梁的氣動(dòng)靜力系數(shù)與渦激振動(dòng)特性。首先進(jìn)行了1:60節(jié)段模型測(cè)力試驗(yàn),獲取了各工況在-12°~+12°攻角下的靜力三分力系數(shù)。在CFD工程軟件Fluent 15.0中對(duì)代表工況進(jìn)行二維穩(wěn)態(tài)求解,通過對(duì)比各工況靜態(tài)繞流場(chǎng)的差異,歸納出氣動(dòng)靜力系數(shù)隨斷面細(xì)節(jié)變化的微觀機(jī)理。然后進(jìn)行了同比例模型的渦振試驗(yàn),檢驗(yàn)各工況是否發(fā)生渦激振動(dòng),并記錄豎彎、扭轉(zhuǎn)渦振的起振風(fēng)速、鎖定區(qū)間及最大振幅,并對(duì)振幅時(shí)程進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)得到其頻譜。編制兩自由度的UDF程序以Newmark-β法求解豎向、扭轉(zhuǎn)響應(yīng),結(jié)合動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),在Fluent 15.0中對(duì)代表性工況的渦振響應(yīng)進(jìn)行了二維瞬態(tài)求解。通過對(duì)比尾流渦脫形態(tài),結(jié)合頻譜分析,對(duì)斷面細(xì)節(jié)影響渦激振動(dòng)特性的機(jī)理進(jìn)行闡述。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:1、攻角對(duì)靜力三分力系數(shù)的影響取決于于流動(dòng)分離位置與強(qiáng)度的變化。攻角對(duì)渦振性能的影響機(jī)理在于豎彎、扭轉(zhuǎn)基頻的卓越程度及尾流渦脫形態(tài)的轉(zhuǎn)捩。2、研究了護(hù)欄透風(fēng)率對(duì)靜力三分力系數(shù)與渦振特性的影響;護(hù)欄透風(fēng)率對(duì)三分力系數(shù)的影響機(jī)理在于流動(dòng)分離點(diǎn)、再附點(diǎn)的移動(dòng)及正壓、負(fù)壓區(qū)范圍的變化,且正、負(fù)攻角下的影響情況存在差異。另一方面,豎彎、扭轉(zhuǎn)渦振響應(yīng)均隨護(hù)欄透風(fēng)率的減小而加強(qiáng),前者由尾流渦脫逐漸形成“2S”形態(tài)所致,后者由迎風(fēng)端與斷面中部的上/下兩對(duì)漩渦快速發(fā)展所致。3、研究了人行護(hù)欄位置對(duì)渦振特性的影響;隨人行護(hù)欄內(nèi)移,豎彎渦振響應(yīng)降低,扭轉(zhuǎn)渦振響應(yīng)加強(qiáng);前者由尾流渦脫從“2S”退化為“S”形態(tài)所致,后者由上表面迎風(fēng)端漩渦的快速發(fā)展引起。4、研究了檢修車軌道位置對(duì)靜力三分力系數(shù)與渦振特性的影響;隨檢修車軌道內(nèi)移,三分力系數(shù)在正攻角下降低,在負(fù)攻角下無顯著波動(dòng)。另一方面,豎彎、扭轉(zhuǎn)渦振響應(yīng)均隨檢修車軌道的內(nèi)移而降低,前者由尾流渦脫削弱所致,后者受制于下表面迎風(fēng)端渦脫的削弱。5、研究了橋面粗糙度對(duì)靜力三分力系數(shù)與渦振特性的影響;橋面粗糙度對(duì)三分力系數(shù)的影響機(jī)理在于流動(dòng)分離范圍及表面壓力的變化,且正、負(fù)攻角下的影響情況存在差異。另一方面,隨橋面粗糙度的提高,斷面的豎向、扭轉(zhuǎn)基頻均出現(xiàn)微小波動(dòng),大攻角下的豎向、扭轉(zhuǎn)渦振響應(yīng)均降低,小攻角與負(fù)攻角下的豎向、扭轉(zhuǎn)渦振響應(yīng)均升高。
【關(guān)鍵詞】：近流線型箱梁 斷面細(xì)節(jié) 渦激振動(dòng) 靜力三分力 動(dòng)網(wǎng)格
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U441.3
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-14
• 主要符號(hào)14-15
• 1 緒論15-29
• 1.1 選題背景15-17
• 1.2 風(fēng)對(duì)橋梁的作用17-20
• 1.2.1 靜力作用17-18
• 1.2.2 動(dòng)力作用18-20
• 1.2.3 大跨度橋梁事故20
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-25
• 1.3.1 氣動(dòng)靜力系數(shù)的研究方法與研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.2 近流線型箱梁氣動(dòng)靜力系數(shù)的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.3.3 渦激振動(dòng)的研究方法與研究現(xiàn)狀22-24
• 1.3.4 近流線型箱梁渦激振動(dòng)特性的研究現(xiàn)狀24-25
• 1.4 本文的研究意義與目的25-26
• 1.4.1 斷面細(xì)節(jié)對(duì)氣動(dòng)靜力系數(shù)的影響25-26
• 1.4.2 斷面細(xì)節(jié)對(duì)渦激振動(dòng)特性的影響26
• 1.5 本文的主要內(nèi)容與技術(shù)路線26-29
• 2 理論基礎(chǔ)29-41
• 2.1 CFD基本理論29-32
• 2.1.1 流體動(dòng)力學(xué)控制方程29-30
• 2.1.2 離散格式30-31
• 2.1.3 湍流模型31-32
• 2.1.4 邊界條件32
• 2.2 氣動(dòng)靜力系數(shù)及其CFD計(jì)算32-34
• 2.2.1 靜力三分力系數(shù)32-33
• 2.2.2 靜力三分力系數(shù)的CFD計(jì)算33-34
• 2.3 渦激振動(dòng)理論及其CFD計(jì)算34-39
• 2.3.1 渦激振動(dòng)理論34-35
• 2.3.2 動(dòng)網(wǎng)格原理35
• 2.3.3 Fluent二次開發(fā)接口UDF35-36
• 2.3.4 Newmark-β 法求解渦激振動(dòng)響應(yīng)36-38
• 2.3.5 CFD計(jì)算流程38-39
• 2.4 本章小結(jié)39-41
• 3 斷面細(xì)節(jié)對(duì)近流線型箱梁氣動(dòng)靜力系數(shù)的影響41-61
• 3.1 工程及試驗(yàn)概況41-42
• 3.1.1 工程概況41
• 3.1.2 節(jié)段模型及試驗(yàn)參數(shù)41-42
• 3.2 CFD數(shù)值模擬42-45
• 3.2.1 求解設(shè)置42
• 3.2.2 計(jì)算域及網(wǎng)格劃分42-45
• 3.3 攻角的影響45-49
• 3.3.1 試驗(yàn)結(jié)果45-47
• 3.3.2 影響機(jī)理47-49
• 3.4 人行護(hù)欄透風(fēng)率的影響49-53
• 3.4.1 試驗(yàn)結(jié)果49-51
• 3.4.2 影響機(jī)理51-53
• 3.5 檢修車軌道位置的影響53-55
• 3.5.1 試驗(yàn)結(jié)果53-54
• 3.5.2 影響機(jī)理54-55
• 3.6 橋面粗糙度的影響55-59
• 3.6.1 試驗(yàn)結(jié)果55-57
• 3.6.2 影響機(jī)理57-59
• 3.7 本章小結(jié)59-61
• 4 斷面細(xì)節(jié)對(duì)近流線型箱梁渦激振動(dòng)特性的影響61-111
• 4.1 工程及試驗(yàn)概況61-66
• 4.1.1 工程概況61
• 4.1.2 動(dòng)力特性計(jì)算61-65
• 4.1.3 節(jié)段模型及試驗(yàn)參數(shù)65-66
• 4.2 CFD求解渦激振動(dòng)66-69
• 4.2.1 求解設(shè)置66-67
• 4.2.2 計(jì)算域及網(wǎng)格劃分67-69
• 4.3 攻角的影響69-78
• 4.3.1 試驗(yàn)結(jié)果70-72
• 4.3.2 靜態(tài)繞流場(chǎng)72-73
• 4.3.3 峰值響應(yīng)點(diǎn)時(shí)程及頻譜73-78
• 4.3.4 小結(jié)78
• 4.4 單個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)的尾流渦脫形態(tài)78-82
• 4.4.1 豎向渦振響應(yīng)78-80
• 4.4.2 扭轉(zhuǎn)渦振響應(yīng)80-81
• 4.4.3 小結(jié)81-82
• 4.5 典型渦振區(qū)的特征點(diǎn)頻譜82-84
• 4.5.1 豎向渦振區(qū)間82-83
• 4.5.2 扭轉(zhuǎn)渦振區(qū)間83-84
• 4.5.3 小結(jié)84
• 4.6 人行護(hù)欄透風(fēng)率的影響84-91
• 4.6.1 試驗(yàn)結(jié)果84-86
• 4.6.2 豎向渦振響應(yīng)影響機(jī)理86-88
• 4.6.3 扭轉(zhuǎn)渦振響應(yīng)影響機(jī)理88-91
• 4.6.4 小結(jié)91
• 4.7 人行護(hù)欄位置的影響91-97
• 4.7.1 試驗(yàn)結(jié)果91-93
• 4.7.2 豎向渦振響應(yīng)影響機(jī)理93-94
• 4.7.3 扭轉(zhuǎn)渦振響應(yīng)影響機(jī)理94-96
• 4.7.4 小結(jié)96-97
• 4.8 檢修車軌道位置的影響97-102
• 4.8.1 試驗(yàn)結(jié)果97-98
• 4.8.2 豎向渦振響應(yīng)影響機(jī)理98-100
• 4.8.3 扭轉(zhuǎn)渦振響應(yīng)影響機(jī)理100-102
• 4.8.4 小結(jié)102
• 4.9 橋面粗糙度的影響102-108
• 4.9.1 試驗(yàn)結(jié)果102-105
• 4.9.2 豎向渦振響應(yīng)影響機(jī)理105-106
• 4.9.3 扭轉(zhuǎn)渦振響應(yīng)影響機(jī)理106-107
• 4.9.4 小結(jié)107-108
• 4.10 本章小結(jié)108-111
• 5 結(jié)論與展望111-115
• 5.1 全文總結(jié)111-112
• 5.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)112-113
• 5.3 今后研究展望113-115
• 致謝115-117
• 參考文獻(xiàn)117-125
• 附錄125-129
• A:作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文125-126
• B:作者攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目126-127
• C:動(dòng)網(wǎng)格的部分源程序127-129

【參考文獻(xiàn)】

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