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基于流态特征的桥梁气动力重构及机理分析
| 论文题名： | 基于流态特征的桥梁气动力重构及机理分析 |
| 关键词： | 大跨度桥梁;气动力重构;流态特征;机理分析;颤振绕流 |
| 摘要： | 随着中国经济的快速发展，对大跨度桥梁的需求也越来越多，诸如跨越琼州海峡、台湾海峡的大桥，自然对于桥梁的稳定性有了更大的要求，桥梁气动力成为了研究的重要对象，深层次研究桥梁气动力对掌握结构风振和流固耦合作用的机理具有重要意义，近而规避大跨度桥梁颤振等发散性的振动。 钝体结构的绕流场非常复杂，存在着诸多特征流，比如前缘分离、K-H漩涡、尾部分离脱落、尾流逆流、附着流动和尾缘漩涡脱落等。常规的气动力公式是无法区分这些特征流态对桥梁气动力的贡献，更无法明确回答什么样的流态具有怎样的气动力特性，以及该流态产生的振动行为如何，对总力的贡献如何等，故不能进行相应的机理分析。 在这一背景下，本文开展了基于流态特征的桥梁气动力重构及机理分析，利用可以描述流态特征的气动力重构表达式，将其二维化，开发相应程序，去详细定量地了解流态特征对桥梁整体瞬时气动力的影响。采用计算流体力学开源软件OpenFOAM建立四种桥梁断面的静态绕流模型和矩形桥梁断面的颤振绕流模型，编译相应求解器，获得计算域内的流场速度、涡量、网格体积、网格中心、加速度、涡量的拉普拉斯算子等流场数据，代入开发的基于OpenFOAM流场数据的气动力程序。在绕流场的不同区域内使用气动力重构程序，将计算结果与气动力重构公式各项的具体数值和被积分项的分布联立分析，去分别探究静态绕流和颤振绕流中不同的流态特征对桥梁气动力的影响与相应机理。 结果证实了基于OpenFOAM流场数据的气动力重构程序的准确性和实用性。通过对不同截面静态绕流的气动力重构，揭示了发展完全尾流旋涡、边界层与剪切层、未完全脱落的尾流旋涡、前缘分离区域和尾缘分离区边界层等特征流动对静止截面气动力的影响规律。通过矩形截面颤振绕流的气动力重构，揭示了流态特征对气动力的贡献变化范围较大的特征。 |
| 作者： | 李坤威 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 赖马树金 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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