本文關鍵詞：斷面細節(jié)對近流線型箱梁氣動力特性的影響研究

  更多相關文章： 近流線型箱梁 斷面細節(jié) 渦激振動 靜力三分力 動網(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。本文基于國家自然科學基金面上項目“三峽庫區(qū)跨江橋梁寬體式扁平鋼箱梁氣動特性及風致振動研究”(項目號:51578098),研究了主梁高寬比達1/12的近流線型箱梁的氣動靜力系數(shù)與渦激振動特性。首先進行了1:60節(jié)段模型測力試驗,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中對代表工況進行二維穩(wěn)態(tài)求解,通過對比各工況靜態(tài)繞流場的差異,歸納出氣動靜力系數(shù)隨斷面細節(jié)變化的微觀機理。然后進行了同比例模型的渦振試驗,檢驗各工況是否發(fā)生渦激振動,并記錄豎彎、扭轉渦振的起振風速、鎖定區(qū)間及最大振幅,并對振幅時程進行快速傅里葉變換(FFT)得到其頻譜。編制兩自由度的UDF程序以Newmark-β法求解豎向、扭轉響應,結合動網(wǎng)格技術,在Fluent 15.0中對代表性工況的渦振響應進行了二維瞬態(tài)求解。通過對比尾流渦脫形態(tài),結合頻譜分析,對斷面細節(jié)影響渦激振動特性的機理進行闡述。主要研究內(nèi)容及成果如下:1、攻角對靜力三分力系數(shù)的影響取決于于流動分離位置與強度的變化。攻角對渦振性能的影響機理在于豎彎、扭轉基頻的卓越程度及尾流渦脫形態(tài)的轉捩。2、研究了護欄透風率對靜力三分力系數(shù)與渦振特性的影響;護欄透風率對三分力系數(shù)的影響機理在于流動分離點、再附點的移動及正壓、負壓區(qū)范圍的變化,且正、負攻角下的影響情況存在差異。另一方面,豎彎、扭轉渦振響應均隨護欄透風率的減小而加強,前者由尾流渦脫逐漸形成“2S”形態(tài)所致,后者由迎風端與斷面中部的上/下兩對漩渦快速發(fā)展所致。3、研究了人行護欄位置對渦振特性的影響;隨人行護欄內(nèi)移,豎彎渦振響應降低,扭轉渦振響應加強;前者由尾流渦脫從“2S”退化為“S”形態(tài)所致,后者由上表面迎風端漩渦的快速發(fā)展引起。4、研究了檢修車軌道位置對靜力三分力系數(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,在負攻角下無顯著波動。另一方面,豎彎、扭轉渦振響應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端渦脫的削弱。5、研究了橋面粗糙度對靜力三分力系數(shù)與渦振特性的影響;橋面粗糙度對三分力系數(shù)的影響機理在于流動分離范圍及表面壓力的變化,且正、負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、扭轉基頻均出現(xiàn)微小波動,大攻角下的豎向、扭轉渦振響應均降低,小攻角與負攻角下的豎向、扭轉渦振響應均升高。
【關鍵詞】：近流線型箱梁 斷面細節(jié) 渦激振動 靜力三分力 動網(wǎng)格
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U441.3
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-14
• 主要符號14-15
• 1 緒論15-29
• 1.1 選題背景15-17
• 1.2 風對橋梁的作用17-20
• 1.2.1 靜力作用17-18
• 1.2.2 動力作用18-20
• 1.2.3 大跨度橋梁事故20
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-25
• 1.3.1 氣動靜力系數(shù)的研究方法與研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.2 近流線型箱梁氣動靜力系數(shù)的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.3.3 渦激振動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 斷面細節(jié)對氣動靜力系數(shù)的影響25-26
• 1.4.2 斷面細節(jié)對渦激振動特性的影響26
• 1.5 本文的主要內(nèi)容與技術路線26-29
• 2 理論基礎29-41
• 2.1 CFD基本理論29-32
• 2.1.1 流體動力學控制方程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 氣動靜力系數(shù)及其CFD計算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計算33-34
• 2.3 渦激振動理論及其CFD計算34-39
• 2.3.1 渦激振動理論34-35
• 2.3.2 動網(wǎng)格原理35
• 2.3.3 Fluent二次開發(fā)接口UDF35-36
• 2.3.4 Newmark-β 法求解渦激振動響應36-38
• 2.3.5 CFD計算流程38-39
• 2.4 本章小結39-41
• 3 斷面細節(jié)對近流線型箱梁氣動靜力系數(shù)的影響41-61
• 3.1 工程及試驗概況41-42
• 3.1.1 工程概況41
• 3.1.2 節(jié)段模型及試驗參數(shù)41-42
• 3.2 CFD數(shù)值模擬42-45
• 3.2.1 求解設置42
• 3.2.2 計算域及網(wǎng)格劃分42-45
• 3.3 攻角的影響45-49
• 3.3.1 試驗結果45-47
• 3.3.2 影響機理47-49
• 3.4 人行護欄透風率的影響49-53
• 3.4.1 試驗結果49-51
• 3.4.2 影響機理51-53
• 3.5 檢修車軌道位置的影響53-55
• 3.5.1 試驗結果53-54
• 3.5.2 影響機理54-55
• 3.6 橋面粗糙度的影響55-59
• 3.6.1 試驗結果55-57
• 3.6.2 影響機理57-59
• 3.7 本章小結59-61
• 4 斷面細節(jié)對近流線型箱梁渦激振動特性的影響61-111
• 4.1 工程及試驗概況61-66
• 4.1.1 工程概況61
• 4.1.2 動力特性計算61-65
• 4.1.3 節(jié)段模型及試驗參數(shù)65-66
• 4.2 CFD求解渦激振動66-69
• 4.2.1 求解設置66-67
• 4.2.2 計算域及網(wǎng)格劃分67-69
• 4.3 攻角的影響69-78
• 4.3.1 試驗結果70-72
• 4.3.2 靜態(tài)繞流場72-73
• 4.3.3 峰值響應點時程及頻譜73-78
• 4.3.4 小結78
• 4.4 單個振動周期內(nèi)的尾流渦脫形態(tài)78-82
• 4.4.1 豎向渦振響應78-80
• 4.4.2 扭轉渦振響應80-81
• 4.4.3 小結81-82
• 4.5 典型渦振區(qū)的特征點頻譜82-84
• 4.5.1 豎向渦振區(qū)間82-83
• 4.5.2 扭轉渦振區(qū)間83-84
• 4.5.3 小結84
• 4.6 人行護欄透風率的影響84-91
• 4.6.1 試驗結果84-86
• 4.6.2 豎向渦振響應影響機理86-88
• 4.6.3 扭轉渦振響應影響機理88-91
• 4.6.4 小結91
• 4.7 人行護欄位置的影響91-97
• 4.7.1 試驗結果91-93
• 4.7.2 豎向渦振響應影響機理93-94
• 4.7.3 扭轉渦振響應影響機理94-96
• 4.7.4 小結96-97
• 4.8 檢修車軌道位置的影響97-102
• 4.8.1 試驗結果97-98
• 4.8.2 豎向渦振響應影響機理98-100
• 4.8.3 扭轉渦振響應影響機理100-102
• 4.8.4 小結102
• 4.9 橋面粗糙度的影響102-108
• 4.9.1 試驗結果102-105
• 4.9.2 豎向渦振響應影響機理105-106
• 4.9.3 扭轉渦振響應影響機理106-107
• 4.9.4 小結107-108
• 4.10 本章小結108-111
• 5 結論與展望111-115
• 5.1 全文總結111-112
• 5.2 本文創(chuàng)新點112-113
• 5.3 今后研究展望113-115
• 致謝115-117
• 參考文獻117-125
• 附錄125-129
• A:作者攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文125-126
• B:作者攻讀碩士學位期間參與的科研項目126-127
• C:動網(wǎng)格的部分源程序127-129

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本文編號：1069049