矩形断面柱体涡激振动数值模拟与机理分析.pdf

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1、第33卷第8期2016年8月公路交通科技JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopmentVoL33No．8Aug．2016doi：10．3969／j．issn．1002-0268．2016．08．012矩形断面柱体涡激振动数值模拟与机理分析龚慧星，刘志文(湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室，湖南长沙410082)摘要：针对结构涡激振动问题，分别采用雷诺平均SSTk-w湍流模型和大涡模拟(LargeEddySimulation，LES)求解不可压缩黏性流体N—S方程，将Newmark-fl法嵌入并行Fluen

2、tUDFs中以求解结构振动响应，结合滑移网格和动网格技术建立了结构涡激振动数值模拟方法。对矩形断面柱体进行不同折算风速下的竖向涡激振动响应计算，将计算结果与风洞试验结果比较，对矩形断面柱体涡激振动机理进行探讨。结果表明：矩形断面柱体竖向涡激振动响应数值模拟结果与风洞试验结果总体吻合较好，三维大涡模拟结果优于二维数值模拟结果；一个振动周期内涡激力所做功随折算风速的变化与无量纲振幅随折算风速的变化相似；矩形断面涡激力与位移时程相位差随锁定区折算风速变化而变化，在锁定区起始点相位差为0，振幅最大处相位差约为45。，锁定区结束点处相位差约为180。。关键词：桥梁工程；矩形断面；并行

3、计算；涡激振动；动网格；滑移网格中图分类号：U443．32文献标识码：A文章编号：1002—0268(2016)08—0076一10NumericalSimulationandMechanismAnalysisofVortex-inducedVibrationofRectangularCylinderGONGHui—xing，LIUZhi—wen(HunanProvincialKeyLaboratoryofWindEngineeringandBridgeEngineering，HunanUniversity，ChangshaHunan410082，China)Abstrac

4、t：Aimingattheproblemofvortex-inducedvibration(VIV)ofstructures，theincompressibleviscousfluidN—SequationsaresolvedusingSSTk—tOReynolds—averagedNavier—stokes(RANS)turbulencemodelandlarge—eddysimulation(LES)．Newmark一卢methodisembeddedinparallelfluentUDFstosolvethestructuralvibrationequation．Co

5、mbiningwiththedynamicmeshandslidingmeshtechniques，thenumericalsimulationmethodforVIVofstructuresiSestablished．ThecalculationofverticalVIVresponseofarectangularcylinderiSconductedunderdifferentconvertedwindvelocities．ThecalculationresultiScomparedwiththewindtunneltestresults。andthemechanism

6、ofVIVofrectangularcylinderiSinvestigated．Theresuhshowsthat(1)thenumericalsimulationresultofverticalVIVoftherectangularcylindergenerallyagreeswellwiththewindtunneltestresult．theresultobtainedby3DLESiSbetterthanthatobtainedby2Dnumericalsimulation；(2)theworkdonebyvortex-inducedforces(VIFs)ina

7、vibrationperiodvarieswithconvertedvelocityissimilartothedimensionlessamplitudevarieswiththeconvertedwindvelocity；(3)thephasedifferencebetweentheVIFsandthedisplacementoftherectangularcylindervarieswiththeconvertedwindvelocityoflock．inarea，whichis00，45。and180。at