降雨对桥梁主梁静力特性的影响

针对大跨桥梁主梁风雨联合作用现象,从静力学角度出发,分析风雨联合作用下桥梁主梁荷载的三个组成成分———风雨致静力三组分,以及桥梁主梁风雨致静力相对于纯风作用下风致静力增量,并给出了测试方法,通过在大气边界层风洞中搭建风雨联合作用试验系统,以一开槽双箱桥梁主梁节段模型为试验研究对象,完成节段模型在风雨联合作用下的静力特性试验,进而获取降雨对桥梁主梁风致静力作用的影响规律。试验结果显示:在较大的负攻角下,雨的冲击力对桥梁主梁风致阻力分量影响较大;在较小的负攻角及正攻角下,空间雨滴和主梁表面水膜附着引起的风场改变对桥梁主梁风致阻力分量影响较大。雨的质量、冲击力以及空间雨滴和主梁表面水膜附着引起的风场改变对桥梁主梁风致升力均有一定影响。空间雨滴和主梁表面水膜附着引起的风场改变对桥梁主梁风致扭矩影响最大,其次是雨的质量作用,最后是雨的冲击力作用。试验结果表明:降雨对桥梁结构的风致静力的影响主要取决于空间雨滴和主梁表面水膜附着引起的风场改变。     

正三角形排列三圆柱绕流与涡致振动数值模拟

基于有限体积法求解二维粘性不可压缩N-S方程,对低雷诺数下正三角形排列等直径三圆柱的绕流与涡致振动进行数值模拟。圆柱振动简化为两自由度的质量-弹簧-阻尼模型,圆柱的动力响应通过Newmark-β方法求解。间距比在1.5~6.0之间变化,重点研究各圆柱的气动力和响应及相关的频率特性、尾流流动模式随间距比的变化。研究结果表明:三圆柱发生振荡时的气动力要远大于绕流结果,当间距比在3.5~4.0之间气动干扰最为强烈。当间距比大于3.0时,下游圆柱的横向和流向位移相位差出现周期性切换,导致升力系数均值出现波动,并且下游圆柱的质心运动轨迹为斜向上和斜向下椭圆形的叠加。三圆柱的最大横向位移幅值均能达到0.9D,下游圆柱的最大流向振幅达到1.1D,这说明组成多圆柱振荡系统单柱的横向位移远大于孤立圆柱发生涡激共振的最大位移,并且下游圆柱的流向振荡不可忽视。     

龙卷风风场特性的CFD数值模拟

基于计算流体动力学方法建立了龙卷风发生装置的数值计算模型,对具有单涡结构的龙卷风风场特性进行了研究.分析了切向风速沿径向和高度的分布规律,并将切向速度沿径向的分布与Rankin涡模型和参数化气旋模型理论公式进行对比,验证龙卷风风场数值模拟结果的合理性.进一步研究了入口风速和入口角度改变对龙卷风风场特性的影响,并给出了各个数值计算模型近地面核心半径、最大切向风速和涡流比,进而可以获得不同尺度和不同强度的龙卷风风场.该方法为龙卷风风场模拟提供了新的研究途径,并可应用于建筑物的抗龙卷风设计研究.     

基于OPTICS聚类算法的流场结构特征分析方法

为了改进现有的基于聚类分析的流场结构特征分析方法,使之更加适用于结构风工程领域的风场特征识别与分析,依托聚类分析的思想,结合一种基于密度的OPTICS聚类算法,并引入相关距离的概念替换了原算法中的欧氏距离,提出了采用一种基于相关距离的OPTICS聚类算法进行流场结构特征分析.实例分析利用基于大涡模拟的计算流体动力学数值模拟,对低雷诺数下经典圆柱绕流问题进行了瞬态求解,获取了2000个圆柱尾流中顺流向涡的瞬态涡量场样本.然后,以识别圆柱尾流中的顺流向涡旋涡脱落状态和顺流向涡A模式展向分布为目标,对比了k-means、原始的OPTICS算法和基于相关距离的OPTICS聚类算法等流场结构特征分析方法.分析实例的结果表明,基于相关距离的OPTICS算法能够在合适的初始参数设置下有效识别顺流向涡脱落状态和其A模式展向分布间距,相对k-means算法降低了对初始参数的敏感度,聚类结果稳定且唯一.