试论基于两种湍流模型的桥梁颤振导数识别研究的论文

《试论基于两种湍流模型的桥梁颤振导数识别研究的论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、试论基于两种湍流模型的桥梁颤振导数识别研究的论文　摘要：分析了标准kε模型和sst(shearstresstransports)kω模型的模型特征和相关使用要求，并以它们为例数值识别了某大跨度桥梁断面的颤振导数.研究结果表明，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，但个别颤振导数识别上存在趋势性的差别，sstkω模型在识别桥梁颤振导数上优越于标准kε模型.本文研究为合理选择湍流模型进行颤振导数识别提供了参考.　　关键词：颤振；标准kε模型；sstkω模型

2、；大跨度桥梁；cfd　　中图分类号：tu311.3文献标识码：a　　　　parativestudyoftodelsbased　　ontheidentificationofflutterderivativesofbridges　　zhuzhientsofboththestandardkεturbulencemodelandthesstkεturbulencemodelodelsainandgridsarrangement,thesemodelscanidentifymostflutterderivativesofbridg

3、edecksent.thedifferencebetodelissuperiortothestandardkεmodelonflooresuitabletobeemployedtoidentifyflutterderivativesofbridges.　　keyodel;sstkεmodel;longspanbridges;cfd　　　　风洞试验是研究大跨度桥梁颤振稳定性的主要手段.风洞试验简单直观，但风洞试验涉及模型制作、复杂的仪器设备，并且其试验周期长，费用高，紊流风场的有效模拟比较困难.随着计算机技术的快速发展，采

4、用数值计算的方法来识别颤振导数成为可能，larsen的离散涡法［1］，zhu等开发的有限体积法［2］，曹丰产等开发的有限元方法［3］，都取得了重要的成果.其中部分方法还是在均匀流场中开展的，并没有实现对湍流的模拟，虽然计算工作量减小，但网格等可能并没有达到要求.大型cfd商业软件fluent和cfx等以其通用性和便利的后处理功能受到数值风洞研究者的肯定，同时提供了多种湍流模型，因此它们在结构风工程领域的研究中越来越受到重视.　　标准kε湍流模型是由launder和spalding［4］于1972年首先提出的，该湍流模型属于高r

5、e数模型，在近壁区并不直接求解，而是通过壁面函数将近壁区的变量与湍流核心区变量联系起来求解，因此存在固有近边界模拟的缺陷，同时在此模型中假设湍流黏性系数μt是相同的，而在流线弯曲和应变率大的情况下，湍流是各向异性的，因此，此模型用于强旋流、弯曲壁面流动或弯曲流线流动时，会产生一定的失真［5］.menter在1993年对=12ρu2(2b2)ka*1u+ka*2bu+　　k2a*3α+k2a*4hb．(2b）　　式中:h(t),α(t)分别为竖弯与扭转位移；κ=ωb/u为无量纲频率；(t),(t)分别为竖

6、弯速度与扭转速度；h*i和a*i(i=1，2，3，4)即为桥梁断面颤振导数，是桥梁断面外形和折算风速ur的函数(ur=u/fb).　　本文通过数值模拟的方法分别提取每个折算风速下的气动自激力，然后采用最小二乘法识别相应折算风速下的8个颤振导数.　　3算例　　3.1研究对象及计算域网格划分　　本文选取丹麦大带东桥为研究对象，该桥为主跨1624m的三跨连续钢箱梁悬索桥，其主梁是上下游侧带风嘴的扁平箱梁断面(如图1所示).箱梁截面全宽b=31m，高宽比为7.05∶1.cfd计算的模型采用与风洞试验相同的几何缩尺比1∶80

7、，数值模拟时不考虑栏杆和防撞墙等附属物.计算域采用二维圆形区域，左侧半圆弧为来流进口，到模型中心的距离为30b，右侧半圆弧为来流出口，到模型中心的距离为30b.　　图1大带东桥主梁断面(单位：m)　　fig.1girdersectionofthegreatbeltbridge(unit:m)　　由于cfd模拟时刚性桥梁断面在每一时间步上运动，因而在每一时间步上需要重新对计算域网格进行划分.为确保桥梁最大运动位移处有较好的网格质量，不至出现畸变网格甚至负体积网格，本文将计算域进行分区划分，分成3个大小近似合理的区，如图2所示，并采

8、用不同的网格进行剖分.围绕桥梁的称为刚性网格区.桥梁断面运动时，该区域网格与桥梁断面刚性固定，并在每一时间步上与桥梁断面同步运动.该区域外边界为椭圆，通过对该椭圆适当分段，便于对该域进行四边形结构网格划分，以便能获得较好