三维风场下的不同桥梁断面形式的气动特性数值分析

基于计算流体力学(CFD)方法,计算风对桥梁的静力作用.首先在二维和三维风场环境中,分别计算了同一桥梁断面的三分力系数,将其与风洞试验结果进行了对比.然后在三维风场下,分别以扁平箱梁、分离式双边箱梁和∏型梁三种经典桥梁断面为结构模型,建立-5°～+5°共11个风攻角下的流场模型,以剪切应力输运k-ω模型为湍流模型,提取不同攻角下的三分力系数,绘制了桥梁结构模型周围的风场特征图,包括压力云图、速度和旋涡的分布图,分析不同桥梁断面形式的抗风性能.结果表明,三维的计算结果更加接近试验值,其阻力系数和升力系数与试验值的误差分别为1.36％和0.054％.通过三维数值分析得到的数据可以初步确定抗风性能好的断面类型,能为大跨度桥梁的设计与研究提供重要参数.     

带风嘴π型组合梁断面涡振性能试验及抑振机理研究

为研究带风嘴π型叠合梁断面涡激振动性能,基于某在建斜拉桥工程的设计方案,通过1∶50缩尺比刚性节段模型自由悬挂风洞试验,测试了不同工况下π型梁的涡振性能,并对上、下稳定板及组合稳定板措施的抑振效果进行了研究.进一步采用SST k-ω湍流模型,模拟了原断面和推荐措施下π型梁断面周围的流场特性,并结合绕流涡量演化图探讨了涡振抑制机理.研究结果表明:原断面在5种风攻角状态下均发生明显竖向涡激振动,且+5°攻角竖向幅值超过规范允许振幅.设置与边主梁等高的下中央稳定板明显降低了涡激振动响应,主梁涡振性能随着下中央稳定板高度的增加先提升后降低.     

大型桥梁动力特性检测方法

本文提出了对运营中的大型桥梁在不影响效能的前提下检验大桥主要结构受力状态及性能的实用方法。重点介绍了斜拉桥与悬索桥索力的振动测量法，桥梁动力特性的测试、桥塔水平位移的激光测量等实验技术；给出了山东东营黄河大桥实测与计算的结果。     

基于雨燕翅膀的仿生三角翼气动特性计算研究

针对低雷诺数微型飞行器的气动布局, 设计出类似雨燕翅膀的一组具有不同前缘钝度的中等后掠($varLambda =50^{circ}$)仿生三角翼. 为了定量对比研究三角翼后缘收缩产生的气动效应, 设计了一组具有同等后掠的普通三角翼. 为了深入研究仿生三角翼布局的前缘涡演化特性以及总体气动特性, 采用数值模拟方法详细地探索了低雷诺数($Re=1.58times 10^{4})$流动条件下前缘涡涡流结构和气动力随迎角的变化规律. 分析结果表明, 前缘钝度和后缘收缩对仿生三角翼前缘涡的涡流强度和涡破裂位置有显著影响. 相对于钝前缘来说, 尖前缘使仿生三角翼上下表面的压力差增大, 涡流强度也更大, 增升作用也更显著. 相对于普通三角翼构型, 仿生三角翼的前缘斜切使其阻力更大, 但后缘的收缩使涡破裂位置固定在此位置, 因此整个上翼面保持低压, 总的升力更大. 由于小迎角时升力增大更明显, 因此仿生三角翼的气动效率在小迎角时明显大于普通三角翼. 这些结论对于揭示鸟类的飞行机理以及未来微型仿生飞行器的气动布局设计具有重要的研究价值.     

卷弧翼气动特性研究进展

本文列举了卷弧翼在战术武器中的应用实例,介绍了卷弧翼的几何特性、气动特性、优缺点及布局设计,评述了对卷弧翼气动特性所做的理论与试验研究工作。最后指出了有待进一步研究的问题。     

高空高速飞行器气动特性研究

高空高速飞行中的黏性干扰效应、真实气体效应和稀薄气体效应成为决定未来空天飞行器能否实现安全飞行、精确控制和制导的重大基础科学问题, 必须发展相应的基础理论和研究方法.该文从计算方法、流动拓扑分析以及典型飞行器应用等方面介绍了作者所在研究团队近年来部分工作进展.      

卷弧翼气动特性研究进展

本文列举了卷弧翼在战术武器中的应用实例,介绍了卷弧翼的几何特性、气动特性、优缺点及布局设计,评述了对卷弧翼气动特性所做的理论与试验研究工作。最后指出了有待进一步研究的问题。     

快速成型弹性风洞模型高速气动特性研究

利用光固化快速成型技术加工了内部金属骨架、外部光敏树脂外形的弹性轻质AGARD-B模型.采用气动与结构并发分析方法对其跨声速气动特性进行了初步研究,完成了风洞验证实验.研究结果表明:在马赫数0.6和1.2、较小攻角(α≤4°)的条件下,弹性轻质模型气动力特性与金属模型基本吻合;较大攻角(α>4°)条件下,因弹性轻质模型刚度比全金属模型小,试验过程中受气动载荷作用,特别是升力的影响,结构机翼变形较大,导致气动力特性与全金属模型差异较大,故气动力系数需要进行弹性变形修正.初步实验结果指出:在跨声速范围内,弹性轻质模型可直接用于气动布局选型设计与研究、基本状态等研究;但同时弹性轻质模型刚度不足,易变形.     

基于浸入边界算法的振动钝体绕流模拟研究

传统CFD方法在振动钝体绕流计算中常借助动网格技术,网格再生任务繁重。针对于此,本文利用可在静止网格中计算动边界绕流问题的浸入边界算法(IBM),编写数值模拟程序,分别对竖向强迫正弦振动方柱(Re=UD/v=103、振幅恒定、振动频率变化)以及桥梁断面(Re=UB/v=7.5×103、振幅、振动频率均变化)展开气动特性和流场特征结构分析。初步研究结果表明,振幅恒定为方柱高度的14%时,其涡脱锁定区长度为0.06~0.2,锁定区后端(Stc0.2)振动方柱涡脱频率回归静止涡脱频率;不同振幅下的桥梁断面阻力系数均在静止涡脱频率处产生峰值,桥梁断面升力系数则在此处均出现归零效应,且振幅越大,归零效应愈明显。     

民机机头气动特性的实验研究

在1.2m量级亚跨超声速风洞采用DPIV、测压、油流显示三种实验技术对某型飞机机头模型气动特性进行了实验研究,得到了两个机头模型在巡航马赫数和快速巡航马赫数条件下的气动特性,实验结果表明：在巡航马赫数条件下（Ma=0.785）,机头顶端气流速度和压力分布平滑,不存在流动分离和超音速区域;在快速巡航马赫数条件下（Ma=0.820）,机头顶端存在局部很小区域的超音速区,强度很小,不存在流动分离;相同马赫数条件下,对于确定模型,随着攻角增大（由3o增加到6o）,气流在模型上进入高流速区或超音速区的位置有所提前,位置相差约为半个到一个测压面间距;相同马赫数和相同攻角条件下,气流在两个机头模型上进入高流速区或超音速区的位置存在差异,位置相差约半个测压面间距。三种实验方法结果相互吻合,实验数据符合气动规律,可作为机头气动设计的依据。     

再入湍流尾迹及其对雷达散射的影响研究

就高超声速再入体尾迹等离子体场而言,为进行其亚密湍流雷达散射截面的理论分析,提出了计算湍流尾迹脉动等离子体场强的理论模型及求解方法,即在研究高超声速尾迹流动特征的基础上,推导、使用包括化学组份浓度脉动强度的k－ε－g湍流模型,用以封闭高超声速粘性尾迹湍流运动时均控制方程组,并用全隐式有限差分法求解,算例小钝锥体的飞行条件为零攻角、M_∞＝21．3,Re_（∞D）＝1．33×10~6;M_∞＝20．5;Re_（∞D）＝3．22×10~5,计算结果得到了合理的参数分布;考虑电磁波在上述等离子体介质中的传播,以单电子多次散射模型─—畸变波Born近似方法,计算了湍流尾迹脉动等离子体雷达散射截面,给出散射能（RCS）在不同极化状态下的分布,分析了散射背景场脉动湍流对电磁波在其中传播的影响．     

MULTIBLOCK EULER COMPUTATION OF TRANSONIC FLOW ABOUT A GENERIC AIRCRAFT CONFIGURATION

SUMMARY

An implicit, upwind numerical scheme is presented for computing the unsteady transonic flowfield around complex aircraft configurations. This scheme solves the time-dependent Euler equations with a finite volume method that incorporates a high resolution Riemann solver to define the interface fluxes. A multiblock domain decomposition appproach is used to partition the computational domain into a completely arbitrary arrangement of blocks. However, this work is restricted to C¹-continuous grid lines across block boundaries. Consequently, block-block interfaces are treated such as to mimic interior block communication, thus introducing no additional spatial differencing error. Computational results have been obtained for a complete wing-pylon-store configuration with the store in the captive and vertical launch positions. The numerical results for both stationary and dynamic grids have shown favorable agreement with experimental data.     

SHEAR STRESS ANALYSIS OF TIMOSHENKO'S BEAM WITH MULTIPLY CONNECTED CROSS SECTION

In this paper, a finite element method is developed to numerically evaluate the shear coefficient of Timoshenko's beam with multiply connectd cross section. With focus on analyzing shear stresses distributed at the neutral axis of the beam, an improved definition of the shear coefficient is presented. Based on this definition, a Galerkin-type finite element formulation is proposed to analyze the shear stresses and shear deflections. Numerical solutions of the examples for some typical cross-sections are compared with the theoretical results. The shear coefficient of tower sections of the Tsing Ma Bridge is calculated by use of the proposed approach, so that the finite element modeling of the bridge can be developed with the accurate values of the sectional properties.     

按广义坐标建立具有移动质量的箱梁振动方程

在文献（５）讨论移动荷载作用于箱梁的基础上，进一步考虑了移动质量对梁的动力作用；推导，建立了与前者性质，形式完全不同的变系数振动方程，并用数值方法救是解答，算例验证了本文建立了振动方程是正确的。     

THE APPLICATION OF A FINITE DIFFERENCE/FINITE VOLUME ALGORITHM TO SOLVE MAXWELL'S EQUATIONS IN THE TIME DOMAIN

Abstract

A finite volume/finite difference method based on Ni's multigrid formulation is introduced for the solution of Maxwell's equations. The scheme is presented for the cases of transverse magnetic scattering from two-dimensional circular and square cylinders, as well as from NACA 0012 airfoil. The codes are validated against the traditional Method of Moments, which is analogous to a panel method in CFD. The circular cylinder scattering is compared to the analytical series solution for better understanding how the roles of numerical dispersion and dissipation errors affect the solution. The reflecting boundary conditions are modeled by the idea of inducing fields inside the conductor and a method of modeling the singularities that arise at a sharp corner is presented. Absorbing boundary conditions are modeled by integrating along the characteristic compatibility equations in the direction of the outgoing wave.     

二维高亚音速Laval喷管流场的有限元计算

本文使用了八节点曲四边形等参元，通过变分有限元法，对二维高亚音速Ｌａｖａｌ喷管位势流场进行了计算，结果是满意的，并和一维结果进行了对比。文中还使用了有限元法特有的局部线化理论，取单元中心点密度去处理迭代过程中单元系数阵的计算，其结果与通常的有限元法计算相一致，但计算时间却大大减少了。