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流场中运动结构物计算理论与应用研究
| 论文题名： | 流场中运动结构物计算理论与应用研究 |
| 关键词： | 流固耦合;数值模拟;运动结构边界追踪;部分单元法;流体作用力 |
| 摘要： | 近几十年来，全球气候条件越来越恶劣，厄尔尼诺现象导致海平面持续上升。沿海地区桥梁处于极其复杂的外界自然环境，包括风、潮汐、波浪、洋流等。在飓风这类极端天气状况下，尤其对于中小跨度桥梁，由于其桥下净空高度较低，风暴潮和波浪联合作用导致结构失效，损失惨重。其原因主要是结构设计时对流体荷载及效应认识不够成熟，考虑不够充分，因此，水流与结构物之间的耦合问题已成为学术界的热门课题。 本文依托国家自然科学基金项目，“近海岸桥梁在极端波浪荷载作用下毁坏形式和机理研究”，致力于液态流场中运动结构物定位算法的开发以及桥梁上部结构在波浪作用下的数值模拟计算。论文采用基于固定笛卡尔网格系统的流固耦合数值模型，提出了适用于平面内任意运动形式的动力结构的固体边界定位方法，并结合改进的局部相对速度法实现了流场中运动结构的计算。用有限差分格式和笛卡尔网格实现计算域的空间离散，流场控制方程采用雷诺方程，并用二步映射法求解。至于边界单元的处理，用流体体积法确定自由表面，部分单元法确定固体和液体的交界面。 为了检验算法的准确性和模型的适用性，本文计算了几种典型算例并且分析了计算结果及其规律。计算结果显示，模型实现了对一元恒定流中小幅度震荡矩形柱和一般边界形式结构作复杂运动时涡旋的变迁的模拟。最后，程序计算了不同水力条件时肋型桥面板的受力情况和波浪传播过程，分析总结了结构失效的条件和防治措施。 |
| 作者： | 刘文秀 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 祝兵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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