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波浪型圆柱涡激振动机理的数值研究
| 论文题名： | 波浪型圆柱涡激振动机理的数值研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;波浪型圆柱;涡激振动;数值计算;表面几何参数 |
| 摘要： | 桥梁，是人类生活中离不开的重要的公共交通设施。在桥梁的诸多结构形式中，斜拉桥在当今大跨度桥梁中应用非常广泛，随着现代斜拉桥的跨度不断增大，斜拉桥拉索也趋于向更细长，材料更轻，柔性更大的方向发展，由于斜拉索具有柔度大、质量轻、阻尼小等特性，使得斜拉索更加容易由风载激励产生振动。其中，涡激振动是斜拉索在低风速下最为常见的振动类型。本文结合近年来国内外学者对于钝体绕流及涡激振动研究的部分成果，由空气动力学减振原理入手，探讨一种对直圆柱展向改型而得到的波浪型圆柱的涡激振动特性，可为斜拉桥拉索的设计提供一些有益的思路和参考。 本文利用CFD软件FLUENT结合用户自定义程序UDF对直圆柱和波浪型圆柱在流场中的涡激振动进行了计算，其中，将圆柱在流场的运动简化为单自由度的弹簧-质量-阻尼系统模型，利用Newmark-?方法求解圆柱的运动方程。本文首先对于雷诺数为200时的直圆柱的涡激振动作了详细的计算，得到圆柱横流向最大位移为0.543D。对尾流形态随频率比*fn/fs的变化的分析结果表明，当圆柱承受剧烈的涡激振动时，圆柱尾流的形态和旋涡间距将发生很大的变化。对质量比和约化阻尼的计算表明，质量比的大小对于圆柱振动系统的固有频率有较明显的影响，质量比越大，在发生共振时，圆柱的振动频率与圆柱的固有频率就越接近；约化阻尼的大小将影响圆柱的振动幅值，随着约化阻尼的增加，圆柱的振幅减小。 本文还选取了6个波浪型圆柱，分别对其固定绕流和涡激振动进行了数值计算。对于波浪型圆柱的固定绕流计算，分别获得了两个波长范围内的三种典型尾流形态，并对其进行了分析和阐述。对于不同的表面几何参数对波浪型圆柱的涡激振动响应的影响，得到了一些有用的结论：波浪型圆柱的流固耦合运动将会影响到其尾流结构，波浪型圆柱的固定绕流特性并不能为预测其涡激振动响应提供准确的参考，波长为2的波浪型圆柱可以通过增大波幅来减小涡振时的脉动位移，波面倾斜程度a/l并不决定波浪型圆柱的涡振响应。 |
| 作者： | 龚细斌 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王三武;邹琳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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