隨著科學技術的發(fā)展,計算流體動力學CFD數值模擬方法逐漸成為了研究渦激振動問題的重要手段,但目前的渦激振動數值模擬研究大都是對于簡單斷面如圓柱、方柱等,對于橋梁斷面的渦激振動數值研究較少且誤差較大,所以研究如何利用CFD數值模擬計算橋梁工程渦激振動且能得到較為精確結果是非常有必要的。本文以Fluent軟件為研究工具,采用了一種新型網格劃分方法Overset網格模型,編寫了基于Newmark-β法的求解二維單自由度豎向渦激振動問題的UDF程序,進行了如下工作。首先,以寬高比為4的矩形斷面為研究對象,分別建立Overset網格模型和傳統網格模型,進行靜止繞流與渦激振動數值模擬,兩種網格模型都取得了與試驗相吻合的結果,驗證了自編程序UDF的準確性;又從斯托羅哈數St、平均阻力系數Cd、渦振鎖定區(qū)間、位移比y_(max)/D等對比了兩種網格模型的計算結果,得到了Overset網格模型渦激振動數值計算的結果較傳統網格模型更為精確和可靠。然后,再對主梁斷面為箱梁和П形梁的淮安大橋、雙河大橋進行了三分力數值模擬和渦激振動數值模擬,分別與風洞試驗結果進行對比,得到Overset網格模型數值計算對典型橋梁斷面的適用性。最后,根據Overset網格模型對箱梁斷面數值計算的適用性,研究了箱形斷面自身氣動外形寬高比b/h和斜腹板傾角α對其渦激振動的影響,得到了其影響規(guī)律,為今后在設計箱形斷面橋梁時提供參考。
【學位單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U441.3
【部分圖文】：

渦激振動作為一種比較奇特且有趣的振動現象在很久以前就引發(fā)人們的關注，如猶太教的古文獻所記錄：大衛(wèi)國王聽到了多弦琴在微風吹拂下振動發(fā)出的優(yōu)美琴聲[1]。但由于科學技術等的限制，風致振動如渦振、顫振等現象并未引起人們足夠重視。直到 1940年美國新建的 Tacoma 橋在 18.8m/s 風的作用下發(fā)生強烈的風致振動，致使該橋發(fā)生垮塌事故，由此逐步引發(fā)了工程師們對風致振動現象的關注。且新世紀以來，我國的經濟建設與科技發(fā)展都取得了巨大的進步，土木工程師們開始充分利用新技術新材料，橋梁設計也越來越追求跨度大、剛度柔和低阻尼結構，使得橋梁結構越容易發(fā)生風致振動，即大跨和超大跨橋梁結構的剛度、強度及穩(wěn)定性抗風設計都受到結構氣動彈性因素的制約。對于跨度較大的懸索橋和斜拉橋，其主梁、拉索和主塔都有可能發(fā)生振幅超過規(guī)范限值的渦振；對于跨度較大的拱橋，其吊桿等構件也都可能發(fā)生大幅渦振。已建成運營的大跨度橋梁，如英國的 Second Severn 橋（圖 1.1）和舟山的桃夭門大橋（圖 1.2）都曾發(fā)生大幅渦激振動[2,3]。因此渦激振動問題是橋梁風工程領域需要解決的一個難題。

---來流平均風速斯托羅哈數隨著結構截面形狀的不同而不同。對于圓柱或其它具有圓弧形表面的結構，斯托羅哈數會隨著雷諾數的變化而發(fā)生改變。圖1.3列出了典型截面的斯托羅哈數。

圖 1.4 渦振鎖定現象示意圖 的公式為： = 意義與前式相同。從該式可以看出：渦脫頻率 與風速 成會發(fā)生渦脫頻率與結構固有頻率接近或相等的情況。而結構脫落，致使在很長的風速區(qū)間，振動頻率控制了渦脫頻率，脫落的強度和相應的脈動力也會增大，且由于鎖定現象的發(fā)變大。國內外試驗研究現狀相對復雜的振動現象，其影響因素眾多，如結構氣動外形、渦激力模型可以準確表達渦振現象和計算其響應，所以風洞法，并且?guī)缀跛械慕Y構斷面都通過風洞試驗研究過。種典型斷面，工程應用廣泛，如拉索、拱橋吊桿、海洋工程
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 胡長燦;詹昊;;大跨度橋梁抗風設計常用氣動措施分析[J];橋梁建設;2015年02期

2 曹淑剛;黃維平;顧恩凱;;考慮流固耦合的彈性圓柱體渦激振動研究[J];振動與沖擊;2015年01期

3 李春光;陳政清;韓陽;;帶懸挑人行道板流線型箱梁渦振性能研究[J];振動與沖擊;2014年24期

4 管青海;李加武;胡兆同;劉健新;;欄桿對典型橋梁斷面渦激振動的影響研究[J];振動與沖擊;2014年03期

5 何晗欣;李加武;周建龍;;中央開槽箱形斷面斜拉橋的渦激振動試驗與分析[J];橋梁建設;2012年02期

6 董婧;宗智;李章銳;孫雷;陳偉;;兩自由度運動圓柱繞流的離散渦方法模擬[J];船舶力學;2012年Z1期

7 劉志文;周帥;陳政清;;寬高比為4的矩形斷面渦激振動響應數值模擬[J];振動與沖擊;2011年11期

8 許福友;丁威;姜峰;張哲;;大跨度橋梁渦激振動研究進展與展望[J];振動與沖擊;2010年10期

9 許福友;林志興;李永寧;樓文娟;;氣動措施抑制橋梁渦振機理研究[J];振動與沖擊;2010年01期

10 白樺;胡兆同;胡慶安;;塔桅結構三維定常風場風洞試驗及數值模擬[J];建筑科學與工程學報;2008年01期

相關博士學位論文 前1條

1 田書玲;基于非結構網格方法的重疊網格算法研究[D];南京航空航天大學;2008年

相關碩士學位論文 前3條

1 王方亮;典型鈍體主梁斷面渦激振動特性研究[D];長安大學;2014年

2 郭春平;近流線型斷面渦激振動數值模擬[D];長安大學;2012年

3 傅強;海洋輸液立管動力特性及渦激振動響應理論研究[D];中國海洋大學;2004年

本文編號：2871323