基于数值模拟的π形主梁断面颤振导数研究

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1、分类号:U44，U4510710-2012121121硕士学位论文基于数值模拟的π形主梁断面颤振导数研究张悦导师姓名职称李加武教授申请学位类别工学硕士学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期2015年4月25日论文答辩日期2015年5月30日学位授予单位长安大学StudyontheFlutterDerivativesoftheπ-shapedgirdersectionbasedonNumericalsimulationADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangYueSupervisor：Prof.LiJiawuCh

2、ang’anUniversity,Xi’an,China摘要桥梁的风致振动研究中，颤振稳定性分析是必不可少的，桥梁颤振是发散性的自激振动，一旦发生，会造成毁灭性的灾难。颤振导数是大多数现有颤振分析方法的核心，是决定颤振临界风速的关键参数。本文围绕π形断面的颤振导数主要作了以下工作：首先简要介绍了桥梁风致效应，并回顾了桥梁颤振稳定性研究的发展历程和近况；对桥梁断面颤振导数的识别理论及方法做出总结分析，为本文的风洞试验和数值模拟提供理论基础；介绍了计算机流体动力学基本理论，分析并确定了适合本文的分状态强迫振动算法和数值模型。然后对带风嘴的π形主梁断面分别进行风洞试验和数值模拟识别其颤振导

3、数，对比二者结果，四个主颤振导数值吻合较好，四个副颤振导数在个别工况下差异略大，总体来说可用本文的数值算法识别π形断面的颤振导数。通过数值模拟结果，分析了风攻角对π形断面八个颤振导数的影响。最后，提出了π形断面的尺寸系数φ，定义φ为π形断面宽度B与两腿间距L的比值，数值计算了四种尺寸系数下的π形断面，研究尺寸系数φ对颤振导数的影响，结果表明不同风攻角、不同风速下，φ对各个颤振导数影响有差异，要结合风攻角与来流风速考察各个颤振导数随φ的变化情况；同一风速下，φ对A1、A2、A4三个颤振导数几乎没有影响；当风攻角为0°、+3°、+5°时，φ对H4也没有影响；其他工况时，尺寸系数φ对π形断

4、面的五个颤振导数影响程度各不相同。关键词：π形断面，颤振导数，分状态强迫振动，尺寸系数iAbstractTheFlutterstabilityanalysisisessentialwhenstudyingthewind-inducedvibrationsofbridge.BridgeFlutterisaself-exciteddivergentvibration,whenithappens,therewouldbeadevastatingdisaster.Flutterderivativesisthecoreofmostoftheexistingmethodsonflutterana

5、lysis,whichisalsothekeyparametersdeterminingthecriticalflutterspeed.Thispaperfocusedontheflutterderivativesofπ-shapedcrosssection,doingthefollowingwork:First,thispaperintroducedthebridgewind-inducedeffectsbriefly,andreviewedtheflutterstabilityresearchhistoryaswellasthelatestdevelopments,madeasu

6、mmaryanalysistotherecognitiontheoriesandmethodsofbridgeflutterderivativesprovidingatheoreticalbasisforthewindtunneltestandnumericalsimulationofthispaper,introducedthebasictheoriesofthecomputerfluiddynamics,foundtheappropriatenumericalalgorithmsandmodelsforthispaper’sstudyviaanalyzingthosetheori

7、es.Then,madeouttheflutterderivativesofaπgirdersectionwithairnozzlesthroughthenumericalsimulationandwindtunneltestsseparately,comparedthetworesultsfindingthatfourmainflutterderivativevaluesareingoodagreement,butthefourdeputyflutter