基于CFD的斜拉索气动特性研究

论文摘要

随着桥梁跨度的增大,斜拉桥成为一种主选桥型。由于结构刚度、阻尼及自振频率的降低,斜拉桥的抗风性能几乎成为其能否安全建设和运营的关键。斜拉索作为斜拉桥的主要构件之一,其抗风性能更为重要。在各种风致振动中,拉索的雨振是振幅最大的一种振动形式,会引起斜拉索的不断更换,造成了巨大的经济损失。故研究雨振下斜拉索的气动特性是十分有意义的。本文回顾了斜拉索发生风雨激振的危害,随后利用CFD数值模拟的方法对斜拉索进行了数值分析。首先,对斜拉索裸索状态下的气动力系数进行分析,比较定常和非定常分析下的斜拉索裸索状态下的气动力系数,确定了后续计算采用的分析方法；同时,对斜拉索裸索状态下的气动特性分别进行二维和三维分析,并将两者进行了对比。其次,从斜拉索的直径、来流的风速、水路的形态、水路的大小、水路的位置方面对带水路斜拉索的气动特性进行二维分析,讨论了它们对拉索的气动力系数的影响,对比了斜拉索裸索状态下的气动力系数和带水路的斜拉索的气动力系数,再将所得数值结果与试验结果进行对比,验证了上述几种影响因素对拉索雨振的影响。同时研究了三维状态下带水路斜拉索的气动特性。最后,对带水珠的斜拉索进行数值模拟,从水珠单排布置和多排交叉布置研究了拉索的气动力系数,论述了斜拉索上有水珠时对拉索雨振的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 斜拉桥的发展状况
• 1.2 斜拉索雨振
• 1.3 研究的内容
• 第2章 CFD仿真模拟方法
• 2.1 CFD的求解过程
• 2.2 流体动力学控制方程
• 2.3 湍流模型
• 2.3.1 湍流现象
• 2.3.2 湍流模型
• 2.4 SIMPLE算法
• 2.5 初始条件和边界条件
• 2.6 FLUENT软件的简要介绍
• 2.7 本章小结
• 第3章 裸索气动特性
• 3.1 裸索CFD的数值模拟
• 3.2 裸索的二维气动特性分析
• 3.2.1 三分力的理论计算方法
• 3.2.2 CFD数值模拟裸索的气动特性
• 3.3 裸索的三维气动特性分析
• 3.3.1 斜拉索空间位置的确定
• 3.3.2 裸索的气动特性研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 带水路索气动特性
• 4.1 简述
• 4.2 带水路索的二维气动特性分析
• 4.2.1 水路形态对索的气动特性影响
• 4.2.2 风速对斜拉索气动力特性的影响
• 4.2.3 直径对斜拉索气动特性的影响
• 4.3 带水路索的三维气动特性分析
• 4.4 本章结论
• 第5章 带水珠索气动特性
• 5.1 水珠分布形式
• 5.2 带水珠索的气动特性
• 5.3 本章结论
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目