基于数值模拟的π形主梁断面颤振导数研究

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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形断面的五个颤振导数影响程度各不相同。
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