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桥梁绕流湍流仿真和系统特性识别
| 论文题名： | 桥梁绕流湍流仿真和系统特性识别 |
| 关键词： | 桥梁;绕流湍流仿真;系统识别;Volterra级数;剪应力输运;标准k-ε模型 |
| 摘要： | 基于国家自然科学基金项目(编号:50978095),本文开展了桥梁绕流湍流仿真和系统特性识别研究。主要开展了以下几个方面的工作: 1)系统地阐述了工程中常用的湍流模型,总结了每种湍流模型的适用范围和使用要求(网格、Yplus值),为桥梁计算风工程湍流仿真提供了有益的参考。 2)分析了标准k-ε湍流模型和剪应力输运(Shear-Stress Transports,SST)k-ω模型的模型特征和计算要求,并分别采用它们识别了桥梁断面的颤振导数。研究表明,基于合理的计算域和网格划分,这两种湍流模型均能较准确地识别桥梁断面的大部分颤振导数,但在个别颤振导数识别上存在趋势性的差别,表明SSTk-ω模型在识别桥梁颤振导数上优于标准k-ε模型。 3)采用FLUENT软件计算了宽高比为4的固定矩形断面绕流场,并对压力分布进行了主分量分析。研究表明,第一主分量与脉动压力RMS分布一致。基于上下第一主分量形状,可确定其分离剪切流中主漩涡的平均脱落位置。基于第一阶主坐标时程,可获得矩形断面绕流的涡脱频率。矩形断面上下表面的主漩涡脱落主导了上下表面的压力脉动特征。同时开展了断面压力第一主分量的雷诺数效应研究,这将有助于进行桥梁断面绕流的雷诺数效应研究。 4)基于桥梁断面不同振幅下的强迫振动,采用FLUENT软件数值模拟了其绕流场,对各工况下断面压力第一主分量分布进行了分析与比较。研究表明,断面迎风侧区域的压力脉动强度明显大于其它区域。该区域的压力分布与振动幅值存在非线性关系,它可能是引起气动力非线性的原因。 5)基于Volterra级数理论和CFD方法识别了薄平板非线性气动力系统的一阶核,建立了反映薄平板气动力系统特性的离散时间气动模型。研究表明,由所建立的模型能快速获得单频或广谱位移输入下的气动力响应。由一阶Volterra核建立的非线性气动力系统模型还不足识别平板非线性气动力和扑捉其非线性特征,但本文工作是识别桥梁断面非线性气动力和研究其非线性特征的一种有益尝试。 |
| 作者： | 夏昌 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 祝志文 |
| 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 |
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