基于CFD的橋梁渦激振和顫振氣彈模擬研究.pdf

1、隨著大跨度斜拉橋、懸索橋的不斷涌現(xiàn)，橋梁結(jié)構(gòu)正朝著更細長、更輕柔的方向發(fā)展，對風荷載的作用也越來越敏感。橋梁的風致振動不僅影響橋梁自身結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，對橋上車輛行駛的安全性和舒適性也有重要的影響。因此，對橋梁氣動彈性現(xiàn)象開展研究，對提高橋梁抗風性能，抑制橋梁風致振動有著重要意義。
　　 計算流體動力學（簡稱CFD）以其計算成本底、周期短、參數(shù)修改方便等優(yōu)勢，近年來在橋梁抗風領(lǐng)域的應用越來越廣。本文以商用CFD軟件FLUEN

2、T為工具，將結(jié)構(gòu)視為運動的剛體，研究空氣與橋梁之間的流固耦合作用。將Newmark方法嵌入到FLUENT軟件中，對剛體運動進行數(shù)值求解，剛體位置的更新則通過動網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)。
　　 首先，建立了二維方柱靜態(tài)繞流模型，對不同湍流模型的計算結(jié)果與相關(guān)文獻進行對比，選擇了模擬結(jié)果較好的k-ωSST模型作為本文研究所使用的湍流模型。然后，模擬計算了豎向單自由度振動方柱在不同風速下的阻力系數(shù)和斯托羅哈數(shù)的變化情況，模擬了渦激共振現(xiàn)象，并與靜

3、態(tài)繞流進行了對比。
　　 其次，建立了具有豎向振動和扭轉(zhuǎn)振動二自由度的薄平板模型，并識別了該平板的顫振導數(shù)。接著對其顫振臨界風速進行了逼近計算，并將計算結(jié)果與抗風規(guī)范的理論公式解進行了對比。同時，通過改變結(jié)構(gòu)阻尼比的大小，研究了結(jié)構(gòu)阻尼對顫振臨界風速的影響。隨后還研究了零風速條件下平板氣動阻尼的影響因素。
　　 最后，以某工程實例的風洞試驗結(jié)果作為對比，建立了某大跨度懸索橋施工階段主梁的二維節(jié)段計算模型。結(jié)合風洞試驗數(shù)據(jù)

4、以及數(shù)值模擬的相關(guān)結(jié)果，對模型的阻尼比進行了修正，并對修正阻尼比之后的模型進行了顫振臨界風速的計算，結(jié)果與風洞試驗吻合較好。對渦振試驗模型也進行了阻尼比修正，并驗算了截面的渦振性能，在2m/s至8.8m/s風速范圍內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的渦振現(xiàn)象。
　　 根據(jù)計算結(jié)果，本文采用的CFD-CSD耦合分析方法能夠研究理想方柱繞流和薄平板模型繞流。對橋梁結(jié)構(gòu)顫振臨界風速的計算也與風洞試驗吻合較好，對橋梁截面的渦振性能也能進行相關(guān)模擬。總之，