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基于CFD和系统辨识理论的大跨桥梁颤振导数识别研究
| 论文题名： | 基于CFD和系统辨识理论的大跨桥梁颤振导数识别研究 |
| 关键词： | 颤振导数识别;数值模拟;薄平板;风洞试验;桥梁断面;气动模型 |
| 摘要： | 桥梁建设正日趋大长化，因刚度和阻尼往往较小，其颤振临界风速也大幅降低，颤振稳定性已经成为大跨桥梁抗风设计的关键问题。近年来，随着计算机性能的迅猛发展，计算流体动力学的数值方法趋于成熟，虽然这些方法还不能完全代替风洞实验，但已成为研究大跨结构风效应的另一种有效手段。颤振导数研究是大跨度桥梁风致振动的一个重要研究内容。基于节段模型风洞试验和计算流体动力学(CFD)，本文将系统辨识理论引入到了桥梁断面颤振导数识别中。 本文采用Fluent软件来进行二维断面的流场模拟。数值模拟采用强迫振动法，将模型运动的二个自由度解耦，即假定模型分别纯竖弯或纯扭转运动。编写UDF函数来实现二维模型数值模拟的强迫振动。对薄平板二维节段模型做了颤振导数识别，颤振导数的计算结果与风洞试验值有很好的一致性。 将系统辨识理论引入到数值模拟识别颤振导数中，在CFD数值模拟计算中的实现了强迫桥梁断面运动的指数脉冲激励。根据激励的位移输入和CFD数值模拟的气动力输出，通过系统识别获得桥梁断面绕流场系统气动模型的方法进行气动力仿真和颤振导数识别。为验证本文方法的正确性，进行了薄平板颤振导数的识别，所识别的颤振导数与传统数值计算方法相吻合，验证了该方法的可靠性。 同时以三汊矶大桥为工程背景，运用该方法进行了颤振导数识别。将结果与风洞实验比较分析表明：采用本文方法得到的计算结果与桥梁的风洞试验结果吻合得较好，再次说明该方法具有足够的准确性和实用性，可以作为桥梁断面气动选型或者颤振分析的有效方法。 与传统的数值模拟方法相比，本文方法仅需在竖弯和扭转方向分别作一次CFD模拟，根据强迫运动的位移输入和气动力的输出建立离散时间气动力模型，通过气动力模型仿真可得到任意折算风速下的气动力，从而显著缩短CFD计算获取颤振导数的时间，大大提高了颤振导数的识别效率。 |
| 作者： | 王召祥 |
| 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： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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