张靖皋长江大桥南航道桥主桥塔静气动力系数研究

张靖皋长江大桥南航道桥主桥塔塔高超过300 m,采用倒角矩形截面设计，风荷载效应突出。为对该桥塔气动性能进行精细分析，采用缩尺比为1∶100的分段刚性模型进行风洞测力试验，研究桥塔各段静气动力系数随风偏角的变化规律，并分析塔柱间的遮挡效应和横梁对静气动力系数的影响，结果表明，主塔上、中、下3段最大阻力系数为1.125,最大升力系数为1.329,塔柱间的遮挡效应在风偏角0°～20°时对阻力系数影响较大，横梁对塔柱升力系数和扭矩系数影响较大。研究成果对300 m级超高桥塔设计具有一定的参考意义。     

某SUV底盘空气动力性能优化研究

汽车底盘空气动力性能优化对降低整车空气阻力和升力有重要影响,针对底盘区域进行空气动力性能优化设计是提升整车动力经济性的重要途径。针对某款运动型多用途汽车（Sport Utility Vehicle,SUV）开展整车外流场计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）仿真分析,对比了Realizable k-ε和SST k-ω两种湍流模型仿真精度,选用Realizable k-ε湍流模型进行底盘空气动力学方案设计。结合该SUV底盘特征及仿真流场分析结果,在尽可能降低整车成本的前提下,设计前保险杠下部阻风板、前轮挡板斜梯、副车架后部导流板、底盘中部护板以及尾部消音器造型优化共5种空气动力学方案,并进行了实车风洞试验验证。结果表明,5种方案对整车空气阻力性能提升均有不同程度的贡献,其中尾部消音器造型优化减阻效果明显,实车空气阻力系数降低2.99%;综合采用5种底盘空气动力学方案后空气阻力系数共降低5.16%,升力系数降低21.00%,有效实现节能降阻,并有助于提高整车行驶稳定性。     

基于Kriging模型的类车体气动外形自动优化

为探讨典型外形参数对汽车风阻系数的影响和解决气动外形设计中局部优化方法的盲目性,以MIRA阶背模型作为研究对象,建立参数化分析模型,针对车身7个外形参数进行试验设计及敏感性分析,建立样本点的Kriging近似模型并采用多岛遗传算法来求解车体最优气动外形。结果表明,后风窗倾角对气动阻力系数的影响最大,气动阻力优化是非线性问题且各个外形参数之间存在不同程度的交互效应;优化模型的气流分离得到较大改善,风阻系数降低了12.77%。     

中国公路车-桥耦合振动车辆模型研究（双语出版）

为了提出适用于中国车-桥耦合振动分析的车辆动力分析模型,首先基于中国桥梁规范中的设计车辆荷载,结合大量调查统计数据和等效静力分析方法,初步拟定车辆动力分析模型的几何尺寸、质量、刚度、阻尼等参数取值,并与国内外广泛采用的几种车辆模型的参数取值进行对比。接着选取4座钢筋混凝土简支梁桥并建立其三维有限元模型,基于车-桥耦合振动数值模拟分析车辆模型的刚度、阻尼等参数对桥梁上动力冲击系数的影响,并对比几个不同车辆模型对动力冲击系数的影响。最后,选择中国湖南省境内一座实桥和几辆不同轴数的重车开展实桥试验,将实测动力冲击系数与所提车辆模型数值模拟获得的冲击系数进行对比。结果表明：动力冲击系数随车辆总质量的增大而减小,随车辆整体刚度的增大而增大,但随车辆整体阻尼的增大呈先减小后增大的趋势;单个车轴的刚度和阻尼对动力冲击系数的影响不明显;车辆总质量是导致不同车辆模型作用下动力冲击系数差异的主要因素;数值模拟结果与实测结果吻合良好,验证了所提车辆模型及参数取值的合理性;该车辆模型可用于中国的设计车辆荷载作用下桥梁的动力响应分析和相关研究,也可用于估算重量相当的不同类型车辆对桥梁的动力冲击效应。     

中国公路车-桥耦合振动车辆模型研究

为了提出适用于中国车-桥耦合振动分析的车辆动力分析模型,首先基于中国桥梁规范中的设计车辆荷载,结合大量调查统计数据和等效静力分析方法,初步拟定车辆动力分析模型的几何尺寸、质量、刚度、阻尼等参数取值,并与国内外广泛采用的几种车辆模型的参数取值进行对比。接着选取4座钢筋混凝土简支梁桥并建立其三维有限元模型,基于车-桥耦合振动数值模拟分析车辆模型的刚度、阻尼等参数对桥梁上动力冲击系数的影响,并对比几个不同车辆模型对动力冲击系数的影响。最后,选择中国湖南省境内一座实桥和几辆不同轴数的重车开展实桥试验,将实测动力冲击系数与所提车辆模型数值模拟获得的冲击系数进行对比。结果表明:动力冲击系数随车辆总质量的增大而减小,随车辆整体刚度的增大而增大,但随车辆整体阻尼的增大呈先减小后增大的趋势;单个车轴的刚度和阻尼对动力冲击系数的影响不明显;车辆总质量是导致不同车辆模型作用下动力冲击系数差异的主要因素;数值模拟结果与实测结果吻合良好,验证了所提车辆模型及参数取值的合理性;该车辆模型可用于中国的设计车辆荷载作用下桥梁的动力响应分析和相关研究,也可用于估算重量相当的不同类型车辆对桥梁的动力冲击效应。     

基于某型轿车的外流场数值模拟

利用CFD方法对某款车型进行外流场分析,分析其气动特性,计算出该车的阻力系数和升力系数,并通过对不同的底部上翘角模型进行分析,得出满足要求的底部上翘角,为其改进设计提供理论参考。     

用于风洞测试的汽车油泥模型制作技术探析

空气动力学性能是汽车整车性能的重要指标之一,其中风阻系数直接影响汽车动力性能和燃油经济性,因此在车型研发阶段,通过汽车油泥模型的风洞试验对车辆的风阻系数进行研究优化,提高整车的空气动力学性能,从而给造型提供设计参考。     

客车模型空气动力学特性优化的研究

应用自行开发的三维流动数值模拟计算软件对一大客车模型的空气动力学特性进行了计算分析，并初步尝试通用“数值试验”比较不同设计方案以达到优化客车模型外形的目的。研究表明，应用计算流体力学方法优化车辆外形设计以提高其空气动力学特性，是提高车辆性能，缩短开发周期的有效途径之一。     

某电动SUV后扰流板气动特性的研究

汽车在高速行驶中的经济性和稳定性与汽车受到的空气阻力和升力直接相关。与传统燃油车相比,降低风阻对于电动汽车提升续航里程和降低能耗更加重要。本文中采用雷诺时均方法对某款纯电动SUV车型进行在120 km/h车速下整车外流场仿真分析,并将风阻系数和升力系数与等比例油泥模型风洞试验的结果进行了对比。采用常用的Realizable k-ε湍流模型对该SUV车型后扰流板进行仿真优化。研究了该SUV的后扰流板上表面不同倾斜角度对整车气动升力和阻力系数的影响;进一步,在最佳倾角的基础上,通过5种后扰流板通孔形式的对比分析,确定了最优状态的后扰流板。最终的验证试验结果表明,整车风阻系数降低3.9%,而升力系数的增加在可接受范围内。     

模型比例和风洞截面对汽车气动性仿真影响的研究

模型比例和风洞截面对汽车流场产生影响。应用FLUENT软件,分别对不同的车模比例和风洞截面形状进行气动性能仿真。结果表明：阻塞比在一定范围内,汽车气动参数变化平缓;选用不同的阻塞比在三种典型风洞模型中进行仿真计算,结果相差很大;闭式风洞的阻力系数较开式风洞高,开式风洞的升力系数较闭式风洞高。     

扁平箱梁颤振计算公式中联合折减系数的量化研究

扁平箱梁已广泛应用于大跨度桥梁的主梁设计中,其颤振性能通常会借助物理和数值风洞的方法获得,测试周期长、费用高。尽管采用颤振计算公式可以简便计算扁平箱梁的颤振临界风速,但当前公式中未考虑扁平箱梁气动外形和来流攻角的具体影响,计算误差较大,无法用于实际工程设计。为了提升颤振计算公式中联合折减系数的准确度,利用节段模型风洞试验开展气动外形和风攻角对扁平箱梁颤振性能影响的研究。在分析各种气动构件和外形参数对扁平箱梁颤振性能的影响后,确定以斜腹板倾角和宽高比为气动外形变量,设计制作3组12个节段模型,分别在5个风攻角下测试了有栏杆扁平箱梁的颤振性能。在此基础上,根据节段模型风洞试验获得的颤振临界风速,结合弯扭耦合颤振闭合解计算公式,量化了气动外形和风攻角变化对扁平箱梁颤振的影响,给出不同条件下扁平箱梁颤振计算公式中的联合折减系数。最后,基于实际桥梁的颤振临界风速算例,验证利用联合折减系数计算颤振临界风速的准确性和适用性。研究结果表明：在0°风攻角和正风攻角下,当扁平箱梁的宽高比分别为11,9时,斜腹板倾角的减小有利于颤振临界风速提高,宽高比为7时,斜腹板倾角对颤振临界风速没有影响;在负风攻角下,3组宽高比模型斜腹板倾角的减小均会引起扁平箱梁颤振临界风速的降低;联合折减系数与扁平箱梁截面的颤振性能正相关,可直接反映其颤振性能,相对于目前《公路桥梁抗风设计规范》中扁平箱梁颤振临界风速计算时的固定折减系数,该系数能够具体和准确反映气动外形和风攻角对扁平箱梁颤振的影响,可以结合颤振计算公式快速、准确地计算出大跨度桥梁颤振临界风速。     

表面损伤斜拉索雷诺数临界区气动力与流场分析

斜拉索由于具有自身质量轻、结构刚度差、结构阻尼小和自身长细比大的特点，极容易发生风（雨）致振动，对桥梁结构的安全性能产生很大的影响，而斜拉索作为斜拉桥的重要受力构件，准确掌握其风荷载对于桥梁抗风设计具有重要意义，特别是斜拉索在生产、运输和安装过程中表面可能受到损伤，该斜拉索在临界雷诺数区的气动力特性和流场特性更是值得研究的问题。针对此种状况，通过同步测力风洞试验，对表面无损伤斜拉索模型和表面损伤斜拉索模型在不同风攻角下的升力系数进行时程分析，得到边界层转捩的3个区域；将升力系数时程进行快速傅里叶变换计算得到升力时程频谱图，并通过频谱图分析随机信号的频域特征；对比从雷诺数亚临界、临界到超临界区表面无损伤和表面损伤斜拉索的流场变化，并从周围流场变化的角度分析雷诺数临界区斜拉索气动稳定性及可能的机理。研究结果表明：表面无损伤和表面损伤模型的升力系数随雷诺数的变化规律基本一致，二者的升力时程在TrBL0向TrBL1阶段和TrBL1向TrBL2阶段过渡过程中会出现双稳态现象，损伤会影响斜拉索尾流区旋涡脱落的情况，进而对不同雷诺数下的Strouhal数值变化产生一定的影响。     

叉车制动方向稳定性分析与研究

本文对叉车几种不同工况制动进行了受力分析，并建立了力学模型，分析和研究了前、后制动器制动力分配曲线Ｉ、β和同步附着系数φ的关系，求取了叉车制动器制动分配系数。对叉车制动器的设计具有指导意义。     

基于近似模型的可变后扰流器气动优化

为了更好地改进车辆的气动特性,讨论了一种将参数化建模、CFD计算和数值寻优方法相结合的气动优化方法。设计了一种根据使用工况可调的汽车后扰流器,针对高速行驶和高速制动2种典型工况,对该扰流器的形状和位置进行气动优化。首先对可变后扰流器进行参数化设计,并用拉丁方法对参数化模型进行试验设计,通过CFD计算获取响应值;然后采用Kriging模型构建参数变量与气动特性之间响应关系的近似模型;最后以该模型为基础使用遗传算法对扰流器形状和位置进行优化设计。研究结果表明：优化后的可变扰流器可使整车在高速行驶工况下阻力系数减小3.3%,升力系数减小22.4%;在高速制动工况下,升力系数减小69.9%,整车的气动特性获得了较大的改善。     

上海长江大桥节段模型气动三分力试验

以主跨为730 m的钢主梁斜拉桥为对象,研究了栏杆、汽车等对汽车-钢主梁桥面系统的气动三分力系数的影响。进行了1∶60缩尺模型试验,开展了桥面无车状态、桥面有车状态和施工状态下的75个试验工况节段模型测力试验研究,并利用获得的三分力系数进行了全桥静风响应分析。结果表明:栏杆增加了主梁的阻力系数;桥面车辆的存在使车-桥系统的阻力系数降低,升力系数的绝对值变小,升力矩系数绝对值变小;3种状态中三分力系数越大,相应的侧向、竖向和扭转响应越大;随风攻角变化,栏杆、汽车对车-桥系统阻力、升力和升力矩的影响各不相同。     

轮胎/路表间水膜受力和排出特征及其受刻槽参数的影响分析

为研究轮胎作用下水泥混凝土路表水膜受力特征及其受刻槽的影响,采用SolidWorks和Ansys WorkBench,构建了轮胎-水膜-路表有限元模型,基于CFD控制方程和流固耦合理论,分析轮胎作用下路表水膜流动规律以及水膜厚度、行车速度、刻槽宽度、间距和方向对轮胎所受动水升力的影响。结果表明：轮胎迎水面所受动水升力随水膜厚度的增加而增大;当水膜厚度超过轮胎花纹深度后,动水升力增幅明显变大;增加路面刻槽宽度或减小刻槽间距,能够有效地降低轮胎所受的动水升力;在相同的刻槽参数下,路面横向刻槽的排水性能和对动水升力的降低幅度要优于纵向刻槽。     

Numerical Simulation on Tri-component Force Coefficient of Bridge Section

应用数值模拟方法研究桥梁断面的雷诺数效应,采用计算流体力学(CFD)软件FIUENT中的3种不同的湍流模型,即标准κ-ε模型、雷诺应力方程模型及Spalart-Allmaras模型,对流线形桥梁断面的三分力系数随雷诺数的变化进行数值模拟计算,并将数值计算结果与高雷诺数风洞试验结果进行比较.计算结果表明:数值模拟结果与风洞试验结果非常接近,阻力系数的最大误差不超过4％;升力系数的计算结果比试验结果要大,相对误差不超过3％;当雷诺数小于6.0×105时,升力矩系数的计算结果比试验结果要小,雷诺数大于6.0×105时,升力矩系数的计算结果比试验结果大,计算误差不超过6％.研究进一步证实了流线型轿梁断面存在着三分力系数的雷诺数效应.对于流线型桥梁断面,宜采用标准κ-ε模型对其三分力系数进行数值模拟计算,计算结果能够符合精度要求.     

基于ADVISOR二次开发的混合动力越野车仿真分析

针对混合动力越野车性能仿真需求,考虑到ADVISOR不能提供变化路面条件和不同环境条件下的仿真分析,对ADVISOR进行了二次开发。通过修改ADVISOR中整车模型、车轮模型和部件模型,增加滚动阻力系数模型、车轮滑转率与附着系数模型和蓄电池温度模型,建立了串联式混合动力越野车仿真系统。对某在研国产串联式混合动力越野车的整车性能进行了仿真分析。仿真结果表明,不同的路面条件和环境条件对混合动力车的各种性能有较大影响。     

利用三次样条函数插值方法计算驰振响应的研究

对截面为H形,尺寸为0.19m×0.225m×2m的模型,在风洞测定其体轴下的升力系数以及静力和动力参数,并对升力系数用三次样条函数插值计算,列出振动方程,利用数值方法,求出结构的驰振临界风速以及风速振幅曲线。得到的结果和利用多项式拟合的方法进行对比,发现三次样条函数插值方法计算驰振响应具有较好的结果,而且在计算临界风速时候相对于多项式拟合方法可能会具有更高的精度。     

车轮对整车气动性能影响的试验与仿真研究

基于某款轿车通过风洞试验研究了5种轮胎和3种轮辋对整车气动性能的影响及其相互作用,并利用PIV(粒子成像测速)对车轮区域的流场进行了测量对比.结果 表明,不同花纹轮胎产生的阻力和升力系数差别分别达到了0.003和0.026,且该差别因轮辋造型而异.其次利用图像识别测量了不同轮胎受力旋转时的变形,还原了真实的轮胎几何以进...