本文關(guān)鍵詞：大跨度懸索橋顫振特性風(fēng)洞試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬

  更多相關(guān)文章： 寬體扁平鋼箱梁 風(fēng)洞試驗(yàn) CFD 顫振導(dǎo)數(shù) 顫振臨界風(fēng)速

【摘要】：現(xiàn)代大跨度懸索橋正朝著超大跨度、極度輕柔的方向發(fā)展,風(fēng)致振動(dòng)問題顯得越來越突出。本文依托國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目,以大跨度懸索橋——寸灘長江大橋?yàn)楣こ瘫尘?采用風(fēng)洞試驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬兩種研究方法對(duì)其顫振特性進(jìn)行研究,研究工作包括顫振導(dǎo)數(shù)的識(shí)別以及顫振臨界風(fēng)速的求解。其中寸灘長江大橋的主梁又是少見的寬高比為12的寬體式扁平鋼箱梁,通過研究總結(jié)部分寬體式扁平鋼箱梁的顫振特性發(fā)展規(guī)律,為今后類似的實(shí)際工程和相關(guān)研究工作提供參照。具體的研究工作包括以下內(nèi)容:(1)首先是基礎(chǔ)理論推導(dǎo),包括顫振導(dǎo)數(shù)基本理論和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)基礎(chǔ)理論,分析得到理想平板顫振導(dǎo)數(shù)的Theodorsen理論解,以及顫振導(dǎo)數(shù)的自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)兩種識(shí)別方法,同時(shí)說明本文所采用的FLUENT軟件數(shù)值模擬計(jì)算過程以及計(jì)算模型和計(jì)算參數(shù)的選取,并推導(dǎo)顫振臨界風(fēng)速的計(jì)算方法;(2)采用FLUENT軟件應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的方法首先對(duì)理想平板的顫振導(dǎo)數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,編制UDF程序利用動(dòng)網(wǎng)格原理,獲得豎向和扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)力時(shí)程數(shù)據(jù),編制MATLAB程序根據(jù)最小二乘法原理識(shí)別得到8個(gè)顫振導(dǎo)數(shù),并與理想平板的Theodorsen理論解進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算程序的可行性;(3)對(duì)主梁節(jié)段模型的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)并制作風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?在邊界層風(fēng)洞中進(jìn)行顫振性能試驗(yàn),直接對(duì)施工態(tài)和成橋態(tài)的顫振臨界風(fēng)速進(jìn)行測(cè)定,同時(shí)采用自由振動(dòng)法識(shí)別顫振導(dǎo)數(shù),通過采集豎向和扭轉(zhuǎn)的位移時(shí)程數(shù)據(jù),并編制MATLAB程序根據(jù)最小二乘法原理識(shí)別主梁斷面兩個(gè)自由度方向的8個(gè)顫振導(dǎo)數(shù);(4)同時(shí)采用FLUENT軟件對(duì)主梁節(jié)段模型的顫振導(dǎo)數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,分析得到顫振導(dǎo)數(shù)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果,并依據(jù)Scanlan顫振臨界風(fēng)速計(jì)算方法求解主梁斷面的顫振臨界風(fēng)速值,同時(shí)以寬體式扁平鋼箱梁斷面為基礎(chǔ),通過改變氣動(dòng)外形來研究其附屬結(jié)構(gòu)、不同欄桿透風(fēng)率以及導(dǎo)流板等對(duì)顫振性能的影響,最后將CFD數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)兩種方法獲得的顫振導(dǎo)數(shù)和臨界風(fēng)速計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比;(5)采用有限元軟件ANSYS建立全橋三維模型,分別得到成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)的動(dòng)力特性,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)的顫振穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評(píng)估,同時(shí)依據(jù)已有的顫振臨界風(fēng)速計(jì)算公式對(duì)無風(fēng)攻角和有風(fēng)攻角的顫振臨界風(fēng)速值進(jìn)行估算,作為顫振穩(wěn)定性驗(yàn)算的輔助參考指標(biāo)。論文的最后總結(jié)了寬體式扁平鋼箱梁斷面顫振特性的研究結(jié)論,并驗(yàn)證了寸灘長江大橋的顫振穩(wěn)定性滿足要求,為實(shí)際工程的應(yīng)用提供了一定參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：寬體扁平鋼箱梁 風(fēng)洞試驗(yàn) CFD 顫振導(dǎo)數(shù) 顫振臨界風(fēng)速
【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;U448.25
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-15
• 主要符號(hào)15-16
• 1 緒論16-30
• 1.1 引言16-23
• 1.1.1 大橋風(fēng)毀案例16-17
• 1.1.2 風(fēng)對(duì)橋梁的作用17-19
• 1.1.3 三種作用力的描述19-23
• 1.2 橋梁抗風(fēng)研究方法23-24
• 1.2.1 理論分析的方法23
• 1.2.2 風(fēng)洞試驗(yàn)的方法23
• 1.2.3 數(shù)值模擬的方法（CFD）23-24
• 1.2.4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法24
• 1.3 顫振特性研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀24-26
• 1.3.1 風(fēng)洞試驗(yàn)研究的現(xiàn)狀24-25
• 1.3.2 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）研究的現(xiàn)狀25-26
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容26-30
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容26-27
• 1.4.2 研究技術(shù)路線27-30
• 2 顫振導(dǎo)數(shù)的基本理論30-46
• 2.1 顫振及顫振導(dǎo)數(shù)30
• 2.2 氣動(dòng)力的描述方程30-31
• 2.3 理想平板氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)的理論解31-33
• 2.4 顫振導(dǎo)數(shù)的識(shí)別方法33-34
• 2.5 自由振動(dòng)識(shí)別顫振導(dǎo)數(shù)理論34-38
• 2.5.1 基于分離狀態(tài)法自由振動(dòng)識(shí)別顫振導(dǎo)數(shù)原理34-36
• 2.5.2 基于耦合狀態(tài)法自由振動(dòng)識(shí)別顫振導(dǎo)數(shù)原理36-38
• 2.6 強(qiáng)迫振動(dòng)識(shí)別顫振導(dǎo)數(shù)理論38-41
• 2.6.1 基于分狀態(tài)強(qiáng)迫振動(dòng)的顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別方法38-39
• 2.6.2 基于耦合強(qiáng)迫振動(dòng)的顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別方法39-41
• 2.7 顫振導(dǎo)數(shù)的數(shù)值計(jì)算41-42
• 2.8 顫振臨界風(fēng)速的計(jì)算方法42-44
• 2.9 本章小結(jié)44-46
• 3 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)46-54
• 3.1 流體動(dòng)力學(xué)控制方程46-47
• 3.1.1 連續(xù)性方程46
• 3.1.2 動(dòng)量方程46-47
• 3.1.3 能量方程47
• 3.2 數(shù)值計(jì)算方法47-49
• 3.2.1 有限差分法47
• 3.2.2 有限元法47-48
• 3.2.3 有限體積法48-49
• 3.3 網(wǎng)格劃分及邊界條件49
• 3.4 湍流模型49-52
• 3.4.1 湍流的基本方程49-50
• 3.4.2 湍流的數(shù)值模擬方法50-52
• 3.5 數(shù)值計(jì)算求解流程52
• 3.6 FLUENT軟件介紹52-53
• 3.7 本章小結(jié)53-54
• 4 理想平板的顫振導(dǎo)數(shù)數(shù)值研究54-66
• 4.1 數(shù)值研究參數(shù)設(shè)計(jì)及顫振導(dǎo)數(shù)理論解54-55
• 4.1.1 理想平板參數(shù)設(shè)計(jì)54-55
• 4.1.2 顫振導(dǎo)數(shù)理論解55
• 4.2 流場(chǎng)網(wǎng)格繪制與邊界條件設(shè)置55-58
• 4.2.1 流場(chǎng)區(qū)域大小55-56
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分情況56-57
• 4.2.3 Fluent基本參數(shù)設(shè)置57-58
• 4.3 數(shù)值模擬的計(jì)算步驟58-59
• 4.4 數(shù)值計(jì)算結(jié)果59-63
• 4.5 顫振導(dǎo)數(shù)的識(shí)別63-65
• 4.6 本章小結(jié)65-66
• 5 主梁節(jié)段模型顫振性能風(fēng)洞試驗(yàn)研究66-86
• 5.1 工程概況66-67
• 5.2 橋位風(fēng)場(chǎng)特性計(jì)算分析67-68
• 5.2.1 橋面高度處的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速67
• 5.2.2 施工階段的設(shè)計(jì)風(fēng)速67
• 5.2.3 顫振檢驗(yàn)風(fēng)速67-68
• 5.3 節(jié)段模型參數(shù)設(shè)計(jì)68-73
• 5.3.1 動(dòng)力特性分析68-69
• 5.3.2 模態(tài)質(zhì)量的確定69-70
• 5.3.3 相似準(zhǔn)則70-71
• 5.3.4 縮尺比的確定71-73
• 5.4 動(dòng)力節(jié)段模型系統(tǒng)73-76
• 5.4.1 節(jié)段模型試驗(yàn)概況73-74
• 5.4.2 節(jié)段模型系統(tǒng)參數(shù)74-75
• 5.4.3 節(jié)段模型試驗(yàn)工況75-76
• 5.5 顫振臨界風(fēng)速的測(cè)定76
• 5.6 顫振導(dǎo)數(shù)的識(shí)別76-84
• 5.6.1 顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別試驗(yàn)76-77
• 5.6.2 顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別試驗(yàn)工況77-80
• 5.6.3 顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別試驗(yàn)結(jié)果80-84
• 5.7 本章小結(jié)84-86
• 6 扁平鋼箱梁的顫振性能數(shù)值研究86-120
• 6.1 數(shù)值模擬的設(shè)計(jì)參數(shù)86-87
• 6.1.1 主梁節(jié)段縮尺模型尺寸設(shè)置86
• 6.1.2 分狀態(tài)強(qiáng)迫振動(dòng)識(shí)別法參數(shù)86
• 6.1.3 來流折算風(fēng)速86-87
• 6.2 流場(chǎng)網(wǎng)格繪制與邊界條件設(shè)置87-89
• 6.2.1 流場(chǎng)區(qū)域大小87
• 6.2.2 網(wǎng)格劃分情況87-88
• 6.2.3 FLUENT基本參數(shù)設(shè)置88-89
• 6.3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果89-93
• 6.3.1 氣動(dòng)力系數(shù)時(shí)程曲線89-90
• 6.3.2 壓力等高線分布90-92
• 6.3.3 速度流場(chǎng)分布92-93
• 6.4 顫振導(dǎo)數(shù)的識(shí)別93-95
• 6.5 顫振臨界風(fēng)速計(jì)算95
• 6.6 扁平鋼箱梁氣動(dòng)外形對(duì)顫振性能的影響95-113
• 6.6.1 欄桿、檢修車軌道等附屬裝置對(duì)顫振性能的影響95-103
• 6.6.2 不同欄桿透風(fēng)率對(duì)顫振性能的影響103-109
• 6.6.3 導(dǎo)流板對(duì)顫振性能的影響109-113
• 6.7 數(shù)值模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比113-117
• 6.7.1 顫振導(dǎo)數(shù)對(duì)比113-117
• 6.7.2 顫振臨界風(fēng)速對(duì)比117
• 6.8 本章小結(jié)117-120
• 7 全橋三維模型的動(dòng)力特性及顫振分析120-134
• 7.1 全橋三維模型的建立120-122
• 7.1.1 工程基本資料120-121
• 7.1.2 全橋模型及參數(shù)設(shè)置121-122
• 7.2 動(dòng)力特性計(jì)算122-128
• 7.2.1 成橋狀態(tài)動(dòng)力特性計(jì)算122-126
• 7.2.2 典型施工狀態(tài)動(dòng)力特性計(jì)算126-128
• 7.3 顫振穩(wěn)定性分析128-130
• 7.3.1 成橋狀態(tài)顫振穩(wěn)定性分析129
• 7.3.2 典型施工狀態(tài)顫振穩(wěn)定性分析129-130
• 7.4 顫振臨界風(fēng)速計(jì)算130-133
• 7.4.1 Van Der Por公式計(jì)算顫振臨界風(fēng)速130-131
• 7.4.2 Selberg公式計(jì)算顫振臨界風(fēng)速131-132
• 7.4.3 同濟(jì)大學(xué)防災(zāi)實(shí)驗(yàn)室公式計(jì)算顫振臨界風(fēng)速132-133
• 7.5 本章小結(jié)133-134
• 8 主要結(jié)論與展望134-138
• 8.1 全文總結(jié)134-136
• 8.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)136
• 8.3 今后研究展望136-138
• 致謝138-140
• 參考文獻(xiàn)140-144
• 附錄144-145

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊行健,李光權(quán);顫振分析的根軌跡方法與顫振模態(tài)的自動(dòng)判斷[J];航空學(xué)報(bào);1984年02期

2 齊丕騫,葛祖德,李炳功,許光啟;振動(dòng)試驗(yàn)和顫振分析的一體化——顫振實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)[J];航空學(xué)報(bào);1990年11期

3 王彬文,許光啟;全機(jī)非對(duì)稱外掛狀態(tài)顫振分析[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào);2001年S1期

4 史愛明,楊永年,葉正寅;帶結(jié)構(gòu)剛度非線性的超音速彈翼顫振分析方法研究[J];西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2003年04期

5 許福友,陳艾榮,梁艷;平板的顫振參數(shù)研究[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年10期

6 丁千,王冬立;結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)非線性機(jī)翼顫振分析[J];動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào);2004年03期

7 葉獻(xiàn)輝;楊翊仁;劉菲;;非對(duì)稱結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)顫振速度的影響[J];西南交通大學(xué)學(xué)報(bào);2005年06期

8 陳香;楊翊仁;;超音速結(jié)構(gòu)非線性翼型的顫振分析[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2007年02期

9 謝長川;胡薇薇;楊超;;顫振分析中的特征值排序問題[J];數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí);2007年18期

10 楊智春;谷迎松;夏巍;;基于矩陣奇異值理論的顫振分析新方法[J];航空學(xué)報(bào);2009年06期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王彬文;許光啟;;全機(jī)帶多種外掛狀態(tài)顫振分析[A];第七屆全國空氣彈性學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2001年

2 胡志勇;謝懷強(qiáng);;一種減幅擾動(dòng)顫振計(jì)算方法[A];第十屆全國空氣彈性學(xué)術(shù)交流會(huì)會(huì)議論文集[C];2007年

3 李毅;楊智春;;機(jī)翼顫振失效的定量風(fēng)險(xiǎn)分析[A];第十一屆全國空氣彈性學(xué)術(shù)交流會(huì)會(huì)議論文集[C];2009年

4 谷迎松;楊智春;李斌;;頻域顫振分析μ方法的連續(xù)性研究[A];第十一屆全國空氣彈性學(xué)術(shù)交流會(huì)會(huì)議論文集[C];2009年

5 劉小川;王彬文;張凌霞;馬君峰;齊丕騫;;基于混合建模的帶外掛飛機(jī)固有振動(dòng)特性與顫振分析[A];第十一屆全國空氣彈性學(xué)術(shù)交流會(huì)會(huì)議論文集[C];2009年

6 張桂江;胡家亮;錢衛(wèi);;復(fù)合材料平尾顫振優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[A];第十一屆全國空氣彈性學(xué)術(shù)交流會(huì)會(huì)議論文集[C];2009年

7 張紅波;;g-方法在閉環(huán)顫振分析中的應(yīng)用[A];第十一屆全國空氣彈性學(xué)術(shù)交流會(huì)會(huì)議論文集[C];2009年

8 胡志勇;謝懷強(qiáng);;一種新的顫振計(jì)算方法[A];中國航空結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)專業(yè)組第十六屆學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2008年

9 胡志勇;霍應(yīng)元;王旭春;;模態(tài)跟蹤技術(shù)在顫振計(jì)算中的應(yīng)用[A];中國航空結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)專業(yè)組第十六屆學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2008年

10 員�，|;韓景龍;;非線性顫振的魯棒穩(wěn)定性分析方法[A];第九屆全國振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鈕耀斌;高超聲速飛行器機(jī)翼非線性顫振研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

2 錢文敏;基于不確定性建模新方法的多作動(dòng)機(jī)翼顫振主動(dòng)抑制[D];南京航空航天大學(xué);2014年

3 周建;受熱曲壁板的非線性顫振特性研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

4 郝穎;多穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)隨機(jī)P—分岔及其在高維機(jī)翼顫振系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];天津大學(xué);2014年

5 趙德敏;非線性顫振系統(tǒng)的分岔與混沌[D];天津大學(xué);2010年

6 員海瑋;魯棒顫振分析與模型確認(rèn)研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

7 王囡囡;二元機(jī)翼顫振及其主動(dòng)控制的研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2013年

8 趙娜;超聲速流中機(jī)翼及壁板非線性顫振的主動(dòng)控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

9 于明禮;基于超聲電機(jī)作動(dòng)器的二維翼段顫振主動(dòng)抑制[D];南京航空航天大學(xué);2006年

10 史曉鳴;基于當(dāng)?shù)亓骰钊碚摰娜珯C(jī)組合體顫振及氣動(dòng)伺服彈性分析[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 沈超慧;考慮發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子陀螺效應(yīng)的機(jī)翼顫振分析[D];南京航空航天大學(xué);2015年

2 晁成冉;三塔懸索橋顫振形態(tài)研究及全過程模擬[D];東南大學(xué);2015年

3 張兆博;復(fù)合材料在提升機(jī)翼顫振速度中的作用研究[D];吉林大學(xué);2016年

4 劉一帆;超大跨度分離式三鋼箱主梁顫振特性影響因素研究[D];西南交通大學(xué);2016年

5 武兵;大跨度桁梁偏心扭轉(zhuǎn)及對(duì)顫振性能的影響研究[D];西南交通大學(xué);2016年

6 葉雪香;高溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性及舵面的顫振分析與研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

7 張斐;橋梁斷面顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別方法研究及MATLAB實(shí)現(xiàn)[D];長安大學(xué);2016年

8 侯小燕;非線性機(jī)翼氣動(dòng)彈性顫振的主動(dòng)控制研究[D];江蘇科技大學(xué);2016年

9 楊秉才;紊流激勵(lì)下的時(shí)域顫振模態(tài)分析與顫振邊界預(yù)測(cè)研究[D];南京航空航天大學(xué);2016年

10 吳侃;含結(jié)構(gòu)非線性和時(shí)滯的二元翼段顫振主動(dòng)抑制研究[D];南京航空航天大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：666055