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原文传递桥梁颤振时域分析及程序实现

论文题名：	桥梁颤振时域分析及程序实现
关键词：	公路桥梁;颤振时域分析;气动自激力;阶跃函数;峡谷效应;ANSYS;抗风安全
摘要：	结构的颤振稳定性是影响和控制大跨度桥梁设计的重要因素,它直接影响到桥梁在设计寿命期的抗风安全。目前,桥梁颤振稳定分析有频域和时域两类方法。本文主要研究目的是在时域范围内通过数值手段建立对桥梁结构颤振稳定性的评价方法。　　实现桥梁颤振时域分析的关键问题在于气动自激力的时域化。本文在已有研究文献的基础上,结合Scanlan提出的气动自激力表达式推导了用于自激力模拟的阶跃函数及有理函数中相关参数的非线性最小二乘拟合原理,并通过数值方法验证了两种形式自激力表达式的一致性。然后采用VC++语言基于面向对象思想进行了三维颤振时域分析有限元程序的开发,通过数值算例验证了本文程序的正确性与有效性。基于阶跃函数算法,在试验测试山区峡谷地区风场的基础上,对峡谷地区桥梁颤振稳定性进行分析。最后,利用商用有限元分析软件ANSYS平台,实现了时域颤振分析阶跃函数算法。论文主要工作如下: 　　 (1)系统地综述了现有桥梁结构颤振分析理论; 　　 (2)推导了阶跃函数气动自激力模型和有理函数气动自激力模型及模型参数的拟合方法。数值算例表明,这两种方法所表示的气动自激力可以达成一致; 　　 (3)介绍了面向对象有限元分析中的一些关键概念。以面向对象思想采用VC++程序设计语言进行了三维有限元分析程序的开发,开发的有限元分析程序具有几何非线性静力分析、模态分析、时域颤振分析功能; 　　 (4)应用本文开发的有限元分析程序,在风洞试验测试山区峡谷桥梁桥址风场基础上,首先对阶跃函数参数进行拟合。然后在阶跃函数表达的颤振自激力基础上,进行桥梁颤振时域分析,研究了深切峡谷桥梁平均风不均匀分布对颤振稳定性的影响。结果表明考虑峡谷地区桥梁风速沿加劲梁展向的不均匀分布后,桥梁的颤振临界风速明显高于均匀分布模式下的临界风速。因此,忽略这一特点会增加桥梁抗风设计的难度; 　　 (5)利用商用有限元分析软件ANSYS的二次开发平台,基于阶跃函数算法实现了桥梁颤振时域分析。分析表明,基于拟合的气动自激力,在ANSYS三维有限元分析软件中能方便地实现具有记忆特性的颤振自激力递推计算。因此,利用ANSYS数值计算平台的二次开发进行桥梁气动稳定性能的时域分析是可行的。这一方法可为桥梁颤振分析或颤抖振理论分析提高效率,降低自主开发大型软件过程中的算法错误或疏漏所带来的风险。
作者：	卿前志
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	张志田
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文