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大跨度桥梁气动力非线性和涡激振动的CFD研究
| 论文题名： | 大跨度桥梁气动力非线性和涡激振动的CFD研究 |
| 关键词： | 大跨度悬索桥;气动力非线性;涡激振动;CFD方法;静止绕流 |
| 摘要： | 大跨度桥梁跨度的进一步增大使得结构刚度和阻尼不断减小，结构对风致振动更加敏感，加之大幅运动和大攻角等导致气动力的非线性特性也更加明显。涡激振动是常见的桥梁风致振动形式，常发生在较低风速下。虽然涡激振动不会导致结构的直接破坏，但是其发生风速低、发生概率大，可能对桥梁结构的疲劳性能及行车舒适度都会产生较大的影响。 本文以大跨度悬索桥常用的扁平钢箱梁为例，采用CFD方法开展了气动力非线性和涡激振动研究。本文的主要工作总结如下： (1)阐述了计算风工程流体运动的基本控制方程和常用湍流模型；介绍了控制方程离散的常用空间及时间离散格式和数值实现。 (2)以大带东桥为工程背景，采用数值方法，模拟不同雷诺数下的桥梁断面静止绕流。计算结果并与已有研究对比验证了数值模拟结果的可靠性，研究了大带东桥断面的雷诺数效应；基于 CFD流动可视化给出了桥梁断面周围流场的特征。 (3)采用 Volterra级数理论和 CFD方法识别了扁平箱梁断面的非线性气动力系统的一阶核，建立了反映扁平箱梁气动力系统特性的离散时间气动力模型。研究表明扁平箱梁断面气动力的高阶非线性效应小，也即为弱气动力非线性系统。 (4)采用FLUENT动网格技术，基于Newmark-β法建立了结构涡激振动的数值模拟方法。得到了大带东桥第八阶涡激振动的完整锁定曲线，并分析了涡激振动的影响因素。对Scanlan经验线性模型及Scanlan经验非线性模型进行参数识别，评价两种涡激力模型的合理性和可靠性。 |
| 作者： | 石亚光 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 祝志文;王甜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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