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基于Overset Mesh典型桥梁断面涡激振动数值模拟

张亮亮  
【摘要】:随着科学技术的发展,计算流体动力学CFD数值模拟方法逐渐成为了研究涡激振动问题的重要手段,但目前的涡激振动数值模拟研究大都是对于简单断面如圆柱、方柱等,对于桥梁断面的涡激振动数值研究较少且误差较大,所以研究如何利用CFD数值模拟计算桥梁工程涡激振动且能得到较为精确结果是非常有必要的。本文以Fluent软件为研究工具,采用了一种新型网格划分方法Overset网格模型,编写了基于Newmark-β法的求解二维单自由度竖向涡激振动问题的UDF程序,进行了如下工作。首先,以宽高比为4的矩形断面为研究对象,分别建立Overset网格模型和传统网格模型,进行静止绕流与涡激振动数值模拟,两种网格模型都取得了与试验相吻合的结果,验证了自编程序UDF的准确性;又从斯托罗哈数St、平均阻力系数Cd、涡振锁定区间、位移比y_(max)/D等对比了两种网格模型的计算结果,得到了Overset网格模型涡激振动数值计算的结果较传统网格模型更为精确和可靠。然后,再对主梁断面为箱梁和П形梁的淮安大桥、双河大桥进行了三分力数值模拟和涡激振动数值模拟,分别与风洞试验结果进行对比,得到Overset网格模型数值计算对典型桥梁断面的适用性。最后,根据Overset网格模型对箱梁断面数值计算的适用性,研究了箱形断面自身气动外形宽高比b/h和斜腹板倾角α对其涡激振动的影响,得到了其影响规律,为今后在设计箱形断面桥梁时提供参考。


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