水中悬浮隧道绕流场特性与锚索疲劳损伤研究.pdf

西南交通大学研究生学位论文王堂蝗±年Q也姓墨园!|申请学位级别业援梁皇隧道工程指导老师屈堕至熬援二O一三年五月级三Q名专国内图书分类号：U451国际图书分类号：687．38密级：公开
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词峥燃四日期：哆年易月y日叼夕臼2．不保密西适用本授权书。签厶西南交通大学学位论文版权使用授权书丹犯．本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行指导教师签名：名月者年作文位期学日：化丫，、r、
日期．沙哆年∥月华日西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。为研究水中悬浮隧道在均匀流作用下的荷载分布规律及其绕流场特性，本文首次采用大涡模拟(或者雷诺应力模型)的数值方法计算近十种断面形式悬浮隧道的绕流场，比较不同来流速度、长宽比、来流入射角等对悬浮隧道升阻力系数和周围压力分布的的可靠性依赖经验参数的取值，故不具有普适性。本文首次采用基于CFD的流固耦合方法对锚索涡激振动进行研究，将锚索运动简化为弹簧．质量．阻尼系统，采用SST湍质量比、阻尼比和是否考虑流向振动对锚索横向涡激振动的影响。(第4章内容)根据Hamilton原理，建立水中悬浮隧道锚索升力系数与无量纲模态振幅之间的关振幅。在此基础之上，根据模态叠加原理，对锚索涡激振动方程进行模态正交化处理，并利用Matlab语言实现水中悬浮隧道锚索的涡激振动的模态方程的求解过程。假定锚索的应力峰值满足Rayleigh分布，根据疲劳累计损伤理论获得锚索沿其长度方向疲劳损伤的分布，分别讨论了锚索密度、锚索长度、预张力和流速条件对锚索涡激疲劳损本学位论文的主要创新点如下：影响。(第3章内容)以往对锚索涡激振动的研究多采用基于经验参数的近似数学方程来计算，此方法流模型结合增强的壁面函数方程计算锚索周围流场，采用四阶Runge．Kutta法求解锚索振动方程，并将锚索振动方程程序嵌入流场分析软件进行流固耦合分析，讨论了锚索系，并利用Blevins升力模型和Vengugopal阻尼模型迭代求解升力系数和无量纲模态伤的影响。(第5,6章)学位论文作者签名：
摘要西南交通大学博士研究生学位论文水中悬浮隧道，其英文名称为SubmergedTunnel，简称SFT，又称Archimedes桥。作为水中结构物，波浪力和海流作用力是悬浮隧道最主要的环境荷载，悬浮隧道管段的断面形状和断面尺寸对其自身的流体作用力(波浪力和海流作用力)有显著的影响，不同断面形式的悬浮隧道管段绕流场的升力系数、阻力系数、斯托拉哈似计算，并未对作用于悬浮隧道管段上的流体力进行系统的研究。本文以锚索支撑式悬浮隧道为研究对象，锚索的水动力特性对悬浮隧道管段的稳定性和锚索自身可靠性与耐久性有重要影响，以往对锚索涡激振动研究均采用“升力振子”模型，而对锚索涡激力的计算简化为对Van．der-pol方程的求解，升力振子模型是一种近似数学模型，(1)通过有限体积法对Naviar-Stokes方程进行离散，采用多种湍流模型计算钝体结构绕流场。为了验证本文湍流模型和边界层简化技术的可行性，首先对圆形钝体结构(代表流线性结构)和方形钝体结构(代表钝角结构)两种典型的结构进行绕流场数值模拟。采用涡粘模型、大涡模拟和雷诺应力模型等多种数值模拟技术对两种钝体绕流场进行计算，并将计算结果如升力系数、阻力系数、斯托拉哈数和压力场分布等与既(2)采用雷诺应力模型计算了均匀流条件下作用于悬浮隧道管段上的流体力，得到了不同流速条件、不同断面尺寸和不同的断面形式等多种情况下，悬浮隧道管段的流体升力、阻力、斯托拉哈数和压力场分布