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预条件可压流算法在桥梁风工程中的应用研究
| 论文题名： | 预条件可压流算法在桥梁风工程中的应用研究 |
| 关键词： | 桥梁风工程;预条件可压流算法;非定常可压流NS方程;涡激振动;颤振导数;数值模拟 |
| 摘要： | 论文简要回顾了桥梁风工程的发展，总结了桥梁计算风工程中的研究现状。基于预条件处理技术下可压流N-S方程的求解算法，建立了低速非定常流场求解的有限体积方法。采用Delaunay三角形背景网格算法，实现了流场中运动网格的数值模拟。开发了可用于桥梁断面气动参数计算和气动现象模拟的专用软件，分别进行了典型桥梁断面的静力三分力计算、涡激振动现象模拟和参数计算、颤振导数计算。本文的主要研究内容有: 1.在桥梁断面绕流数值计算中引入预条件处理技术求解可压流非定常N-S方程，克服了传统可压缩流N-S方程求解算法在计算低速流场时面临的收敛慢、精度低的“刚性”问题。 2.采用Delaunay三角形背景网格算法定位网格点关系，实现了对运动网格的模拟，并与传统的弹簧网格算法进行了对比。计算结果表明，基于Delaunay背景图映射的动态网格变形方法无需迭代计算，效率高，稳定性好。 3.开发了能有效模拟运动边界、实现动网格功能的非定常流场的计算软件。众多典型算例的结果表明，预条件处理技术将可压缩流N-S方程的应用范围拓展到了低马赫数的桥梁风工程流场环境，有效地提高了收敛速度。同时，还将固体振动方程融入所开发的流体计算软件中，实现了对流固耦合问题的求解。 4.采用自研软件分别对两种典型桥梁断面的三分力进行了数值求解，其结果均与试验值吻合较好;基于钝体桥梁断面研究了不同湍流模型下静力三分力的计算精度问题。 5.采用自研软件对桥梁断面涡激振动现象进行了数值模拟，结合对数值绕流场的分析，明确了桥梁断面涡激振动发生发展的气动机理:桥梁断面受涡激力作用发生振动，从而导致其上气动载荷的增大，进而引起桥梁断面振动加剧，并逐渐达到“锁定”状态。 6.采用自研软件，基于强迫振动法对薄平板和某大跨度桥梁断面的颤振导数开展了数值求解。利用竖弯和扭转条件下的自激气动力计算数据和最小二乘算法获得了8个颤振导数，并与理论值和风洞试验结果进行了对比，验证了该软件用于颤振导数计算的可行性。 |
| 作者： | 索奇峰 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 廖海黎 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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