横风下公路桥梁与车辆系统的气动特性的数值模拟及试验研究

摘要

目前,在横风中公路上行驶车辆的安全性越来越受到关注,风车桥耦合系统得到越来越多的研究投入。车辆和桥梁气动力参数的准确识别是风.车.桥系统耦合振动研究的前提,然而大多数研究中通常忽略了车辆和桥梁间的相互气动干扰。本文基于CFD数值仿真平台分别建立了桥梁单体模型和车桥耦合体系模型,分不同工况进行研究分析,并对车桥耦合体系模型进行了风洞试验。本文主要工作包括:
　　 1、论文通过对风-车、风-桥和风-车-桥系统的气动特性研究结果的回顾和总结,发现目前车桥气动特性研究的不足,明确论文研究内容;
　　 2、论文系统研究了CFD数值模拟技术,实现了车桥系统的车辆静止、运动状态的数值模拟;
　　 3、基于CFD数值模拟技术,计算分析了车辆静止状态下的车辆和桥梁气动特性,分析研究了车辆对桥梁静气动力的影响、风攻角对车辆静气动力的影响以及风场的紊流性、车辆数量、车辆位置对车桥静气动力的影响。运用来流与车辆运动产生的逆向风速合成方法,研究分析了风偏角以及车桥的相互气动干扰对车辆和桥梁气动特性的影响:
　　 4、基于CFD数值模拟技术,计算分析了车辆运动状态下的车辆和桥梁气动特性,分析研究了风偏角对车辆气动特性的影响和车桥间的气动干扰对车桥系统气动特性的影响,并对比分析了车辆静止状态和车辆运动状态下的车桥气动特性;
　　 5、利用制作的测试系统通过风洞试验对不同工况下车辆和桥梁的气动特性进行了测试。基于风洞试验结果,分析研究了风场的紊流特性、风速、前后车辆干扰、车辆横向距离对车辆气动力的影响以及车辆对桥梁静气动力的影响;根据车辆和桥梁表面压力,探究了车辆和桥梁气动特性发生变化的原因。另外,对风洞试验的部分工况进行了数值模拟研究,进一步验证了试验结果的正确性。