大渦模擬在橋梁風(fēng)工程中的應(yīng)用.pdf

1、本文利用CFD方法，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格下的有限體積法，利用大渦模型進(jìn)行湍流的模擬，并結(jié)合ALE格式下的動(dòng)網(wǎng)格方法進(jìn)行了較常用斷面的靜止、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下流場(chǎng)數(shù)值模擬，及復(fù)雜工程問(wèn)題的繞流場(chǎng)數(shù)值模擬，主要研究工作如下： ⑴有限體積法求解流體控制N—S方程，在非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格下實(shí)現(xiàn)空間、時(shí)間的離散格式。通過(guò)使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，使得流場(chǎng)網(wǎng)格劃分變得容易，從而便于求解工程中較復(fù)雜的流場(chǎng)。 ⑵采用大渦模擬的方法進(jìn)行湍流計(jì)算，主要開(kāi)發(fā)了基本SSG

2、S模型、動(dòng)態(tài)DSGS模型和結(jié)構(gòu)函數(shù)SF模型三個(gè)大渦模型的計(jì)算模塊；并利用該程序?qū)?jīng)典的方形斷面、矩形斷面和置于地面的三維方柱進(jìn)行了流場(chǎng)的數(shù)值模擬。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，可以認(rèn)為程序的計(jì)算結(jié)果是合理的，具備三維流場(chǎng)的模擬功能。 ⑶推導(dǎo)了基于ALE格式的動(dòng)網(wǎng)格格式，并論述了動(dòng)網(wǎng)格方法應(yīng)用過(guò)程中保持幾何守恒法則（GCL）的重要性；然后重點(diǎn)討論在運(yùn)動(dòng)邊界情況，如何利用修正彈簧法保證網(wǎng)格更新后的質(zhì)量。通過(guò)幾個(gè)斷面大轉(zhuǎn)角、大位移后的網(wǎng)格更新

3、試驗(yàn)，證明了該方法的優(yōu)越性。 ⑷對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)中較常用的箱型斷面、邊主梁斷面、蘇通大橋主橋成橋斷面及連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行了二維、三維的流場(chǎng)數(shù)值模擬。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比可以看出，三種大渦模型中動(dòng)態(tài)DSGS模型整體表現(xiàn)略?xún)?yōu)，結(jié)構(gòu)函數(shù)SF模型略差；對(duì)于在展長(zhǎng)方向具有對(duì)稱(chēng)性的結(jié)構(gòu)，二維的計(jì)算結(jié)果與三維相差不大，但計(jì)算效率大大提高，因此二維計(jì)算很有實(shí)用性；通過(guò)連續(xù)剛構(gòu)橋的流場(chǎng)數(shù)值模擬，可以看出本程序基本可以進(jìn)行復(fù)雜工程問(wèn)題的三維流場(chǎng)模擬。

4、 ⑸利用動(dòng)網(wǎng)格方法，采用強(qiáng)迫振動(dòng)原理獲得任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)斷面所受的氣動(dòng)荷載，從而利用總體最小二乘法進(jìn)行了箱梁斷面和邊主梁斷面的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別研究，計(jì)算結(jié)果顯示該方法是獲得橋梁斷面氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)的一種有效方法。 ⑹針對(duì)湍流風(fēng)場(chǎng)的模擬，分別進(jìn)行了直接法生成和人工合成兩種方法，計(jì)算結(jié)果顯示人工合成法更容易得到與目標(biāo)譜相一致的湍流風(fēng)場(chǎng)。模擬計(jì)算了各種湍流風(fēng)場(chǎng)下方形、矩形及箱梁斷面的繞流場(chǎng)和氣動(dòng)參數(shù)，結(jié)果顯示了湍流風(fēng)場(chǎng)對(duì)斷面氣動(dòng)參數(shù)的影響較明顯。對(duì)流