隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算流體動力學(xué)CFD數(shù)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(shù)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(shù)值研究較少且誤差較大,所以研究如何利用CFD數(shù)值模擬計(jì)算橋梁工程渦激振動且能得到較為精確結(jié)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(wǎng)格劃分方法Overset網(wǎng)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(jìn)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(wǎng)格模型和傳統(tǒng)網(wǎng)格模型,進(jìn)行靜止繞流與渦激振動數(shù)值模擬,兩種網(wǎng)格模型都取得了與試驗(yàn)相吻合的結(jié)果,驗(yàn)證了自編程序UDF的準(zhǔn)確性;又從斯托羅哈數(shù)St、平均阻力系數(shù)Cd、渦振鎖定區(qū)間、位移比y_(max)/D等對比了兩種網(wǎng)格模型的計(jì)算結(jié)果,得到了Overset網(wǎng)格模型渦激振動數(shù)值計(jì)算的結(jié)果較傳統(tǒng)網(wǎng)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(jìn)行了三分力數(shù)值模擬和渦激振動數(shù)值模擬,分別與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,得到Overset網(wǎng)格模型數(shù)值計(jì)算對典型橋梁斷面的適用性。最后,根據(jù)Overset網(wǎng)格模型對箱梁斷面數(shù)值計(jì)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(shè)計(jì)箱形斷面橋梁時提供參考。
【學(xué)位單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(xiàn)象在很久以前就引發(fā)人們的關(guān)注，如猶太教的古文獻(xiàn)所記錄：大衛(wèi)國王聽到了多弦琴在微風(fēng)吹拂下振動發(fā)出的優(yōu)美琴聲[1]。但由于科學(xué)技術(shù)等的限制，風(fēng)致振動如渦振、顫振等現(xiàn)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(fēng)的作用下發(fā)生強(qiáng)烈的風(fēng)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(fēng)致振動現(xiàn)象的關(guān)注。且新世紀(jì)以來，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)與科技發(fā)展都取得了巨大的進(jìn)步，土木工程師們開始充分利用新技術(shù)新材料，橋梁設(shè)計(jì)也越來越追求跨度大、剛度柔和低阻尼結(jié)構(gòu)，使得橋梁結(jié)構(gòu)越容易發(fā)生風(fēng)致振動，即大跨和超大跨橋梁結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性抗風(fēng)設(shè)計(jì)都受到結(jié)構(gòu)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(gòu)件也都可能發(fā)生大幅渦振。已建成運(yùn)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(fēng)工程領(lǐng)域需要解決的一個難題。

---來流平均風(fēng)速斯托羅哈數(shù)隨著結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，斯托羅哈數(shù)會隨著雷諾數(shù)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(shù)。

圖 1.4 渦振鎖定現(xiàn)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(fēng)速 成會發(fā)生渦脫頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率接近或相等的情況。而結(jié)構(gòu)脫落，致使在很長的風(fēng)速區(qū)間，振動頻率控制了渦脫頻率，脫落的強(qiáng)度和相應(yīng)的脈動力也會增大，且由于鎖定現(xiàn)象的發(fā)變大。國內(nèi)外試驗(yàn)研究現(xiàn)狀相對復(fù)雜的振動現(xiàn)象，其影響因素眾多，如結(jié)構(gòu)氣動外形、渦激力模型可以準(zhǔn)確表達(dá)渦振現(xiàn)象和計(jì)算其響應(yīng)，所以風(fēng)洞法，并且?guī)缀跛械慕Y(jié)構(gòu)斷面都通過風(fēng)洞試驗(yàn)研究過。種典型斷面，工程應(yīng)用廣泛，如拉索、拱橋吊桿、海洋工程
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 胡長燦;詹昊;;大跨度橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)常用氣動措施分析[J];橋梁建設(shè);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(yàn)與分析[J];橋梁建設(shè);2012年02期

6 董婧;宗智;李章銳;孫雷;陳偉;;兩自由度運(yùn)動圓柱繞流的離散渦方法模擬[J];船舶力學(xué);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(yīng)數(shù)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(jìn)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(jī)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(jié)構(gòu)三維定常風(fēng)場風(fēng)洞試驗(yàn)及數(shù)值模擬[J];建筑科學(xué)與工程學(xué)報;2008年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 田書玲;基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格方法的重疊網(wǎng)格算法研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)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(xué);2014年

2 郭春平;近流線型斷面渦激振動數(shù)值模擬[D];長安大學(xué);2012年

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

本文編號：2871323