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串并列双波浪型斜拉索气动干扰效应数值模拟
| 论文题名： | 串并列双波浪型斜拉索气动干扰效应数值模拟 |
| 关键词： | 斜拉索;数值计算;气动干扰;支承缆索;振动控制 |
| 摘要： | 随着现代桥梁正朝着大跨径、更轻巧的方向发展，斜拉桥因其本身所具有的特性成为实现这一目标最为常用的桥梁结构。主梁、索以及支承缆索的索塔是斜拉桥的主要组成部分。然而，斜拉索的质量直接决定了斜拉桥的寿命与安全。由于斜拉桥特殊的工作环境，强风负荷引起的振动是导致斜拉索损坏的主要原因之一。而更换由于振动损坏的斜拉索费用约占全桥成本的1/3，因此探索斜拉索风致振动机理及寻求有效的振动控制措施正受到极大的关注。 随着计算方法和计算机硬件的快速发展，用数值计算来仿真分析流体和结构物之间的相互作用机理的方法得到越来越多的重视和广泛应用。本文以斜拉索为研究对象，以提高其气动性能和减阻减振为目标，研究一种新型的波浪型斜拉索。通过计算流体力学软件FLUENT对直斜拉索和波浪型斜拉索进行三维数值模拟计算对比分析，揭示了波浪型斜拉索在减阻减振方面的物理机制。研究发现，波浪型斜拉索由于其上下表面沿展向方向呈正弦曲线变化，延缓了斜拉索表面自由剪切层的分离，抑制了卡门涡街的产生;在λ/Dm=6、a/Dm=0.15情况下的波浪型斜拉索的减阻减振效果较佳，减阻可达18％且脉动升力系数趋近于0。在此基础上，我们研究了串并列情况下波浪型斜拉索在不同间距比下的气动干扰效应及其复杂的流动结构。通过对比分析串并列情况下不同波长参数的波浪型斜拉索和直斜拉索的流动结构、压力系数以及升阻力系数的区别。研究发现对于串列波浪型斜拉索在小间距比L/Dm＜4.0情况下，不同波长参数下的波浪型斜拉索的减阻减振效果较直斜拉索均表现不佳;然而，当间距比L/Dm＞5.0后，λ/Dm=6和λ/Dm=8参数下的串并列波浪型斜拉索表现出了良好的减阻减振效果，λ/Dm=6的上游波浪型斜拉索在间距比L/Dm=5.5时减阻达15％，而下游波浪型斜拉索减阻则高达80％，同时上下游波浪型斜拉索的脉动升力系数都趋近于0，这主要是由于下游波浪型斜拉索仍处于上游波浪型斜拉索自由剪切层的包裹之中且进一步延缓了上游波浪型斜拉索剪切层的分离。对于并列波浪型斜拉索随着间距比的增大，并列斜拉索之间的相互影响逐渐消失，λ/Dm=6和λ/Dm=8参数下的并列波浪型斜拉索表现为单个波浪型斜拉索流动同时其减阻减振的效果逐渐凸显出来。综上研究表明，大间距比下的串列和并列波浪型斜拉索能够有效的改善斜拉索绕流的气动性能，达到减阻减振的效果。 本文通过对串并列情况下波浪型斜拉索在不同间距比下的流动机理和气动干扰效应的研究，为进一步研究斜拉索的振动效应奠定了基础。 |
| 作者： | 郭丛波 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 邹琳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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