斜拉桥拉索风雨激振的有限元分析

斜拉桥拉索风雨激振的有限元分析

论文摘要

由于大跨度斜拉桥拉索频率低、阻尼小等特点,因此容易诱发各种风致振动,斜拉桥拉索的风雨激振现象便是其中的一种。风雨激振现象是在风和雨的共同作用下,斜拉桥拉索发生的一种具有很大破坏性的激烈的大幅振动。由于发生频繁且危害性大,风雨激振已成为目前世界桥梁抗风研究的难点和热点之一。而风雨激振发生的机理比较复杂,是一种复杂的流固耦合问题,所以它的理论研究进展比较缓慢。索结构的风雨振研究涉及到流体力学、非线性动力学以及结构力学等多门学科领域,它作为一类特殊的连续体,存在明显的几何非线性等特点。在风雨载荷作用下,由于水线位置的变化导致的索结构气动弹性更加复杂,使得其动力学行为的研究比一般的动力学研究更难,这也是索结构风雨激振的理论研究进展比较缓慢的主要原因之一。本文尝试利用力学分析从流体和固体两个方面对风雨激振的参数机理和气动减振措施进行研究,实现的内容包括:(1)利用FLUENT软件分析了斜拉桥拉索在不同情况下的流场情况并计算其升阻力系数。(2)建立了斜拉桥拉索抛物线形状的三维连续体有限元模型,并利用ANSYS对其进行有限元了静力分析和模态分析。考虑到风雨激振影响参数较多,利用FLUENT得到的系数计算其气动力,实现初步的流固耦合,逐步对其每个影响因素进行细化分析并得到相关的变化规律,与实验结果基本相符。(3)根据风雨激振分析理论,介绍常用的控制与减振措施,利用ANSYS进行数值模拟试验,对阻尼器减振、气动减振和辅助索减振等方法进行动力特性分析,与前面的分析进行对比,探讨各种减振措施合理性,并得到了可行性结论。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 斜拉桥拉索问题的提出
  • 1.1.1 大跨度斜拉桥的发展概况
  • 1.1.2 斜拉桥的结构特点
  • 1.1.3 斜拉桥拉索的振动
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 国外研究现状
  • 1.2.2 国内研究现状
  • 1.3 本文工作安排
  • 第二章 斜拉索风雨激振的流场分析
  • 2.1 流体动力学基本理论
  • 2.1.1 流体力学的基本方程及边界条件
  • 2.1.2 流体力学的基本概念
  • 2.2 有限体积法
  • 2.2.1 基于FVM的离散方法
  • 2.2.2 SIMPLE算法
  • 2.2.3 流固耦合方法
  • 2.3 FLUENT软件的使用
  • 2.3.1 GAMBIT建模
  • 2.3.2 FLUENT求解设置
  • 2.4 斜拉索升阻力系数的计算
  • 2.4.1 斜拉索光滑圆面的升阻力系数
  • 2.4.2 斜拉索带水线的升阻力系数
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 斜拉索风雨激振的有限元分析
  • 3.1 有限元方法的应用
  • 3.1.1 有限元方法基本理论
  • 3.1.2 有限元方法动力学理论
  • 3.2 斜拉索模型的建立
  • 3.2.1 斜拉索的几何非线性
  • 3.2.2 悬索线与抛物线
  • 3.2.3 斜拉索的三维理论模型
  • 3.3 斜拉索的静力找形
  • 3.4 斜拉索的模态分析
  • 3.4.1 模态分析
  • 3.4.2 瞬态动力学分析
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 斜拉索风雨激振的参数分析
  • 4.1 水线的大小和位置对风雨激振的影响
  • 4.1.1 水线的运动规律
  • 4.1.2 水线的大小和位置对振动的影响
  • 4.2 频率对风雨激振的影响
  • 4.3 风速和密度对风雨激振的影响
  • 4.3.1 风速对振动的影响
  • 4.3.2 密度对振动的影响
  • 4.4 攻角和倾角对风雨激振的影响
  • 4.4.1 攻角对振动的影响
  • 4.4.2 倾角对振动的影响
  • 4.5 预应力和结构阻尼对风雨激振的影响
  • 4.5.1 预应力对振动的影响
  • 4.5.2 结构阻尼对振动的影响
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 斜拉索风雨激振的控制与减振
  • 5.1 拉索结构的振动控制研究
  • 5.2 阻尼器减振
  • 5.2.1 拉索减振阻尼器介绍
  • 5.2.2 阻尼器减振的有限元模型
  • 5.2.3 阻尼器减振的有限元分析
  • 5.3 气动减振措施
  • 5.3.1 气动减振措施介绍
  • 5.3.2 气动减振的有限元分析
  • 5.4 辅助索方法
  • 5.4.1 辅助索方法介绍
  • 5.4.2 辅助索减振的有限元模型
  • 5.4.3 辅助索减振的有限元分析
  • 5.5 半主动控制与主动控制方法
  • 5.5.1 半主动控制
  • 5.5.2 主动控制
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 全文总结与展望
  • 6.1 全文总结
  • 6.2 前景展望
  • 参考文献
  • 发表论文和科研情况说明
  • 致谢
  • 相关论文文献

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