斜拉索風雨激振數(shù)值模擬與機理研究.pdf

1、風雨激振是指斜拉橋拉索在特定風雨條件下的低頻、大幅度振動,會使斜拉索發(fā)生疲勞破壞,降低斜拉索的使用壽命。由于這一現(xiàn)象涉及氣、液、固三相耦合問題,其產(chǎn)生機理至今尚未明確,對此本文應用將滑移理論與CFD技術相結合建立理論模型及基于VOF法建立有限元模型的方法分別模擬斜拉索的風雨激振現(xiàn)象,深入系統(tǒng)的研究斜拉索表面水線振蕩與斜拉索氣動力及其振動之間的相互作用,揭示其產(chǎn)生機理,主要研究內容包括:
　　考慮水膜形態(tài)變化對風壓力和風摩擦力的影響

2、,將滑移理論與CFD技術相結合提出了斜拉索風雨激振問題的理論模型,基于滑移理論和單質點單自由度振動理論建立了耦合的水膜運動方程和斜拉索振動方程。
　　忽略斜拉索振動對水膜形態(tài)變化的影響,應用已建立的理論模型研究不同風速、不同風向下的斜拉索表面水膜形態(tài)和氣動力變化規(guī)律及其內在聯(lián)系,發(fā)現(xiàn)只有當氣流方向與斜拉索下傾方向一致,且風速處于斜拉索發(fā)生風雨激振的風速范圍內時,水膜形態(tài)變化及其引起的斜拉索氣動力變化均呈現(xiàn)出明顯的周期性,二者頻率均

3、接近斜拉索的自振頻率,說明水線與斜拉索之間的共振是引發(fā)風雨激振現(xiàn)象的主要因素。
　　考慮斜拉索振動對水膜形態(tài)變化的影響,應用已建立的理論模型進行斜拉索表面水膜形態(tài)變化與斜拉索振動間的雙向耦合研究,分析發(fā)現(xiàn)當風速處于斜拉索發(fā)生風雨激振的風速范圍內時,斜拉索表面會形成明顯的上水線和下水線,同時斜拉索發(fā)生大幅度振動,振動主頻接近斜拉索的自振頻率,水膜形態(tài)變化及其引起的斜拉索升力變化具有相似的周期性,主頻均有斜拉索的自振頻率相近;進一步說

4、明水線與斜拉索之間的共振是引發(fā)風雨激振現(xiàn)象的主要因素。
　　將氣液兩相流理論與VOF法相結合,提出了模擬風雨共同作用下斜拉索表面水線的形成的新方法;應用這一方法對不同風速條件下受重力和氣流共同作用時的水線初始形成時間、位置和形態(tài)進行了深入研究;在此基礎上,應用點源補水的方式實現(xiàn)斜拉索表面水膜的連續(xù)和質量守恒,模擬風雨作用下斜拉索表面水線的形成與振蕩,得到斜拉索表面水線運動規(guī)律和斜拉索氣動力,并通過將氣動升力施加到單質點單自由度模型