本文關(guān)鍵詞：新型格子Boltzmann流固耦合算法研究及其在橋梁風(fēng)工程中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》 2015年

新型格子Boltzmann流固耦合算法研究及其在橋梁風(fēng)工程中的應(yīng)用

劉克同  

【摘要】：現(xiàn)代橋梁的跨度越來越大,結(jié)構(gòu)更加輕柔,更容易發(fā)生風(fēng)致振動。為避免發(fā)生有害的風(fēng)致振動,如顫振和渦激振動,大跨度橋梁抗風(fēng)設(shè)計越來越重要。目前,計算機和計算機輔助設(shè)計領(lǐng)域取得的巨大成就使以計算流體動力學(xué)為基礎(chǔ)的虛擬風(fēng)洞技術(shù)已經(jīng)成為計算橋梁氣動彈性響應(yīng)和進行橋梁風(fēng)振分析的可行工具。宏觀流體力學(xué)計算方法,如有限元和有限體積法,常采用基于貼體網(wǎng)格的歐拉-拉格朗日法計算流固耦合問題,在計算精度、計算效率和算法穩(wěn)定性方面尚不能很好地勝任高雷諾數(shù)下橋梁結(jié)構(gòu)的氣動彈性計算,為此,本文基于分子運動論的格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM),構(gòu)造新的流固耦合算法,對橋梁顫振、渦激振動的數(shù)值計算方法和氣動導(dǎo)數(shù)的識別等橋梁抗風(fēng)中的關(guān)鍵問題進行研究。本文的主要研究工作如下:1.基于格子Boltzmann方法的原理,將單松弛時間格式LBM的分塊網(wǎng)格技術(shù)擴展至多松弛時間格式的格子Boltzmann方法(MRT-LBM)中,發(fā)展一種分塊網(wǎng)格MRT-LBM。2.格子Boltzmann方法大渦模擬方法研究。將動態(tài)Smagorinsky亞格子應(yīng)力模型引入分塊網(wǎng)格MRT-LBM中,構(gòu)造了一種LBM大渦模擬方法—MRT-LBM-DSM。通過方柱斷面、矩形斷面和橋梁主梁斷面等鈍體結(jié)構(gòu)繞流問題的模擬證明了MRT-LBM-DSM模擬高雷諾數(shù)湍流和高雷諾數(shù)湍流環(huán)境中鈍體結(jié)構(gòu)繞流的能力。3.基于運動邊界的LBM流固耦合算法研究。采用MRT-LBM-DSM作為流場求解器,利用Runge–Kutta法求解橋梁主梁斷面的瞬態(tài)動力學(xué)響應(yīng),結(jié)合LBM運動邊界和新生流體粒子分布函數(shù)的重構(gòu),提出了一種新型顯式求解流固耦合問題的分區(qū)交替求解算法—MB-LBM。通過對矩形斷面的渦激振動和馳振、Guamá大橋扭轉(zhuǎn)顫振和Great Belt東橋彎扭兩自由顫振的模擬驗證了MB-LBM模擬流固耦合問題和計算橋梁氣動彈性響應(yīng)的可靠性。4.基于迭代浸沒邊界法的LBM流固耦合算法研究。在MRT-LBM-DSM的框架下結(jié)合浸沒邊界法的思想發(fā)展了另一種新型LBM流固耦合算法—迭代浸沒邊界-格子Boltzmann方法(IIB-LBM)。采用IIB-LBM對長寬比B/D=2矩形方柱的渦激振動和馳振、長寬比B/D=4矩形方柱的單自由度扭轉(zhuǎn)顫振及福斯橋彎扭兩自由顫振進行了數(shù)值研究。數(shù)值算例表明IIB-LBM可以準確的計算方柱和橋梁的氣動彈性響應(yīng),可以準確識別不同氣動彈性響應(yīng)下流場的渦結(jié)構(gòu)。對IIB-LBM和MB-LBM進行了對比研究,研究表明IIB-LBM流固耦合面上數(shù)據(jù)傳遞的精度比MB-LBM更高。5.橋梁氣動導(dǎo)數(shù)的MRT-LBM-DSM識別。采用MRT-LBM-DSM和LBM的運動邊界技術(shù)實現(xiàn)了運動物體繞流的LBM大渦模擬,根據(jù)計算得到的作用在運動物體上的氣動力,提出一種新的橋梁氣動導(dǎo)數(shù)識別方法,并成功用于理想平板、箱梁斷面、中央開槽箱梁斷面氣動導(dǎo)數(shù)的識別。將顫振臨界風(fēng)速和顫振臨界頻率的求解問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問題,建立了搜索顫振臨界風(fēng)速和臨界頻率的雙參數(shù)優(yōu)化模型。通過對理想平板、箱梁斷面、中央開槽箱梁斷面顫振臨界風(fēng)速的求解驗證了雙參數(shù)優(yōu)化模型的正確性。6.借助LBM流固耦合算法探討附加氣動措施對橋梁氣動穩(wěn)定性的影響。采用LBM流固耦合算法研究中央穩(wěn)定板、中央開槽寬度對橋梁顫振穩(wěn)定性的影響以及導(dǎo)流板對橋梁渦激振動的影響,給出了中央穩(wěn)定板、中央開槽寬度改善橋梁顫振穩(wěn)定性的原理和導(dǎo)流板抑制渦激振動的機理。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U442
【目錄】：

下載全文 更多同類文獻

CAJ全文下載

(如何獲取全文？ 歡迎：購買知網(wǎng)充值卡、在線充值、在線咨詢)

CAJViewer閱讀器支持CAJ、PDF文件格式

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 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;2009年06期

2 崔桂香,許春曉,張兆順;湍流大渦數(shù)值模擬進展[J];空氣動力學(xué)學(xué)報;2004年02期

3 祝志文;陳魏;向澤;陳政清;;大跨度斜拉橋主梁氣動力特性的大渦模擬[J];湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年11期

4 劉克同;湯愛平;劉玥君;王楠;;基于浸沒邊界和格子玻爾茲曼的流固耦合算法[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年01期

5 宮兆新;魯傳敬;黃華雄;;浸入邊界法及其應(yīng)用[J];力學(xué)季刊;2007年03期

6 劉祖軍;楊詠昕;;H形橋梁斷面顫振的流場驅(qū)動機理及氣流能量分析[J];土木工程學(xué)報;2013年04期

7 劉克同;湯愛平;MIONKI Patrick Kirema;;基于LBM流固耦合算法的橋梁顫振穩(wěn)定性分析[J];四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版);2014年05期

8 李薇;胡兆同;李加武;;CFD方法研究橋梁斷面三分力系數(shù)的雷諾數(shù)效應(yīng)[J];長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年06期

9 周志勇,陳艾榮,項海帆;渦方法用于橋梁斷面氣動導(dǎo)數(shù)和顫振臨界風(fēng)速的數(shù)值計算[J];振動工程學(xué)報;2002年03期

10 詹昊;方秦漢;李萬平;;鋼桁拱橋吊桿渦激振動仿真分析[J];中國鐵道科學(xué);2009年02期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 趙立清;平面射流與振翅運動的數(shù)值研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 歐志峰;基于ADINA的橋梁氣動導(dǎo)數(shù)數(shù)值模擬[D];西南交通大學(xué);2007年

2 陳同慶;格子Boltzmann方法及其對圓柱繞流問題的模擬[D];天津大學(xué);2007年

3 蔣榮勤;高雷諾數(shù)下格子Boltzmann方法的應(yīng)用研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫芳錦;殷志祥;張大明;;無矩陣迭代法在膜結(jié)構(gòu)風(fēng)振耦合分析中的應(yīng)用[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報;2010年02期

2 周紅梅;王連生;王宏偉;隋玉堂;;大渦模擬在導(dǎo)彈發(fā)動機流場仿真中的應(yīng)用[J];飛航導(dǎo)彈;2009年03期

3 陳艾榮;馬如進;王達磊;;千米級斜拉橋空氣動力學(xué)問題[J];中國工程科學(xué);2009年03期

4 祝志文;顧明;陳政清;;橋梁斷面顫振導(dǎo)數(shù)的CFD全帶寬識別法[J];工程力學(xué);2007年09期

5 李永樂;汪斌;黃林;廖海黎;;平板氣動力的CFD模擬及參數(shù)研究[J];工程力學(xué);2009年03期

6 陳曉明;趙成璧;林慰;;浸入邊界法的發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用[J];廣東造船;2009年01期

7 李薇;胡兆同;李加武;張茜;;橋梁斷面三分力系數(shù)數(shù)值模擬[J];公路交通科技;2012年05期

8 胡廣周;譚慶波;;大跨度連續(xù)鋼桁架拱橋半懸臂拼裝臨時墩合理標高計算[J];廣東公路交通;2013年03期

9 譚明倫;段愛忠;;鋼箱梁獨塔斜拉橋抗風(fēng)性能研究[J];公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版);2013年07期

10 張東良;孫建國;孫章慶;;2維和2.5維起伏地表直流電法有限差分數(shù)值模擬[J];地球物理學(xué)報;2011年01期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳鋒;基于GPU并行計算的數(shù)值模擬與燃煤鍋爐系統(tǒng)的優(yōu)化研究[D];浙江大學(xué);2010年

2 朱偉亮;基于大渦模擬的CFD入口條件及脈動風(fēng)壓模擬研究[D];北京交通大學(xué);2011年

3 張東良;起伏地表條件下的直流電場有限差分數(shù)值模擬[D];吉林大學(xué);2011年

4 程秀花;溫室環(huán)境因子時空分布CFD模型構(gòu)建及預(yù)測分析研究[D];江蘇大學(xué);2011年

5 鄭秋亞;基于Navier-Stokes方程的復(fù)雜流動數(shù)值模擬精度與并行計算研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

6 栗懷廣;鈍體空氣動力學(xué)的格子玻爾茲曼方法[D];西南交通大學(xué);2010年

7 劉劍明;可壓縮流體計算中的浸入邊界方法及其應(yīng)用[D];南京航空航天大學(xué);2010年

8 黃橙;新型流體有限元方法研究及其在風(fēng)場繞流和結(jié)構(gòu)耦合風(fēng)效應(yīng)中的應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2011年

9 張斌;大渦模擬濾波網(wǎng)格分析及網(wǎng)格自適應(yīng)控制研究與應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2011年

10 陳國芳;大跨度橋梁顫抖振分析[D];大連理工大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李連舉;軸流式通風(fēng)機氣動噪聲分布特性的數(shù)值研究[D];山東科技大學(xué);2010年

2 黃文鋒;二維可壓縮Navier-Stokes方程的浸入邊界法研究[D];中國空氣動力研究與發(fā)展中心;2010年

3 王婷婷;基于FLUENT的大氣邊界層風(fēng)場LES模擬[D];北京交通大學(xué);2011年

4 黨亞兵;基于格子Boltzmann的等離子射流數(shù)值模擬[D];河南理工大學(xué);2011年

5 李孝展;鼓型橡膠護舷防沖板的有限元分析[D];大連理工大學(xué);2011年

6 宋瑞斌;高速列車通過橋梁時相互氣動性能的數(shù)值研究[D];中南大學(xué);2011年

7 夏勇;大跨懸索橋顫振穩(wěn)定性的數(shù)值計算[D];長安大學(xué);2011年

8 王英英;基于格子Boltzmann方法的海流能水輪機大雷諾數(shù)模擬研究[D];中國海洋大學(xué);2011年

9 張龍奇;自然風(fēng)作用下大跨鋼桁拱橋剛性長吊桿減振措施研究[D];西南交通大學(xué);2011年

10 周園園;一種求解有交界面的橢圓型方程的間斷條件捕捉格式[D];湘潭大學(xué);2011年

【二級參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄭史雄,李永樂,廖海黎;瀏陽河大橋的抗風(fēng)性能風(fēng)洞試驗研究[J];東北公路;2002年03期

2 徐楓;歐進萍;;方柱非定常繞流與渦激振動的數(shù)值模擬[J];東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2005年S1期

3 張新軍;橋梁風(fēng)工程研究的現(xiàn)狀及展望[J];公路;2005年09期

4 金增洪;丹麥大帶東橋簡介[J];國外公路;1998年03期

5 廖海黎,奚紹中;改善大跨度橋梁抗風(fēng)穩(wěn)定性的建議[J];國外橋梁;1999年03期

6 崔春義;孫占琦;趙穎華;吳紅軍;趙群昌;;三維復(fù)雜高層建筑抗震性能動力時程分析[J];廣西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年03期

7 林夢鶴,孫憲學(xué);氣動彈性剪裁中的響應(yīng)值敏度[J];航空學(xué)報;2001年01期

8 李道春;向錦武;;非線性二元機翼氣動彈性近似解析研究[J];航空學(xué)報;2007年05期

9 張玉芳;王方;黃勇;李敬軒;;用Tam-Thies湍流模型研究帶小突片的噴管流場特性[J];航空學(xué)報;2009年10期

10 陳桂彬,鄒叢青;氣動伺服彈性技術(shù)在飛機設(shè)計中的應(yīng)用[J];航空學(xué)報;1996年S1期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 祝志文;橋梁風(fēng)效應(yīng)的數(shù)值方法及應(yīng)用[D];中南大學(xué);2002年

2 關(guān)暉;湍流射流的大渦模擬及其動力學(xué)特性研究[D];河海大學(xué);2005年

3 袁麗蓉;波流環(huán)境中垂向紊動射流的數(shù)值模擬研究[D];大連理工大學(xué);2006年

4 許常悅;圓柱可壓縮繞流及其流動控制的大渦模擬研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

5 張杰;流固耦合平板繞流的格子波爾茲曼數(shù)值研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 陳濤;高速鐵路橋梁風(fēng)障設(shè)置對列車及主梁氣動性能影響研究[D];中南大學(xué);2011年

2 宋瑞斌;高速列車通過橋梁時相互氣動性能的數(shù)值研究[D];中南大學(xué);2011年

3 唐煜;橋梁擋風(fēng)屏對強側(cè)風(fēng)條件下列車運營安全性的影響[D];西南交通大學(xué);2010年

4 黃瀅;基于FLUENT軟件的建筑物風(fēng)場數(shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2005年

5 董香婷;風(fēng)障對橋面風(fēng)環(huán)境影響的數(shù)值模擬研究[D];浙江大學(xué);2007年

6 鄭繼平;南疆線橋梁擋風(fēng)墻結(jié)構(gòu)性能研究[D];西南交通大學(xué);2008年

7 黃泰鑫;沿海鐵路橋梁擋風(fēng)墻抗風(fēng)作用研究[D];中南大學(xué);2010年

8 權(quán)曉亮;鐵路大風(fēng)區(qū)橋梁擋風(fēng)屏抗風(fēng)性能研究[D];西南交通大學(xué);2012年

9 梅群鋒;擋風(fēng)屏對強側(cè)風(fēng)作用下行車安全性的影響[D];西南交通大學(xué);2012年

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;Lattice Boltzmann simulation for the spiral waves in the excitable medium[J];Communications in Nonlinear Science & Numerical Simulation;2000年04期

2 孫成海,王保國,沈孟育;Adaptive Lattice Boltzmann Model for Compressible Flows[J];Tsinghua Science and Technology;2000年01期

3 ;Study on One-Dimensional Model of Traffic Flow with Stochastic Deceleration via Lattice Boltzmann Method[J];Journal of Shanghai University;2001年02期

4 張英魁 ,盧旭光;Boltzmann Equations with Quantum Effects (1):Long Time Behavior of Spatial Decay Solutions[J];Tsinghua Science and Technology;2002年03期

5 張英魁 ,盧旭光;Boltzmann Equations with Quantum Effects (2): Entropy Identity, Existence and Uniqueness of Spatial Decay Solutions[J];Tsinghua Science and Technology;2002年03期

6 吳波,鄭楚光,阮劍,黃素逸;十三點格子Boltzmann模型仿真[J];工程熱物理學(xué)報;2000年04期

7 孫成海;用格子Boltzmann模型模擬可壓縮完全氣體流動[J];計算物理;2000年04期

8 ;Lattice Boltzmann model for the perfect gas flows with near-vacuum region[J];Communications in Nonlinear Science & Numerical Simulation;2000年02期

9 張竹林;多組分介質(zhì)的向前和向后Boltzmann方程等效性[J];淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報;2000年03期

10 晏一光,吳波,鄭楚光;三維十五點格子Boltzmann模型仿真[J];工程熱物理學(xué)報;2001年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 Yu CHEN;Shulong TENG;Hirotada OHASHI;;On the Lattice Boltzmann Modeling of Multi-Phase Flows[A];Genetic Algorithm and Its Application to Physics, Life Science and Engineering--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];1999年

2 馮士德;;多種粒子相耦合的格子Boltzmann模型[A];“力學(xué)2000”學(xué)術(shù)大會論文集[C];2000年

3 馮士德;;多組份流體的格子模型Boltzmann[A];第十四屆全國水動力學(xué)研討會文集[C];2000年

4 梁宏;施保昌;;基于相場理論的不可壓格子Boltzmann兩相流模型及其應(yīng)用[A];第十六屆全國流體力學(xué)數(shù)值方法研討會2013論文集[C];2013年

5 丁麗霞;施衛(wèi)平;鄭海成;;格子Boltzmann方法模擬圓腔流[A];慶祝中國力學(xué)學(xué)會成立50周年暨中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

6 李志輝;方明;唐少強;;氣體運動論統(tǒng)一算法與DSMC方法描述Boltzmann方程的一致性研究[A];北京力學(xué)會第18屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2012年

7 譚玲燕;李秀文;李偉杰;;用Lattice Boltzmann方法模擬腔體內(nèi)攪動流體[A];第十六屆全國流體力學(xué)數(shù)值方法研討會2013論文集[C];2013年

8 李志輝;彭傲平;張涵信;;求解Boltzmann模型方程的高性能并行計算方法研究[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

9 馮士德;毛江玉;任榮彩;;格子Boltzmann數(shù)值流體力學(xué)[A];錢學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想與力學(xué)論文集[C];2001年

10 彭傲平;李志輝;吳俊林;;求解Boltzmann模型方程的氣體運動論隱式格式及應(yīng)用研究[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李元;格子Boltzmann方法的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

2 胡安杰;多相流動格子Boltzmann方法研究[D];重慶大學(xué);2015年

3 劉克同;新型格子Boltzmann流固耦合算法研究及其在橋梁風(fēng)工程中的應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 毛煜東;微納尺度傳熱問題的理論分析和格子Boltzmann數(shù)值模擬[D];山東大學(xué);2015年

5 劉超峰;微氣體表面粗糙效應(yīng)的格子Boltzmann模擬[D];復(fù)旦大學(xué);2008年

6 杜睿;不可壓多松弛格子Boltzmann方法的研究及其應(yīng)用[D];華中科技大學(xué);2007年

7 史秀波;用于波動方程的格子Boltzmann方法及數(shù)值模擬研究[D];吉林大學(xué);2010年

8 劉芳;格子Boltzmann方法求解偏微分方程的相關(guān)研究[D];吉林大學(xué);2011年

9 張建影;用于復(fù)Ginzburg-Landau方程的格子Boltzmann方法[D];吉林大學(xué);2011年

10 董銀峰;守恒律偏微分方程的格子Boltzmann方法[D];吉林大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 葉麗娜;基于格子Boltzmann模型的Kuramoto-Sivashinsky方程的數(shù)值模擬研究[D];吉林大學(xué);2011年

2 郭宇隆;基于格子Boltzmann方法的氣液混合流體模擬[D];華南理工大學(xué);2015年

3 伍祥超;格子Boltzmann方法在流體流動及傳熱中的應(yīng)用研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

4 郭檻菲;格子Boltzmann方法在氣固兩相流中的應(yīng)用研究[D];山東大學(xué);2015年

5 梁博;采用格子Boltzmann方法的界面對流現(xiàn)象模擬[D];天津大學(xué);2007年

6 王超;格子Boltzmann方法數(shù)值模擬研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

7 李健;非角截斷的空間非齊次Boltzmann方程的解的存在性[D];華中科技大學(xué);2007年

8 楊佳慶;格子Boltzmann方法的細觀滲流數(shù)值模擬[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

9 孫凱華;后臺階流動傳熱的格子Boltzmann模擬[D];天津大學(xué);2009年

10 楊士梅;基于Boltzmann方法繞流的數(shù)值計算[D];大慶石油學(xué)院;2010年

  本文關(guān)鍵詞：新型格子Boltzmann流固耦合算法研究及其在橋梁風(fēng)工程中的應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：60114