基于流固耦合的風—汽車—橋梁系統(tǒng)數(shù)值模擬研究

《基于流固耦合的風—汽車—橋梁系統(tǒng)數(shù)值模擬研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。

1、分類號:U4410710-2012021063博士學位論文基于流固耦合的風-汽車-橋梁系統(tǒng)數(shù)值模擬研究（國家自然科學基金編號：51278064）周記國導師姓名職稱胡兆同教授申請學位類別工學博士學科專業(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日學位授予單位長安大學NumericalSimulationofWind-vehicle-bridgeCouplingSystembasedonFluid-structureCoupling(SupportedbytheNationalNaturalScienceFund,

2、GrantNo.51278064)ADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：ZHOUJiguoSupervisor：Prof.HUZhaotongChang’anUniversity,Xi’an,China摘要在自然風環(huán)境中當車輛在橋上行駛時，車輛及橋梁組成的車-橋耦合系統(tǒng)會受到風荷載產(chǎn)生的氣動力作用而對車-橋耦合系統(tǒng)的振動產(chǎn)生影響，車-橋耦合系統(tǒng)的振動及車輛的行駛同時會影響自然風場特性變化而會使車-橋耦合系統(tǒng)受到的氣動力產(chǎn)生變化，從而形成風-車-橋耦合振動系統(tǒng)。本文提出雙向流固耦合數(shù)值

3、分析方法對風-汽車-橋梁空間耦合系統(tǒng)進行數(shù)值模擬，主要研究內(nèi)容有：采用CFD數(shù)值模擬方法對車輛靜止于橋上及車輛在橋上行駛時的汽車-橋梁系統(tǒng)進行研究，研究了不同風速及不同風偏角的風荷載作用下大客車、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車輛的氣動特性，并對兩大客車雙會交會、車輛駛出隧道至橋面及車輛在橋上行駛經(jīng)過橋塔區(qū)域時車輛氣動特性進行了研究，得到了不同環(huán)境下車輛的氣動力系數(shù)及變化規(guī)律，對橋上車輛的氣動力系數(shù)的選取具有指導意義?；贏NSYS數(shù)值分析軟件實現(xiàn)汽車-橋梁耦合系統(tǒng)數(shù)值模擬，采用時域求解法對車輛-橋梁系統(tǒng)隨時間變化的振動微

4、分方程求解對汽車-橋梁耦合系統(tǒng)的振動響應特性進行分析，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汽車-橋梁耦合系統(tǒng)中車輛及橋梁振動的影響。提出雙向流固耦合數(shù)值方法對風-汽車-橋梁耦合系統(tǒng)進行數(shù)值模擬，研究了在不同側(cè)向風速及豎向不同風場模型的風荷載作用下，不同數(shù)量的車輛在橋面上行駛時風-汽車-橋梁耦合系統(tǒng)中橋梁及車體周圍空間的風場特性及車體壓力分布規(guī)律，并對風-汽車-橋梁耦合系統(tǒng)的振動響應特性進行了分析。對風-汽車-橋梁耦合系統(tǒng)中車輛的行車安全進行評價，研究了處于風-汽車-橋梁耦合系統(tǒng)中的車輛在受到不同風偏角的風荷載作用時，車體周圍空間流

5、場及車體表面壓力的分布規(guī)律，在考慮自然風荷載與汽車-橋梁耦合系統(tǒng)相互影響下得到了車輛的氣動力系數(shù)及其隨風偏角的變化規(guī)律及不同速度行駛同時受到不同風偏角自然風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)滑的臨界風速，并對車輛發(fā)生傾覆與側(cè)滑危險的側(cè)向臨界風速與最小臨界風速進行了對比研究。研究中采用的方法及所得結(jié)論對風-汽車-橋梁耦合系統(tǒng)中車輛的行車安全評價具有參考價值。關(guān)鍵詞：風；車-橋耦合系統(tǒng)；風-車-橋耦合系統(tǒng)；流固耦合；車輛氣動力系數(shù)；行車安全IAbstractWhenthevehiclerunningonbridgeint

6、henaturalwindenvironment,thevehicle-bridgesystemcomposedbyvehicleandbridgewillaffectedbyaerodynamicforcesgeneratedbywindloadswhichwillaffectedthevibrationofvehicle-bridgesystem,meanwhilethevibrationofvehicle-bridgesystemandthemotionofvehiclewillchangethecharacteristicofnatural

7、windfieldwhichwillchangetheaerodynamicforcesonthevehicle-bridgesystem,sothewind-vehicle-bridgecouplingsystemisbuildup.Thetwo-wayfluid-structurecouplingnumericalsimulationanalysismethodisadoptedinthisarticletoanalyzethevibrationofwind-car-bridgespacecouplingsystem.Themainconten

8、tsofthestudyareasfollow.UsingtheCFDnumericalsimulationmethodt