基于風(fēng)雨兩相流的斜拉索風(fēng)雨激振的機理研究.pdf

1、斜拉索是斜拉橋的關(guān)鍵組成部分，其失效和破壞的主要因素之一是風(fēng)雨條件下引起的風(fēng)雨激振。應(yīng)用CFX建立氣液耦合場模型，ANSYS建立拉索模型，Workbench作為兩者之間的數(shù)據(jù)傳遞平臺，研究風(fēng)雨條件下斜拉索的氣動力系數(shù)、雨滴的運動軌跡和水膜形態(tài)的變化規(guī)律，主要研究內(nèi)容包括：
　　基于拉格朗日顆粒流法，拉索固定時考慮風(fēng)場和雨滴間的雙向耦合作用，首先對重力場中的雨滴運動軌跡進行驗證，然后研究重力場和風(fēng)場中的雨滴運動軌跡和雨滴對風(fēng)場脈動的

2、影響，最后探討不同風(fēng)雨條件下氣動力系數(shù)的變化情況。結(jié)果表明：重力場中雨滴終速值與文獻結(jié)果基本一致；重力場和風(fēng)場中的雨滴水平速度最終與風(fēng)速趨于一致，雨滴垂直速度最終接近于無風(fēng)條件下的雨滴終速；自然條件下的降雨引起風(fēng)場脈動性的變化不明顯，拉索的氣動力系數(shù)變化很小。
　　首次基于拉格朗日顆粒流法，考慮風(fēng)場和雨滴間的雙向耦合作用，考慮風(fēng)場和斜拉索間的雙向耦合作用，考慮雨滴對斜拉索的拍打作用，分別對斜拉索的橫向位移、氣動力系數(shù)、尾流結(jié)構(gòu)以及

3、雨滴運動軌跡進行研究。結(jié)果表明：由于雨滴拍打的誘發(fā)作用，斜拉索在降雨強度為30mm/h時比無雨時能更快的達到橫向位移幅值，且橫向位移幅值比無雨時大，斜拉索橫向位移和升力系數(shù)的頻率值均被鎖定在斜拉索的固有頻率值0.952Hz附近。
　　首次基于VOF法對重力場中附有初始水膜的模型進行驗證，研究重力場和風(fēng)場中的不同初始水膜厚度、接觸角、風(fēng)速、風(fēng)偏角和傾斜角對水線形態(tài)的影響。結(jié)果表明：重力場中的水線沿著重力方向下落與自然現(xiàn)象相一致；重力

4、場和風(fēng)場中的上水線和下水線的形態(tài)模擬結(jié)果和現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)相統(tǒng)一；只有當(dāng)氣流方向與斜拉索下傾方向一致，且風(fēng)速位于某一特定區(qū)域內(nèi)時，才會形成上水線和下水線。
　　首次基于VOF法對重力場中考慮雨水補償措施后的模型進行驗證，進而提出兩種補水方案分析重力場與風(fēng)場中的水線形態(tài)，并比較了不同風(fēng)速條件下的水線形成規(guī)律。結(jié)果表明：重力場中的水沿重力方向呈現(xiàn)周期性的水滴掉落現(xiàn)象；考慮均勻補水措施后，上水線和下水線的形態(tài)模擬結(jié)果和現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)相統(tǒng)一，都