矩形斷面柱體渦激振動(dòng)數(shù)值模擬與機(jī)理分析

龔慧星,劉志文

(湖南大學(xué)　風(fēng)工程與橋梁工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南　長(zhǎng)沙　410082)

?

矩形斷面柱體渦激振動(dòng)數(shù)值模擬與機(jī)理分析

龔慧星,劉志文

(湖南大學(xué)風(fēng)工程與橋梁工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙410082)

針對(duì)結(jié)構(gòu)渦激振動(dòng)問(wèn)題，分別采用雷諾平均SSTk-ω湍流模型和大渦模擬(Large Eddy Simulation,LES)求解不可壓縮黏性流體N-S方程，將Newmark-β法嵌入并行Fluent UDFs中以求解結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)，結(jié)合滑移網(wǎng)格和動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)建立了結(jié)構(gòu)渦激振動(dòng)數(shù)值模擬方法。對(duì)矩形斷面柱體進(jìn)行不同折算風(fēng)速下的豎向渦激振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果比較，對(duì)矩形斷面柱體渦激振動(dòng)機(jī)理進(jìn)行探討。結(jié)果表明：矩形斷面柱體豎向渦激振動(dòng)響應(yīng)數(shù)值模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果總體吻合較好，三維大渦模擬結(jié)果優(yōu)于二維數(shù)值模擬結(jié)果；一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)渦激力所做功隨折算風(fēng)速的變化與無(wú)量綱振幅隨折算風(fēng)速的變化相似；矩形斷面渦激力與位移時(shí)程相位差隨鎖定區(qū)折算風(fēng)速變化而變化，在鎖定區(qū)起始點(diǎn)相位差為0，振幅最大處相位差約為45°，鎖定區(qū)結(jié)束點(diǎn)處相位差約為180°。

橋梁工程；矩形斷面；并行計(jì)算；渦激振動(dòng)；動(dòng)網(wǎng)格；滑移網(wǎng)格

0　引言

渦激振動(dòng)是由于結(jié)構(gòu)尾流區(qū)旋渦脫落所引起的一種振動(dòng)現(xiàn)象，具有強(qiáng)迫、自激、限幅等特點(diǎn)，是一種典型的非線性振動(dòng)。實(shí)際工程結(jié)構(gòu)如橋梁、高層建筑、索、熱交換管及鉆井平臺(tái)立管等都有可能發(fā)生渦激共振，對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞性能和使用性能具有重要影響，因此必須予以重視[1]。……