基于CV Newmark-β法的桥梁风致振动FSI数值模拟

作     者：常柱刚 王林凯 夏飞龙 CHANG Zhu-gang;WANG Lin-kai;XIA Fei-long

作者机构：长沙市规划设计院有限责任公司湖南长沙410075 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽合肥230000 

基　　金：国家自然科学基金项目(51678072) 

出 版 物：《公路交通科技》 (Journal of Highway and Transportation Research and Development)

年 卷 期：2018年第35卷第8期

页      码：55-63页

摘      要：为求解桥梁断面风致振动问题,首先介绍了两类数值微分方程解法,然后以Ansys Fluent为计算平台,通过嵌入自定义函数的方法实现了流线型桥梁断面的流固耦合数值模拟。通过理论推导发现,通过以常规的Newmark-β法嵌入UDF来驱动桥梁断面附近网格做刚体运动建立起的流固耦合计算模型计算得到的位移,与Fluent程序中网格更新的实际位移不一致,因而提出了一种修正速度的Newmark-β法以消除这种误差效应,并且建立了相应的桥梁断面流固耦合计算模型。针对某具体桥梁断面分别采用以常规Newmark-β法和修正速度的Newmark-β法建立的流固耦合计算模型,进行了低风速下和高风速下的桥梁断面风致振动数值模拟。研究表明:断面小振幅运动下不同计算模型获得的位移时程曲线基本吻合,以常规的Newmark-β法计算获得的位移与网格运动的真实位移之间的误差较小,低风速下这种算法与网格真实运动之间的位移不匹配效应产生的误差可以忽略;高风速桥梁断面大振幅颤振下不同计算模型获得的位移时程曲线差距较大,以常规的Newmark-β法建立起的流固耦合计算模型计算获得的位移与网格真实运动之间的位移不一致效应造成的误差不可忽略;低风速和高风速下以修正速度的Newmark-β法建立起的流固耦合计算模型获得的位移均与程序中网格真实运动位移一致。进行桥梁断面风致振动CFD数值模拟颤振问题时,应尤其注意处理这种位移误差效应,以建立合理的流固耦合计算模型。

主 题 词：桥梁工程 风致振动 数值模拟 流固耦合 修正速度Newmark-β法 桥梁颤振 

学科分类：081406[081406] 080704[080704] 08[工学] 080103[080103] 0807[工学-电子信息类] 0814[工学-地质类] 082301[082301] 0823[工学-农业工程类] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3969/j.issn.1002-0268.2018.08.009

馆 藏 号：203307739...