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1、分類號(hào):U4410710-2012021063博士學(xué)位論文基于流固耦合的風(fēng)-汽車-橋梁系統(tǒng)數(shù)值模擬研究（國(guó)家自然科學(xué)基金編號(hào)：51278064）周記國(guó)導(dǎo)師姓名職稱胡兆同教授申請(qǐng)學(xué)位類別工學(xué)博士學(xué)科專業(yè)名稱橋梁與隧道工程論文提交日期2015年4月13日論文答辯日期2015年6月19日學(xué)位授予單位長(zhǎng)安大學(xué)NumericalSimulationofWind-vehicle-bridgeCouplingSystembasedonFluid-structureCoupling(SupportedbytheNationalNaturalScienceFund,
2、GrantNo.51278064)ADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：ZHOUJiguoSupervisor：Prof.HUZhaotongChang’anUniversity,Xi’an,China摘要在自然風(fēng)環(huán)境中當(dāng)車輛在橋上行駛時(shí)，車輛及橋梁組成的車-橋耦合系統(tǒng)會(huì)受到風(fēng)荷載產(chǎn)生的氣動(dòng)力作用而對(duì)車-橋耦合系統(tǒng)的振動(dòng)產(chǎn)生影響，車-橋耦合系統(tǒng)的振動(dòng)及車輛的行駛同時(shí)會(huì)影響自然風(fēng)場(chǎng)特性變化而會(huì)使車-橋耦合系統(tǒng)受到的氣動(dòng)力產(chǎn)生變化，從而形成風(fēng)-車-橋耦合振動(dòng)系統(tǒng)。本文提出雙向流固耦合數(shù)值
3、分析方法對(duì)風(fēng)-汽車-橋梁空間耦合系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬，主要研究?jī)?nèi)容有：采用CFD數(shù)值模擬方法對(duì)車輛靜止于橋上及車輛在橋上行駛時(shí)的汽車-橋梁系統(tǒng)進(jìn)行研究，研究了不同風(fēng)速及不同風(fēng)偏角的風(fēng)荷載作用下大客車、小汽車、半掛車在不同斷面形式的橋上及在橋上橫向不同位置時(shí)車輛的氣動(dòng)特性，并對(duì)兩大客車雙會(huì)交會(huì)、車輛駛出隧道至橋面及車輛在橋上行駛經(jīng)過橋塔區(qū)域時(shí)車輛氣動(dòng)特性進(jìn)行了研究，得到了不同環(huán)境下車輛的氣動(dòng)力系數(shù)及變化規(guī)律，對(duì)橋上車輛的氣動(dòng)力系數(shù)的選取具有指導(dǎo)意義?；贏NSYS數(shù)值分析軟件實(shí)現(xiàn)汽車-橋梁耦合系統(tǒng)數(shù)值模擬，采用時(shí)域求解法對(duì)車輛-橋梁系統(tǒng)隨時(shí)間變化的振動(dòng)微
4、分方程求解對(duì)汽車-橋梁耦合系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)特性進(jìn)行分析，分析了車輛行駛速度、車輛質(zhì)量、車輛數(shù)量及車輛縱向間距對(duì)汽車-橋梁耦合系統(tǒng)中車輛及橋梁振動(dòng)的影響。提出雙向流固耦合數(shù)值方法對(duì)風(fēng)-汽車-橋梁耦合系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了在不同側(cè)向風(fēng)速及豎向不同風(fēng)場(chǎng)模型的風(fēng)荷載作用下，不同數(shù)量的車輛在橋面上行駛時(shí)風(fēng)-汽車-橋梁耦合系統(tǒng)中橋梁及車體周圍空間的風(fēng)場(chǎng)特性及車體壓力分布規(guī)律，并對(duì)風(fēng)-汽車-橋梁耦合系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)特性進(jìn)行了分析。對(duì)風(fēng)-汽車-橋梁耦合系統(tǒng)中車輛的行車安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究了處于風(fēng)-汽車-橋梁耦合系統(tǒng)中的車輛在受到不同風(fēng)偏角的風(fēng)荷載作用時(shí)，車體周圍空間流
5、場(chǎng)及車體表面壓力的分布規(guī)律，在考慮自然風(fēng)荷載與汽車-橋梁耦合系統(tǒng)相互影響下得到了車輛的氣動(dòng)力系數(shù)及其隨風(fēng)偏角的變化規(guī)律及不同速度行駛同時(shí)受到不同風(fēng)偏角自然風(fēng)荷載作用下的車輛發(fā)生傾覆及在干、濕、雪、冰不同路面狀況下車輛發(fā)生側(cè)滑的臨界風(fēng)速，并對(duì)車輛發(fā)生傾覆與側(cè)滑危險(xiǎn)的側(cè)向臨界風(fēng)速與最小臨界風(fēng)速進(jìn)行了對(duì)比研究。研究中采用的方法及所得結(jié)論對(duì)風(fēng)-汽車-橋梁耦合系統(tǒng)中車輛的行車安全評(píng)價(jià)具有參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：風(fēng)；車-橋耦合系統(tǒng)；風(fēng)-車-橋耦合系統(tǒng)；流固耦合；車輛氣動(dòng)力系數(shù)；行車安全I(xiàn)AbstractWhenthevehiclerunningonbridgeint
6、henaturalwindenvironment,thevehicle-bridgesystemcomposedbyvehicleandbridgewillaffectedbyaerodynamicforcesgeneratedbywindloadswhichwillaffectedthevibrationofvehicle-bridgesystem,meanwhilethevibrationofvehicle-bridgesystemandthemotionofvehiclewillchangethecharacteristicofnatural
7、windfieldwhichwillchangetheaerodynamicforcesonthevehicle-bridgesystem,sothewind-vehicle-bridgecouplingsystemisbuildup.Thetwo-wayfluid-structurecouplingnumericalsimulationanalysismethodisadoptedinthisarticletoanalyzethevibrationofwind-car-bridgespacecouplingsystem.Themainconten
8、tsofthestudyareasfollow.UsingtheCFDnumericalsimulationmethodt
