基于重叠网格法的斜拉索流固耦合振动分析

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采用CFD软件FLUENT以及重叠网格方法,分析光圆拉索在不同折算风速下光圆拉索涡激振动响应、新月形覆冰拉索在不同风速下流固耦合数值研究,主要研究内容如下:
  (1)详细介绍了拉索风致振动类型及研究现状,并且对拉索流固耦合所用到的控制方程以及求解方法做出详细介绍。采用重叠网格方法,利用软件提供的二次开发接口,嵌入自编Newmark??法程序求解振动方程、获得圆柱体的动力响应,对具有弹性支承的低质量比圆柱体进行涡激振动分析,验证了数值方法的可靠性。
  (2)对不同折算风速下光圆拉索的涡激振动响应进行分析,重点讨论光圆拉索在不同折算风速下气动力、振动频率以及振动位移、轨迹的变化规律。对拉索进行涡激振动分析,发现当折算风速Ur≤4.64时,拉索的横风向位移呈现出显著的“拍”特征,在对横风向振动位移进行FFT变换后,发现频谱呈现两个比较明显的峰,即为拉索涡激振动的两个主振频率;当折算风速Ur>4.857时,拉索横风向位移频谱图呈现明显的单峰值特征。对拉索涡激振动的运动轨迹进行了详细的分析,拉索属于高质量比涡激振动,其运动轨迹更加丰富,只有在接近发生涡激振动的范围内,拉索大致呈“8”字形运动轨迹。
  (3)质量比会对拉索涡激振动产生一定的影响,是影响涡激振动的重要因素。通过对低质量比涡激振动分析,可以得出结论:质量比越小,锁定区间越大,拉索的振幅也越大,拉索的质心运动轨迹呈比较规则的“8”字形运动。
  (4)对新月形覆冰拉索流固耦合问题进行分析,详细分析覆冰对拉索流固耦合振动的影响;分析不同初始攻角下具有弹性支撑的覆冰拉索流固耦合问题,可以得出结论:在较小风攻角下,覆冰拉索对涡激振动是有一定的抑制作用的(0°~30°风攻角);而当风攻角增大到40°时,覆冰拉索发生涡激振动的区间增大且振幅有一定程度的增加;当风攻角增大到90°时,拉索发生涡激振动的区间与光圆拉索一致,但是振幅却有大幅提升。
  (5)、研究高风速下覆冰拉索全攻角气动响应特性,并且进一步研究高风速下覆冰拉索驰振问题。在初始风攻角为30°时,对不同阻尼比覆冰拉索进行了驰振数值模拟。在阻尼比较低时,覆冰拉索发生驰振的起振风速较低;随着阻尼比的不断增大,覆冰拉索发生驰振的起振风速也相应提高。
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