薄平板气动导数的数值仿真技术

提出了一种基于计算流体动力学方法计算流线型断面气动导数的数值模型．该模型以粘性不可压Navier—Stokes方程和有限体积法为基础,通过求解作强迫振动的断面绕流场,由得到的气动力时程得到断面的气动导数．利用该模型数值模拟了薄平板的气动导数,其仿真结果与薄平板气动导数风洞试验值、Theodorsen理想平板解析解的一致性,证明了本文方法的有效性．该数值方法可应用于桥梁断面颤振导数的识别．     

基于两种湍流模型的桥梁颤振导数识别研究及比较

分析了标准k-ε模型和SST(Shear-Stress Transports)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,SSTk-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.     

单、双层客车车辆在铁路桥梁上的横向气动力特性

基于二维不可压缩流假设,采用k-ε湍流模型,对横向风中不同来流攻角作用下的YZ22型车辆单体和双层客车车辆单体,以及前者在16m,后者在24m预应力混凝土"T”形简支梁桥上的多种工况模型绕流进行了数值模拟,分别得到YZ22型车辆和双层客车车辆在16m和24m预应力混凝土"T”形简支梁桥上气动三分力系数.研究结果表明在横向风作用下,YZ22型车辆和双层客车车辆的气动三分力系数与各自单独存在时的相比明显增大;计算YZ22型车辆和双层客车车辆在16m和24m预应力混凝土"T”形简支梁桥上所受的横向风荷载时,应重视铁路桥梁对其运行的影响;YZ22型车辆的横向气动稳定性优于双层客车车辆.     

基于CFD仿真的平板非线性气动力系统特征研究

为研究平板气动力系统的非线性特征,基于非定常雷诺时均Navier-Stokes(RANS)方程和SSTk-ω湍流模型,数值模拟了在单位位移激励下平板非定常运动的绕流场,获得了作用在平板上的气动力时程,并基于Volterra理论开展了平板非线性气动力系统识别.研究表明,本文建立的平板非线性气动力模型能对一定频率带宽和一定幅值范围的激励产生合理的响应;在本文研究的强迫运动位移幅值和频率范围内,平板非线性气动力模型响应没有表现出对振动幅值和频率的明显相关性,且其气动力的非线性效应并不明显,因而可以认为小攻角下的平板绕流属于气动力弱非线性系统.本文研究证明了CFD模拟在桥梁主梁气动力系统识别上的明显优势.     

YZ22型车辆与铁路T型简支梁桥的风荷载研究

采用数值模拟技术,分别计算了横风中不同来流攻角下YZ22型车辆单体、铁路16m预应力T形简支梁桥单体、YZ22型车辆和铁路16m预应力T型简支梁桥组合体的阻力系数和升力系数。研究表明,当YZ22型车辆通过铁路16mT形简支梁桥时,YZ22型车辆和T形简支梁桥所受风荷载均比各自单独存在时明显增大,认为在桥梁设计时,应考虑车辆过桥对桥梁风荷载的影响。     

自锚式悬索桥加劲梁颤振特性的CFD研究

采用任意拉格朗日-欧拉描述法、二阶Projection格式和有限体积空间离散方法,求解运动刚性桥梁断面绕流场得到气动力,由CFD(Computational Fluid Dynamics)输入和输出通过系统识别得到颤振导数．应用该方法进行了长沙湘江三汊矶自锚式悬索桥加劲梁颤振导数的识别,得到的颤振导数与节段模型风洞试验结果的一致性,证明了本文方法的正确性．     

义乌游泳馆屋盖风荷载的试验研究

义乌游泳馆采用凹形屋盖,对这种屋盖结构的风荷载研究还比较少.为此,制作了比例为1:100的刚性模型,采用同步测压技术,进行了义乌游泳馆凹形屋盖的风压测量,得到了其屋盖上的平均风压系数分布并与凸形屋盖的试验结果进行比较.结果表明:凹形屋盖上的“吸力”要远大于凸形屋盖上的“吸力”;迎风向挑棚上、下表面压力出现不利的负相关,应引起设计人员的注意;周边建筑对义乌游泳馆屋盖风荷载的影响不大.最后还给出了义乌游泳馆屋盖上的前10个最小极值风压.     

时域颤振导数识别方法的比较研究

阐述了桥梁断面颤振导数识别的特征系统实现算法（Eigensystem Realization Algorithm,ERA）和相关快速特征系统实现算法（Fast ERA with Data Correlation,FERA／DC）的理论基础。以流线型薄平板为例,分别通过ERA算法和快速相关ERA算法进行了气弹系统模态参数辨识,得到了理想平板在不同折算风速和不同噪声水平下的颤振导数。研究表明,FERA／DC算法更适合自由振动法颤振导数识别。     

高放废物处置库非饱和多场耦合数值模拟与参数分析

为对高放废物处置库进行安全评估,建立了岩土材料饱和非饱和的渗流温度应力(THM)多场耦合数值模型,对处置库(处置容器、缓冲材料和围岩)进行非饱和THM多场耦合数值模拟。基于COMSOL Multiphysics软件平台,以北山花岗岩高放废物处置库和内蒙古高庙子膨润土为研究对象,对高放废物处置库进行长达500a的数值模拟,对比分析耦合与非耦合的模拟结果,并对渗透率、导热系数和地下水深度等参数进行敏感性分析。结果表明:耦合模拟的温度比非耦合模拟的温度低13℃;地下潜水面由0m上升到1000m的时候,缓冲材料完全饱和的时间由703a下降到了28a;围岩的固有渗透率下降5个数量级时,缓冲材料的饱和时间由28a上升到了250a;各个物理场相互耦合,共同影响处置库的长期稳定性。     

大跨度斜拉桥主梁气动力特性的大涡模拟

为验证大涡模拟方法在获得桥梁主梁气动力特性上的可行性，开展了均匀流中大跨度斜拉桥扁平钢箱梁在Re=1.27×105下的绕流场三维计算流体动力学分析.大涡模拟方法采用Smagorinsky压格子湍流封闭模型，基于网格和时间步长无关检查确定的计算参数，获得了主梁气动系数统计平均值、脉动值和漩涡脱落St数随来流攻角的变化，表明三维主梁绕流漩涡脱落的频率带宽分布和展向不同步特征.基于主梁表面非定常压力时程的统计平均值和RMS值分布，分析了主梁表面的流动分离和再附特征，并建议了风洞试验测压孔的合理布置形式.与风洞实验相关结果的对比表明，大涡模拟方法是获得桥梁主梁气动力特性和绕流机理的有效方法.