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桥梁吊杆气动力性能的数值研究

作　者: 徐娴
导　师: 李万平
学　校: 华中科技大学
专　业: 流体力学
关键词: 风载荷涡激振动 ANSYS CFX 气动力特性风攻角
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 47次
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内容摘要

桥梁的稳定性和安全性除受自重以及结构设计的影响外,风载荷也是不可忽略的因素。风对桥梁的作用包括静力作用和动力作用两种,而涡激振动是最常见的风对桥梁的动力作用之一。虽然它不会引起灾难性的破坏,但是它发生的风速低、频率高,会造成结构的疲劳损伤。涡激振动较易在阻尼较小的细长结构上发生。由于现代结构多向长、柔、细、弱阻尼方向发展,所以结构工程师们对涡激振动问题的关注程度越来越高。南京大胜关长江大桥是铁道部规划的交通枢纽桥梁,其主桥采用六跨连续钢桁拱桥,每跨为三桁承重结构。大桥的最长吊杆超过50米,这样细长的吊杆发生涡激振动的可能性十分显著。因此本文的主要工作就是通过数值模拟的方法研究该桥梁吊杆的二维静态气动力特性,并为进一步研究该桥梁吊杆的涡激振动提供基础。本文运用大型通用计算流体力学软件ANSYS CFX,对该桥的三种参考截面形状的吊杆进行绕流模拟,吊杆二维模型的建立和网格划分均通过ANSYS CFX的专业前处理软件ICEM-CFD得以实现。通过分析长方形、切角长方形、圆角长方形三种吊杆截面的气动力性能,来研究截面形状对吊杆气动力的影响,选择最优截面,以达到最佳的制振效果。在以上所做工作的基础上,对切角长方形截面进行了进一步的探讨,考虑到工程中的实际情况,在有风攻角情况下对单根以及双根吊杆进行了绕流模拟,并将该两种情况下的计算结果进行对比分析,得到了最不利风攻角的区间以及两根吊杆脱离相互干扰的攻角值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 结构的涡振现象  9-10
  1.2 选题背景及研究意义  10-11
  1.3 国内外对涡振的研究  11-13
  1.4 本文的主要内容  13-14
2 CFD 基本理论及ANSYS CFX 软件介绍  14-25
  2.1 流体动力学的控制方程  14-16
  2.2 湍流与湍流模型  16-20
  2.3 有限体积法  20-23
  2.4 网格生成技术  23-24
  2.5 ANSYS CFX 软件介绍  24-25
3 拱桥吊杆的数值模拟研究  25-41
  3.1 工程背景  25-26
  3.2 数值建模  26-32
  3.3 结果验证  32-33
  3.4 切角长方形吊杆的模拟计算  33-35
  3.5 顺桥向来风情况下各截面吊杆的模拟计算  35-40
  3.6 本章小结  40-41
4 攻角对切角长方形截面吊杆气动力性能的影响  41-58
  4.1 单吊杆的数值模拟  41-47
  4.2 双吊杆的数值模拟  47-57
  4.3 本章小结  57-58
5 结论和展望  58-60
  5.1 结论  58-59
  5.2 展望  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-63

桥梁吊杆气动力性能的数值研究

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