流线型箱梁断面的颤振后非线性特征研究

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1、国内图书分类号：U44密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文流线型箱梁断面的颤振后非线性特征研究年级二零一五级姓名朱进波申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导教师郑史雄教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U44U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONTHENONLINEARPOST-FLUTTERCHARACTERISTICSOFSTREAMLINEDBOXDECKGrade:2015Candidate:JinboZhuAcademicDegreeAppliedfor

2、:MasterofEngineeringSpeciality:ArchitectureandCivilEngineeringSupervisor:Prof.ShixiongZhengMay.2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，使用本授权书。（请在以上方框内

3、打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。本人在学位论文中所做的主要工作如下：（1）论文首先介绍了大跨度桥梁抗风历程，回顾了桥梁颤振的研究现状，列出了多种线性与非线性颤振框架模型，指出了未来大跨桥梁将会面对的新的挑战，从而点明了进行非线性颤振理论研究的意义。（2）介绍

4、了多种传统颤振临界风速频域计算方法，通过研究和比对各类方法，提出一种新的、稳定的、可靠的颤振耦合分析方法，从而得以应对复杂多样的桥型计算。（3）引入了一种颤振风速的时域求解方法。分别从流体力学计算理论、动网格技术、湍流模型、求解算法、计算域划分等方面进行了阐述，建立数值风洞真实模拟任意风速下，各种型式断面的振动形态。（4）应用强迫振动法数值识别出多种幅值下的气动力，研究了气动力随振幅的变化规律。同时，采用最小二乘识别出相应的颤振导数，进行大振幅下的气动导数研究。（5）基于气动自激力随幅值响应变化这一思想，依托线性颤振理论框架和求解思路，提出更加规范、精细的考虑颤振幅值因素的二自由度复模

5、态特征值求解方法。基于此方法，提出非线性颤振幅值响应搜索程序，研究了桥梁颤振后的状态特征。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要本文首先回顾了大跨度桥梁颤振的研究现状，分析了目前的线性、非线性颤振框架模型，指出未来大跨度桥梁将会面对的新挑战，点明了进行非线性颤振研究的重要意义。全文基于CFD数值模拟，分别从颤振临界风速的频域、时域求解方法，大振幅下桥梁断面颤振导数和流线型箱梁断面的非线性颤振幅值特性等三个方面递进深入研究，主要的研究内容及成果如下：（1）提出一种新的、稳定的、可靠的颤振耦合分析方法。通过比对多种传统颤振临界风速频域计算方法，发现基于不动点迭代法

6、的分步分析法有迭代不收敛的问题，为规避类似的风险，提出了基于遗传算法的全解耦颤振分步分析方法。该方法具有全局收敛的先天优势，能够有效解决上述问题。（2）将拥有网格质量控制良好、运行效率高等优点的多变形子区域动网格方法引入到一种颤振风速的时域求解方法中。通过平板算例验证了其良好的运行效果。（3）采用颤振风速的直接求解方法对不同型式的断面进行颤振分析。得到几点结论：对于流线型箱梁而言，结构阻尼对颤振临界风速的影响较小，提升结构阻尼不能有效抑制颤振的发生；攻角对颤振临界风速的影响较大，在颤振设计中需要慎重考虑其影响；随着气动外形的钝化，断面的气动力变得复杂，在颤振临界风速周围，其发散与收敛的

7、临界点区分愈发不明显；风速不变的情况下，随着幅值的发散，气动力会产生非线性变化。（4）研究大振幅下桥梁断面气动力的变化。采用强迫振动法识别出不同幅值、折算风速下的气动力，发现随着幅值的增大，高次气动力占总气动力比重逐渐增大，气动力随幅值非线性变化。（5）研究大振幅下桥梁断面颤振导数的变化。采用最小二乘识别出相应的颤振导数，发现颤振导数在微小振幅下是近似相同的，随着振幅增大，一些敏感的颤振导数**如H、A变化太过明显，不再是微小变动或者不变的状态