基于耦合自由振动方法的桥梁颤振稳定性数值模拟

摘要

为精确模拟桥梁颤振流固耦合现象,必须利用非线性振动理论来求解偏微分方程组.本文采用Newmark-β法进行非线性振动的定量分析.利用嵌入Newmark方程的UDF程序驱动动网格实现耦合自由振动法识别桥梁颤振导数.通过对比理想平板颤振导数理论解给出Newmark方程参数的合理化建议,并与棋盘洲长江公路大桥风洞试验结果对比验证该方法的精度.结果表明:修正后的耦合自由振动法计算得到的颤振导数和颤振临界风速具有较高的精度.颤振临界风速数值模拟结果稍大于风洞试验结果,最大误差不超过10%.攻角越小,模拟精度越高.通过观察状态向量时程可快速判断颤振临界风速范围.对于超大跨悬索桥,当扭弯频率比大于3.5后,颤振临界风速会显著提高.