基于Volterra理论的扁平箱梁气动力非线性特性研究

为了研究扁平箱梁断面气动力系统的非线性特性,采用Volterra理论和CFD方法,对丹麦大带东桥主桥加劲梁断面的气动力特性进行研究。利用脉冲激励模型分别作竖弯和扭转运动,并基于CFD一次数值模拟,对大带东桥扁平箱梁断面气动力系统的Volterra级数核进行识别,建立扁平箱梁断面气动力系统的非线性离散时间Volterra级数模型,该模型可以快速给出任意简谐激励下的气动力响应,无需耗时很久的CFD模拟。分别基于竖弯和扭转向的强迫简谐位移激励,使用Volterra级数气动力模型对大带东桥扁平箱梁断面的气动力系统进行仿真,将得到的仿真时程与CFD模拟结果进行对比,分析振动频率和幅值对扁平箱梁断面气动力系统非线性特性的影响。结果表明：忽略二阶及以上非线性高阶项得到的Volterra级数模型给出的气动力估计与CFD模拟差别很小;扁平箱梁断面气动力的高阶非线性效应较小,其为弱气动力非线性系统;在研究的强迫运动位移幅值和频率范围内,扁平箱梁断面的气动力模型响应没有表现出对振动幅值和频率的显著相关性,且仿真值与CFD模拟值的最大相对精度误差不超过10%。     

基于CFD数值模拟对大跨桥梁主梁断面颤振研究

随着桥梁设计跨度增大,结构对风荷载作用极为敏感。采用CFD数值模拟方法研究桃花峪黄河大桥主梁断面颤振问题,根据分状态强迫振动法给出了颤振导数识别方法建立了数值计算模型,经计算得出结论:在+5°风攻角下造成竖向振幅为0.03 m所需风速约为13.2 m/s,在+3°风攻角下造成相同竖向振幅所需风速约为14.2 m/s;在+5°风攻角下造成扭转振幅为6°所需风速约为13.1 m/s,在+3°风攻角下造成相同扭转振幅为6°所需风速约为14.0 m/s,风攻角是颤振重要因素;经模拟气动流场得到主梁结构在0°、+3°及-3°攻角下颤振临界状态涡量变化情况可知随着风速增大涡量图为一对细长互不干涉正负涡量逐步增大至正负交替漩涡,在尾流处耦合成2个相互交替大漩涡。     

大桥护栏对桥梁定常气动力特性的影响

采用k-ε湍流模型封闭的雷诺时均N－S方程和建立在交错网格基础上压力－速度场迭代求解的SIMPLE算法，对大桥主梁节段模型的定常气动力特性进行了数值模拟，计算结果与风洞试验较为一致；在此基础上研究了护栏的高度和位置对桥梁气动力特性的影响，得到的结论对桥梁工程的优化设计有指导意义。     

基于CFD的桥梁抗风设计

以某大桥方案为例,采用ICEM和FLUENT建立了定常和非定常模型,分析并得到了其空气动力学参数。叙述桥梁抗风设计的原理及具体流程,有助于类似工程在方案及初步设计阶段快速判定桥梁的抗风性能。     

桥梁断面静三分力系数的CFD计算分析

利用流体分析软件Fluent计算了不同桥梁断面型式在中等雷诺数时和不同攻角下的阻力系数和升力系数。文中选用6类不同桥梁断面型式进行了计算分析。通过计算得出的阻力、升力系数随攻角的变化对比以及风场压力云图直观反映,初步分析了各类断面在静风作用下三分力系数值的特性。计算结果表明,钝体断面其阻力系数的变化形式相似,而上下不对称开口会造成其升力系数的变化;而流线型断面,其阻力系数与钝体断面截然不同,与攻角有直接的关系,实际应用需要多注意。     

基于长短期记忆网络的桥梁非定常气动力预测

气动力是影响桥梁结构稳定性和安全性的关键因素之一,其演化规律受其自身非定常特性和计算机精度的影响,很难实现长时间预测。准确预测桥梁结构的气动力特性对结构设计和振动控制具有重要意义。风洞试验和数值模拟是目前气动力研究中应用最广泛的方法,但风洞试验成本高,且难以模拟复杂风场条件,数值模拟对计算资源又具有强依赖性。因此,为了实现计算量和计算精度的平衡,利用长短期记忆(Long Short-term Memory, LSTM)网络开发了一种不同风攻角桥梁非定常气动力时序预测模型。该模型以不同风攻角下0～n时刻的气动力系数为输入,以n+1时刻的气动力系数为输出。首先,基于开源Tensorflow库构建LSTM网络框架;其次,基于3°、4°和5°三个风攻角的桥梁主梁非定常气动力数值模拟结果构建训练集和测试集,并进行模型训练;最后,利用训练好的模型基于风攻角分布进行内插和外推预测。在内插预测时,基于风攻角为3°和5°时的气动力系数构建数据集对模型进行内插训练,对风攻角为4°时的气动力系数进行预测。在外推预测时,基于风攻角为3°和4°时的气动力系数构建数据集对模型进行外推训练,对风攻角为5°时的气动力...     

切角方柱非线性气动力数值模拟研究

采用二维动网格技术,运用强迫振动法识别不同无量纲风速下切角方柱颤振导数H1*,并考虑振幅的影响。详细分析了切角方柱强迫振动时气动力非线性特性。结果表明:线性颤振导数理论仅能描述无量纲风速较小时切角方柱周围横风向气动力,对于无量纲风速较大的情况,模型周围气动力中包含大量非线性分量,当涡脱频率被非线性项"俘获"时该非线性项幅值还会突然增大,甚至有时远大于线性项。随着风速和振幅的增大,切角方柱周围非线性气动力所占比例有增大的趋势,所以,对于切角方柱这种钝体结构必须考虑气动力的非线性。     

基于CFD分析的NOx传感器监测特性研究

根据国六柴油机台架上的性能试验经验,某些后处理系统SCR下游NO x传感器测量的NO x值与台架气体分析仪的测量值之间存在较大偏差.利用计算流体力学(C FD)技术对两种后处理方案进行计算,分析了尿素喷雾的形态及蒸发分解,对SCR载体前端面和NO x传感器安装位置的氨分布均匀性进行了评估,针对NO x传感器探头位置的氨分布偏差值占比进行了分析.仿真结果表明,SCR前氨气不均匀是NO x传感器测量偏差大的原因,SCR下游增加螺旋混合装置后,测量偏差可从15％ 降低到0.5％,解决了偏差大的问题.台架试验显示仿真与试验结果吻合良好,证明了C FD分析结果的可信性.     

扁平箱梁断面弯扭耦合软颤振非线性特性研究

针对大跨度桥梁软颤振非线性特性,采用弹簧悬挂节段模型风洞试验法,研究了典型扁平箱梁断面（宽高比10.7：1）在均匀流场下的软颤振响应,并采用一种新型的高精度测力技术——内置天平同步测力测振法测量了非线性颤振自激力时程,该测力技术可大幅降低天平信号中的惯性力成分,提高自激力的测量精度。试验结果表明：扁平流线型箱梁断面在风攻角5°、±3°和0°时均出现了软颤振响应,观测到的软颤振现象表现为自限幅的极限环振荡,振幅随着风速的增加而增大,随着风攻角的增大,软颤振起振风速降低,振幅增加的斜率变缓;软颤振振动出现在扭转模态,竖向和扭转位移均存在一定的高次谐波成分,但与基频相比较为微弱,可以忽略;扁平箱梁断面的软颤振具有显著的弯扭自由度耦合特性,弯扭耦合程度随风速增加而增大,在软颤振振幅发展过程中,节段模型仍然以线性扭转复模态的形式振动,扭转复模态向量的幅值变化较为明显（约15%）,需要考虑其随振幅的缓变特性,相位特性变化非常微弱（相位差变化小于3%）,可以忽略。基于内置天平同步测力测振技术,测量得到的非线性自激力信号能够较为精确地计算软颤振振动位移时程,具有较高的精度,自激升力和自激扭矩均在大振幅下表现出显著的高次谐波成分。     

桥梁主梁断面空气力学特性分析的人工神经网络方法

研究了人工神经网络的ＢＰ模型应用于学习、预测主梁断面静力三分力系数的问题，分析了各种情况下的预测精度。     

流线箱梁弯扭耦合气动力非线性特性与颤振行为预测

传统大跨度桥梁空气动力学颤振分析忽略了结构和气动力非线性,多用于预测颤振临界风速而难于对颤振后行为进行合理分析。为此,通过强迫振动试验对气动力叠加性进行详细考证,阐明其适用范围。在传统复模态特征值分析中引入了随幅值变化的结构阻尼比和颤振导数,实现了颤振后状态结构振幅的预测分析,并与风洞试验结果进行了对比验证。结果表明：试验范围(竖向振幅A_h/B≤1.0,扭转振幅A_α≤12°)内,流线箱梁断面弯扭耦合气动力近似满足叠加性;节段模型风洞试验中结构阻尼和气动力的幅值依赖性是系统非线性的主要表现形式,在复模态特征值分析中引入幅变的颤振导数和结构阻尼比可以较好地预测滞回颤振振幅随风速的变化关系。     

基于CFD模拟的钢管桁主梁气动特性研究

基于计算流体力学方法,以深圳市拟建山谷沟壑处景观桥为研究对象,建立三维仿真节段模型进行气动性能研究。首先研究节段桁架模型在对称边界条件下的合理性,得出可以利用节段模型来代替三维整桥进行数值模拟。然后通过比较三维整桥模拟与国内现行规范中桁架桥气动参数选取方法,做出检验并提出改进建议。以桁架桥结构截面的外轮廓和实面积比作为控制条件建立二维等效模型,采用4种二维圆管桁主梁CFD计算简化模型,并计算了在-5°、-3°、0°、3°、5°攻角情况下的桁架桥梁静力三分力系数。同时基于非定常时程曲线,对4种二维等效模型附近的空间流场结构、涡振性能差异进行了对比。     

基于CFD的网格絮凝池栅间距特性研究

以广东中山某镇给水厂单体竖井建立分析模型,借助CFD软件对网格絮凝池单个竖井内湍流场进行数值模拟。通过对图形曲线及模拟变量--湍动能k分析探讨,确定了单层栅条板栅间距D=4cm或5cm的栅条布置方式,其具备较高湍动能级、较强速度差异优点,对现有网格絮凝池网格分布改造具有重要意义。     

基于CFD对大跨度连续桥梁抗风性能分析

以计算流体力学(CFD)数值模拟方法对大跨度连续桥梁抗风性能进行分析,与风洞试验数据对比,从理论与实际两方面研究可知:通过与风洞试验所得三分力系数(阻力系数、升力系数、升力矩系数)对比可知模拟值与试验值变化趋势完全一致,模拟值略大于试验值的6%左右,因此对模拟值进行修正后可作为桥梁抗风性能设计参考。对箱梁跨中断面以及四分点断面流场模拟可知在风流情况下箱梁最大正压力集中于箱梁迎风面的上、下两棱角处,风速在梁底棱角处以及前缘尖锐棱角处出现严重分离。箱梁跨中断面计算值大于四分点断面计算值,抗风设计时可根据跨中断面作为设计基准。     

基于桥梁系数的非线性静力分析方法评估

以桥梁系数作为参照标准,分别采用真实地震波反应谱和设计反应谱作为地震需求,对比分析了4种非线性静力方法(承载力反应谱法、N2法、改进的模态Pushover分析法和自适应承载力反应谱法)对钢筋混凝土连续桥梁结构的计算准确性。研究表明:随着地震强度的增大,4种非线性静力分析方法得到的计算结果逐渐接近于非线性动力分析的计算结果;对于采用真实地震波的情况,N2法给出了最接近动力分析的结果,而对于采用设计反应谱的情况,4种非线性静力分析方法得到的结果之间差别非常小。     

考虑墩柱非线性的大跨桥梁抗震特性分析

以某山区薄壁空心墩连续刚构桥为例,运用非线性地震时程法分析了桥梁下部结构的抗震性能,总结出大跨高墩连续刚构桥抗震设计建议。提出在后续桥梁挡块设计中,应增大其高宽比至2.5左右,同时设置横向封闭箍筋,并将箍筋伸入盖梁,伸入长度至少为1倍挡块厚度。     

考虑碰撞效应的双柱式高墩桥梁非线性地震反应特性研究

以西南山区线路中常用的双柱式高墩桥梁为研究对象,建立典型桥跨结构的空间动力分析模型,采用非线性动力时程分析方法,详细研究了考虑地震碰撞效应时桥梁结构的地震响应特性,并探讨了接触单元刚度取值、间隙宽度、桥台刚度以及支座滑动性能等非线性边界条件的影响。结果表明:梁间碰撞作用主要发生在近桥台伸缩缝处,碰撞作用减小桥墩的地震响应,同时在梁体中产生较大的短时加速度脉冲效应;考虑桥台的纵向约束作用将使得梁间碰撞效应增强;对于通常设计采用的间隙宽度范围,强震作用时碰撞现象会不可避免地发生;支座滑动性能对桥墩的地震响应起到隔震的作用,考虑支座滑动性能后梁间碰撞次数减少;各种非线性边界条件因素的综合作用使得桥跨结构的地震响应变得较为复杂,为获得结构真实响应结果应该合理考虑这些因素的影响。     

基于非线性规划的综合管廊断面尺寸设计优化

传统的综合管廊断面尺寸设计过分依赖相关规范取值以及经验的主观判断,造成管廊空间利用率不足等问题。 为提高综合 管廊空间利用率、降低建设投资成本,提出一种基于非线性规划对综合管廊断面尺寸设计进行优化的方法。 通过构建数学模型并 采用Matlab软件对案例优化进行精确计算,使设计结果更加科学合理。 最后通过案例分析验证方法的可行性,在控制成本的条件 下,将断面面积提高了20.8%,满足规范要求的同时提高了空间利用率。