【通知公告】博士论文答辩公告-湖南大学研究生院剩女桃花劫


学位论文简介
本文通过对方柱、圆柱、B/D= 6的矩形、薄平板、以及流线型箱梁、Π型梁与分离式双箱梁等典型断面绕流应用了Spalart-Allmaras、Standard k-ε、RNGk-ε、Realizablek-ε、Standard k-ω与SST k-ω等湍流涡黏模型，LRR RSM、SSG RSM与Stress-Omega RSM等Reynolds应力模型，Smagorinsky、Dynamic Smagorinsky、Dynamic Kinetic Energy、Wall-Adapting LocalEddy-viscosity(WALE)、Original Wall-Modeled LES(O-WMLES)、Wall-Modeled S-Omega LES(S-Omega WMLES)等LES亚格子模型等共计三大类十五种湍流模型开展了CFD二维数值分析。从静止绕流场模拟、涡激共振预测、颤振导数识别、气动自激力的振幅效应等方面检验了各种湍流模型的适应性有珠何须椟 ，具体包含以下主要内容：
(1) 回顾了桥梁钝体断面绕流的数值模拟现状。整理了国内外近十多年来桥梁风工程中的CFD数值结果相对试验值的误差分布范围，统计表明当前CFD结果的试验相对误差远超出工程应用所能接受的程度；系统地归纳了RANS湍流涡黏模型、Reynolds应力模型以及LES亚格子模型建立的理论依据因涅斯塔。
(2)采用RANS湍流涡黏模型、Reynolds应力模型以及LES亚格子模型分别对方柱、圆柱、闭口流线型箱梁三类典型钝体桥梁的高Reynolds数静止绕流问题展开了二维数值分析狐火锦卫门。通过与试验值相对比，从静气动力、涡脱频率、表面压强分布、尾流区流动特性等一系列方面分析了各种湍流模型的二维计算精度，研究了各种湍流模型用于模拟各构件静止绕流的适应程度。
(3)针对矩形断面的竖向涡激共振现象，分析了RANS湍流涡黏模型、Reynolds应力模型以及LES亚格子模型二维模拟钝体构件流固耦合振动的合理性；研究了矩形断面发生涡激共振时在不同风速区间的流态特征；分析了涡激共振响应的频率特性；讨论了初始运动状态对涡激共振数值模拟结果的影响；从气动力做功的角度研究了涡激共振的机理。
(4)通过分状态简谐强迫振动的方式对薄平板开展数值模拟，并结合Theodorsen的理想平板解析解验证了RANS湍流涡黏模型、Reynolds应力模型以及LES亚格子模型准确识别颤振导数的可行性。采用识别精度较优的湍流模型先后识别了矩形断面、流线型箱梁断面、Π型梁断面以及分离式双箱梁断面等多种具有代表性的钝体桥梁断面的颤振导数，结合试验结果分析了气动外形对钝体构件颤振导数的影响；研究了各种湍流模型在颤振导数识别方面的适应性；为同类研究选取湍流模型时提供了参考。
(5)结合阶跃函数推导了时域气动自激力做功的解析表达式；通过分状态强迫振动方案采用SST k-ω湍流涡黏模型与LRR Reynolds应力模型研究了振动幅值对分离式双箱梁断面颤振导数的影响；讨论了不同振幅条件下的气动力-位移关系；采用非线性最小二乘法拟合了气动自激力时域表达式系数，并通过反算的颤振导数与CFD识别的颤振导数之间的差异验证了振动幅值变化对拟合精度的影响；分析了时域气动自激力的能量特性随振动幅值增大的变化趋势，研究了不同振动状态之间的时域气动自激力做功的区别；对比了SST k-ω湍流涡黏模型与LRR Reynolds应力模型模拟多种振动幅值下分离式双箱梁气动自激力的差异张辛怡 。
主要学术成果
[1]Zhang Zhitian, Zhang Xianxiong曼哈顿夜曲, Yang Yongxin, Ge Yaojun. Nonlinear Aerodynamic and Energy Input Properties of A Twin-Box Girder Bridge Deck Section[J]. Journal of Fluids and Structures, 2017魏吉英 , 74(10): 413–426(SCI万宝路黑冰, 导师第一作者)
[2]张显雄, 张志田,张梦瑾 张伟峰, 陈政清. 五种湍流涡粘模型在二维方柱绕流数值模拟中的对比研究[J]. 空气动力学学报, 2018安东尼沃克 , 36(2): 339–349(校定重点雷春美，第一作者)
[3]张志田, 张显雄, 陈政清. 桥梁气动力CFD模拟中湍流模型的应用现状[J]. 工程力学, 2016, 33(6): 1–8(EI金美娜，导师第一作者)
[4]张显雄, 张志田. 典型箱梁断面在涡黏湍流场中的气动参数研究[C]. 第十八届全国结构风工程学术会议论文集, 2017, 中国长沙
[5]张伟峰, 张志田, 张显雄. 桥梁颤振导数与气动导纳关系的试验验证[J]. 振动与冲击肖爽, 2018, 37(5): 28–35

来源：湖南大学研究生院
编辑：李仪