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基于CFD和代理模型的闭口箱梁气动外形优化选型
| 论文题名： | 基于CFD和代理模型的闭口箱梁气动外形优化选型 |
| 关键词： | 流线型箱梁桥;气动外形;优化选型;颤振性能 |
| 摘要： | 随着桥梁跨径的持续增加，风致颤振临界速度不断降低，成为制约超大跨度桥梁发展的控制因素。本文以典型的流线型闭口箱梁为研究对象，选择其外形的关键控制点参数，并设置合理的参数取值范围，采用“试验设计+代理模型+加点准则”的迭代优化方法进行二维CFD数值模拟，在考虑主梁气动外形及悬索桥动力特性的影响下优化其颤振性能，分析气动外形参数对闭口箱梁颤振性能的影响程度及分布规律，最终获取多攻角下最优颤振性能的气动外形。主要研究工作和结论如下： （1）通过比较不同试验设计的试验次数和样本均匀性，采用均匀设计作为试验设计方法，基于Kriging代理模型发展了结合多种加点准则的并行加点策略，包括期望改进最大化准则（EI）、概率提升最大化准则（PI）、目标函数最大化准则（MP）和均方根误差最大化准则（RMSE），选择合理的待优化参数取值范围，分析过程综合考虑了全桥模型的动力特性。 （2）详述了桥梁断面网格绘制细节与Fluent求解设置，介绍了分状态多频强迫振动的原理与颤振导数识别方法，对静力三分力及其斜率和颤振导数进行了时间无关性、网格无关性和试验验证，选取了计算效率和准确性均良好的模型网格数和计算时间步长。 （3）基于准定常理论与非定常理论分别识别了流线型箱梁的静力系数与颤振导数，描述了设计域范围内参数特性分布，通过交叉验证和并行加点策略迭代提升代理模型的精度，比较了准定常理论与非定常理论结果的差异，分析了多种因素对颤振性能的影响程度及其相互作用，比较和讨论了气动参数和动力特性对颤振性能的影响。 （4）获得了风嘴相对高度(D-H)/D、底板相对宽度B2/B1、上斜腹板倾角θ1、下斜腹板倾角θ2和风嘴角度θT这五个无量纲参数的最佳取值范围，比较了0°攻角下不同梁高的最优气动性能的闭口箱梁断面在±3°、±5°攻角下的颤振性能，给出了多攻角下气动性能最优断面，可为初步设计时提供优化断面设计参考。 |
| 作者： | 郑杰 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 赵林;方根深 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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