橋梁風(fēng)效應(yīng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來，隨著計算流體力學(xué)理論的完善和計算機技術(shù)的發(fā)展，基于計算流體動力學(xué)(CFD)的數(shù)值方法迅速成熟，雖然還不能代替風(fēng)洞試驗，但相比于傳統(tǒng)的抗風(fēng)研究方法有其獨特的優(yōu)勢，由于該方法設(shè)計周期短、試驗費用低、承擔(dān)風(fēng)險小，流動可視化易于實現(xiàn)等，已經(jīng)成為研究橋梁風(fēng)效應(yīng)問題的一種有效手段。本文即借助計算流體動力學(xué)方法對橋梁風(fēng)效應(yīng)進(jìn)行研究。
　　(1)以澧水大橋為工程背景，應(yīng)用SSTk-ω湍流模型，數(shù)值模擬不同攻角下主梁斷面的三分力系數(shù)，提取計

2、算結(jié)果與試驗值進(jìn)行對比，給出了主梁斷面周圍流場的壓強與速度分布圖并進(jìn)行分析，進(jìn)一步驗證了CFD能夠較為精確的數(shù)值模擬主梁斷面的三分力系數(shù)及具有顯示流體流動方面的優(yōu)越性。
　　(2)采用計算流體力學(xué)軟件FLUENT中的雷諾平均方法(RANS)的SSTk-ω湍流模型求解不可壓粘性流體納維斯托克斯(N-S)方程。將二維矩形柱體簡化為質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)。網(wǎng)格建立過程中運用“剛性運動區(qū)域+動網(wǎng)格區(qū)域+靜止網(wǎng)格區(qū)域”的方法首先對其進(jìn)行分塊，

3、然后將Newmark-β法代碼編寫入FLUENT的用戶自定義函數(shù)(UDF)中對結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)進(jìn)行求解，結(jié)合FLUENT軟件中的動網(wǎng)格技術(shù)建立了結(jié)構(gòu)渦振數(shù)值模擬方法。以寬高比為6的矩形斷面為研究對象，對其在不同風(fēng)速條件下進(jìn)行繞流和渦振數(shù)值模擬，研究結(jié)果顯示:渦激振動“鎖定”區(qū)間和渦振響應(yīng)振幅的數(shù)值模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗結(jié)果吻合良好;表明采用該方法進(jìn)行具有分離、再附著現(xiàn)象的鈍體斷面渦激振動是可行的。
　　(3)采用歐拉—歐拉體系的兩相流理

4、論，將雨滴場作為連續(xù)介質(zhì)場，在流體計算軟件FLUENT基礎(chǔ)上編寫了相應(yīng)的UDF計算程序，對矩形柱體周圍的風(fēng)雨運動進(jìn)行三維數(shù)值模擬。采用雷諾平均方法得到了在不同雨相粒徑、不同風(fēng)速下的雨相流線圖，模型表面的雨滴捕獲率、沖擊荷載等。采用大渦模擬方法得到順風(fēng)向、橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)向的荷載時程數(shù)據(jù)和力譜，并與無雨時作對比，發(fā)現(xiàn)風(fēng)驅(qū)雨對模型靜態(tài)荷載影響很小，對動態(tài)荷載的影響較大，但平均效應(yīng)很小。
　　與風(fēng)洞試驗相比，用CFD數(shù)值模擬方法研究橋梁風(fēng)效