波浪型圓柱渦激振動(dòng)機(jī)理的數(shù)值研究.pdf

1、橋梁，是人類生活中離不開(kāi)的重要的公共交通設(shè)施。在橋梁的諸多結(jié)構(gòu)形式中，斜拉橋在當(dāng)今大跨度橋梁中應(yīng)用非常廣泛，隨著現(xiàn)代斜拉橋的跨度不斷增大，斜拉橋拉索也趨于向更細(xì)長(zhǎng)，材料更輕，柔性更大的方向發(fā)展，由于斜拉索具有柔度大、質(zhì)量輕、阻尼小等特性，使得斜拉索更加容易由風(fēng)載激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)。其中，渦激振動(dòng)是斜拉索在低風(fēng)速下最為常見(jiàn)的振動(dòng)類型。本文結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于鈍體繞流及渦激振動(dòng)研究的部分成果，由空氣動(dòng)力學(xué)減振原理入手，探討一種對(duì)直圓柱展向改型

2、而得到的波浪型圓柱的渦激振動(dòng)特性，可為斜拉橋拉索的設(shè)計(jì)提供一些有益的思路和參考。
　　本文利用CFD軟件FLUENT結(jié)合用戶自定義程序UDF對(duì)直圓柱和波浪型圓柱在流場(chǎng)中的渦激振動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算，其中，將圓柱在流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為單自由度的彈簧-質(zhì)量-阻尼系統(tǒng)模型，利用Newmark-?方法求解圓柱的運(yùn)動(dòng)方程。本文首先對(duì)于雷諾數(shù)為200時(shí)的直圓柱的渦激振動(dòng)作了詳細(xì)的計(jì)算，得到圓柱橫流向最大位移為0.543D。對(duì)尾流形態(tài)隨頻率比*fn/fs的

3、變化的分析結(jié)果表明，當(dāng)圓柱承受劇烈的渦激振動(dòng)時(shí)，圓柱尾流的形態(tài)和旋渦間距將發(fā)生很大的變化。對(duì)質(zhì)量比和約化阻尼的計(jì)算表明，質(zhì)量比的大小對(duì)于圓柱振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率有較明顯的影響，質(zhì)量比越大，在發(fā)生共振時(shí)，圓柱的振動(dòng)頻率與圓柱的固有頻率就越接近；約化阻尼的大小將影響圓柱的振動(dòng)幅值，隨著約化阻尼的增加，圓柱的振幅減小。
　　本文還選取了6個(gè)波浪型圓柱，分別對(duì)其固定繞流和渦激振動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。對(duì)于波浪型圓柱的固定繞流計(jì)算，分別獲得了兩個(gè)波