两自由度平板大幅运动的气动特性与稳定性的CFD研究

祝志文　颜爽　王钦华　李加武

摘要： 为研究两自由度薄平板大幅运动的气动特性，评价其气动稳定性，基于任意拉格朗日?欧拉描述法的动网格技术，通过有限差分法求解描述任意流变区域不可压流动的控制方程，开展了不同折减风速下薄平板竖弯和扭转运动绕流场的CFD （Computational Fluid Dynamics）模拟。研究认为，单自由度薄平板小幅运动的气动力系统是线性和稳定的，即使单自由度大幅竖弯运动也是线性和气动稳定的。但单自由度大幅扭转运动的平板气动力系统出现非线性，并随折减风速的提高非线性变得显著，且平板将进入气动不稳定状态。另外，大幅扭转耦合不同竖弯振幅运动的平板，气动力系统均为非线性并随折减风速的提高越加显著，而该非线性主要来自扭转自由度的大幅运动;对该两自由度耦合系统，当竖弯振幅较小和折减风速较高时，气动力系统是不稳定的;但当竖弯振幅较大时，气动力系统将是稳定的。

关键词： 气动稳定性; 薄平板; 大幅运动; CFD; 气动力非线性

中图分类号： U448.21+3; V211.3    文献标志码： A    文章编号： 1004-4523（2021）02-0271-12

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2021.02.007

引  言

桥梁跨径的不断增大使得结构的频率和阻尼不断降低，导致桥梁对自然风作用的敏感程度明显增加，因而可能引起桥梁主梁的大幅运动。这些大幅运动，包括主梁的大幅涡激运动[1]和颤振[2]，以及拉索的大幅振动[3?4]。对钝体外形的桥梁主梁，或主梁因大幅运动产生较大的相对攻角效应，桥梁主梁的气动力系统可能会因这种大幅运动而呈现显著的非线性[5?6]。……