非线性子系统的大振幅时域自激力模型

针对强风作用下的大跨度桥梁或高速飞行中的机翼可能出现大振幅颤振响应,而现有时域自激力模型又无法模拟大振幅下的非线性气动力问题.提出一种新的非定常大振幅自激气动力模型及其参数拟合方法,新模型通过附加非线性微分方程组及附加气动力自由度来模拟气动力记忆效应及振幅非线性特性.对于同一主梁断面,使用一组模型参数即可模拟不同折算风速和不同振幅下的自激力,模型参数可通过风洞试验或CFD数值模拟结果拟合获得.结果表明,新模型能再现自激力阻尼特性随折算风速和振幅的变化,通过单频振动拟合得到的新模型能再现多频振动下的非线性自激力时程.     

基于CFD方法的阵风响应与阵风减缓研究

通过设计舵面的同期运动,可以达到缓解飞行器遭遇阵风时引起的非定常气动力与力矩干扰的目的。文章通过引入"网格速度"模拟阵风条件,求解非定常欧拉方程实现了翼型阵风响应的数值模拟;并通过动态嵌套网格方法研究了舵面运动时的阵风减缓效果。首先采用该方法对NACA0006翼型迎角阶跃型阵风的气动力响应进行了计算,计算结果与理论结果、文献计算结果吻合良好。进一步对NLR两段翼型在迎角阶跃型、One-m inus-cosine型阵风做用下的气动力响应过程进行了数值模拟,对襟翼运动时的阵风减载效果进行了分析,并研究比较了襟翼运动参数对阵风减缓的影响。结果表明:通过合理设计舵面运动方式,可以很好抑制阵风引起的非定常气动干扰。     

零风速下桥梁主梁断面的自由振动响应

基于ANSYS FLUENT12.0,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法和弱耦合方法搭建了求解气动弹性问题的数值计算模型,提出了零风速下桥梁断面气动力的理论表达式,模拟了薄平板断面和大贝尔特桥主梁断面在零风速下的自由振动响应.基于所提出的气动力模型识别出了相应的气动力系数,进而计算出模型的振动频率和阻尼比,并分析了气动力对零风速下桥梁断面的自由振动响应的影响.结果表明:零风速下模型在振动时,对周围空气的干扰作用最小的是侧弯,其次是扭转,最大的是竖弯.当模型在竖弯振动时,若忽略周围空气的气动干扰作用,将会带来较大的误差.     

叶片周向弯曲对小型轴流风扇静特性及内部流动特征的影响

对带有周向弯曲叶片的小型轴流风扇的内部流场进行三维数值模拟研究;对原型风扇的静特性进行实验研究验证数值模拟的可靠性;保持其他几何参数不变,沿周向对原型风扇前弯5°以及后弯5°,对设计工况下径向叶片以及周向弯曲叶片风扇的子午面内的流线图、不同叶高处风扇回转面内的静压分布以及叶片下游的速度场进行分析,研究周向弯曲角度对小型轴流风扇静特性及内部流场的影响。研究结果表明:前弯5°和后弯5°风扇的静压在设计工况点较原型风扇分别提高了8.84%、2.54%;相比于后弯5°风扇,前弯5°风扇可以有效地减少泄露流,降低泄露损失;与原型和后弯5°风扇相比,在叶片尾缘下游15mm处,前弯5°风扇的轴向速度有明显的提高。     

流线闭口箱梁断面涡振过程分布气动力演变特性

涡激振动是大跨度桥梁在低风速下较常见的风致振动现象,探究涡振机理是桥梁涡激振动效应评价与控制的重要前提.为深入研究涡振机理,立足于涡振发展的完整过程分布气动力与结构行为同步演变特性分析,深入揭示了分布气动力及其结构行为作用机制.以典型大跨度桥梁闭口流线型箱梁断面为对象,实现了弹性悬挂节段模型同步测力、测振和测压风洞试验.针对典型涡振过程风速关键结点,对比研究了涡振发生前、锁定区上升区、振幅极值点、下降区以及涡振后等不同时期箱梁表面分布气动力演变特性.研究表明,涡振过程箱梁分布气动力特性具有明显的变迁历程,集中体现在涡振锁定区内外表面气动力特性具有显著差异,压力系数根方差、振动卓越频率处压力系数等统计参数与涡振振幅高度相关,气动力与涡振振幅具有明显同步演化关系,尤其是上表面下游、下表面与下游风嘴转角附近区域气动力演变特性显著,是引起涡振的主要原因.该研究为涡振机理研究提供了一种新的思路和方法,未来可应用于其他类型主梁断面.     

侧风对轿车气动特性影响的数值模拟研究

选用某国产轿车1∶1模型,利用混合网格方案对不同强度侧风作用下的轿车外流场进行数值模拟,得到不同侧风强度下的流场速度压力分布及气动力系数变化情况.分析不同强度的侧风作用下的流场速度和压力分布,着重分析了尾部流场的变化,定性地解释了侧风对轿车气动力特性的影响,初步研究了尾流随侧风作用的变化机理.模拟结果表明,该车型在不同强度侧风作用下,侧向力系数和升力系数均随着侧风作用的增强而增大.研究结论为深入分析侧风作用下轿车外流场特性提供了有利的参考.     

湍流强度对桥梁断面气动力特性的影响

桥梁结构处于大气边界层中,由于断面外形复杂、折点较多,其绕流常呈现复杂的流动分离和再附着状态,应评估来流湍流对桥梁断面气动特性的影响。基于节段模型测压风洞试验,获取了均匀流场和3种格栅湍流场下模型表面平均和脉动压力分布,评估了桥梁断面气动力特性的改变,分析了不同风场下断面流动分离再附着的变化。研究发现:湍流显著改变桥梁断面前缘（特别是零度和正攻角时上表面和负攻角时下表面）的分离和再附着特性,进而影响桥梁整体断面的气动力特性;随着湍流强度增加,前缘分离点的平均压力系数的幅值增大,而再附着点向上游移动;湍流强度对分离和再附着的影响程度随着风攻角的增大而变得显著;三分力系数在小风攻角时受湍流强度影响较小,在大风攻角下湍流强度的影响较大,变化的主要原因是断面前缘的压力分布变化。     

大跨径悬索桥施工猫道气动力系数数值分析

为了探讨用数值方法研究大跨径悬索桥猫道的气动力系数,并且考虑雷诺数效应的影响,以某大跨径悬索桥为背景,分别利用计算流体力学软件Fluent中的标准k-ε模型、RNG k-ε模型和SST模型,且采用一定的猫道透风率进行二维数值模拟,对猫道的气动力系数在不同风速、不同攻角和不同雷诺数情况下进行CFD识别,并与相应风洞试验的结果进行对比分析.结果表明:雷诺数的变化对阻力系数影响较小,但对升力系数影响较大,因此在进行猫道的数值模拟时,选择合适的雷诺数很有必要;SST湍流模型是猫道断面CFD识别中较合理的模型;模拟的猫道透风率是可行的.     

基于风扇叶型周向参数化的优化研究

选取直叶片叶型小型轴流风扇为研究对象,以静压为优化目标,优化方法为遗传算法和近似函数方法,优化计算得到性能更优的风扇模型,分析研究优化前后风扇静特性及流场的变化,利用风扇测试系统对优化前后风扇进行静特性实测,并与数值模拟结果进行对比。结果表明:优化后得到了不同参数化方法的优化模型A和B,分别为倾斜叶型和弯曲叶型,两模型的静压均较优化前提高了近20%,静特性和流场状况也均优于原始模型,实验数据和数值计算结果趋势相同且数值接近,达到了对周向参数优化以提高风扇性能的目的。     

定常吸气改善桥梁断面风致静力特性的数值

目的 改善桥梁断面空气动力特性,提高桥梁抗风能力.方法 以某桥梁闭口扁平箱梁断面模型为研究对象,利用基于计算流体动力学的数值方法模拟来流风作用下桥梁断面的绕流风场,并计算桥梁断面静力3分力(阻力、升力、扭矩).结果 静力计算结果显示,与未采用吸气情况下相比,定常吸气后断面的升力与扭矩基本没有变化,而阻力却显著降低,且随着吸气能量的增加吸气减阻效果加大.结论 定常吸气可以有效地抑制风流过钝体断面而产生的分离,使主流更加贴近壁面,进而达到减少断面阻力的目的,定常吸气是桥梁断面减阻的有效手段.     

大跨度中承式拱桥节段模型风洞试验

风致振动是大跨度中承式拱桥设计的主要控制因素之一,本文介绍了重庆菜园坝长江大桥风洞主桥节段模型静力三分力试验以及节段模型动态试验的主要内容及相应的结果,介绍了由于双拱干扰下的主拱静力三分力试验和涡振试验及其结论。试验表明,桥梁主桥具有良好的气动稳定性,主拱在风载下受力极为复杂。由于前榀拱尾流的影响,后拱阻力系数起伏较大。当两榀拱相距较近时,后拱的阻力系数为负数,随着间距的增大逐渐增大。试验结果将为大桥的抖振、涡振以及颤振分析提供依据。     

风雨联合作用下的桥梁主梁静力特性

针对风雨联合作用下的大跨度桥梁风雨致静力作用问题,以开槽双箱梁桥梁主梁节段模型为研究对象,利用在大气边界层风洞中搭建的风雨联合作用试验系统,完成节段模型在风雨耦合作用环境下的静力特性试验。通过分析桥梁主梁风雨致静力相对纯风作用下风致静力增量,进而获取降雨对桥梁主梁风致静力作用影响的相关规律。试验结果显示:流场的改变以及水膜作用对桥梁主梁风致阻力影响较大,雨的冲击力有一定贡献。雨的质量、冲击力以及流场改变和水膜作用对桥梁主梁风致升力均有一定贡献;流场改变和水膜作用相对于雨的质量、冲击力对桥梁主梁风致扭矩贡献较大。试验结果表明:流场的改变以及水膜作用对桥梁结构的静力特性影响突出。     

大跨连续刚构桥最大悬臂阶段抖振时域分析

对某大跨连续刚构桥进行最大悬臂施工阶段的空间有限元分析,采用AR模型并考虑空间相关性对桥地址处脉动风场进行模拟。基于MiyataT准定常气动力模型,在ANSYS中引入自激力的影响,对该桥进行抖振时域分析,同时将结果与静阵风响应进行了比较,得到脉动增大系数,并利用抖振分析结果对该桥施工人员的安全性和舒适性进行了预评。     

流线型箱梁气动外形的数值优化

为改善基于风洞试验的桥梁断面气动外形优化方法所固有的人力物力耗费、搜索范围有限等缺点,提出了一套基于数值计算和数学策略的主梁气动外形优化方法。选取断面下腹板倾角和梁高作为设计变量,以计算流体力学(CFD)模拟和颤振时域法作为数值计算手段替代风洞试验,将试验设计、蚁群混合遗传算法与Kriging代理模型作为协同数学策略替代试错法,探索优化了苏通长江大桥流线型箱梁断面颤振性能最佳的参数匹配方案。结果显示,设计域内最优断面颤振临界风速比原型断面提高8%,下腹板倾角相比梁高对颤振性能影响更大,且存在交互作用。主梁断面气动外形数值优化方法能够较好地取代风洞试验进行外形寻优,研究对以后大跨度桥梁断面选型具有借鉴意义。     

Numerical study on the restriction speed of train passing curved rail in cross wind

The results of numerical investigations of aerodynamic forces and moment coefficients of flow passing a simplified train geometry under different wind speeds are summarized. To compute numerically the different coefficients, the three-dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations, combined with the k-ε turbulence model, were solved using finite volume technique. The pres-sure-velocity fields were coupled using the SIMPLE algorithm. At each iteration the pressure correction was obtained by sol...     

钢箱梁在浮桥承压舟中的应用

梁式钢桥是公路和铁路桥梁的主要形式,它是在竖直荷载作用下,主梁截面只有弯矩和剪力,无轴向力.主梁的形式有钢板梁、钢箱梁和钢桁梁.钢板梁是指由钢板或型钢等通过焊接、螺栓或铆钉等连接而成的Ⅰ字形截面的实腹式梁;钢箱梁是指由钢板或型钢等通过焊接、螺栓或铆钉等连接而成的箱形截面的实腹式梁.由于简支钢板梁桥的结构形式简单,造价经济,是中小跨径桥梁最常用的形式.箱梁是封闭体,其抗弯能力、跨越能力和抗扭能力都优于板梁,当桥梁的跨径较大时,箱形梁桥比板形梁桥较为经济、合理.搭建浮桥用的双体承压舟是一种结构形式特殊的钢梁桥,两侧的舟体是桥脚,中间的连接桥是简支的钢梁.通过计算与分析,探讨箱梁在浮桥承压舟中的应用.     

带挑臂箱梁涡振气动控制试验

为尝试一种有效控制带挑臂箱梁涡振的气动措施,以某叠合箱梁斜拉桥为背景,在同济大学TJ-1边界层风洞进行了1∶50缩尺模型10个工况的对比试验,研究移动检修轨道、增设不同形式的导流板和扰流板等气动措施的抑振效果.结果表明:带挑臂箱梁涡振振幅随着风攻角增大而增大,涡振性能对风攻角比较敏感;导流板可能会增大带挑臂箱梁涡振振幅,导流板的夹角和水平板的宽度是影响抑振效果的关键因素,夹角越大,水平板越宽,抑振效果越好;在设有导流板的情况下,检修轨道对带挑臂箱梁涡振性能没有影响,移动检修轨道没有抑振效果;扰流板对带挑臂箱梁抑振效果明显,在一定范围内扰流板越宽抑振效果越明显,而且扰流板对涡振的控制效果同风攻角有密切关系.