midas FEA的CFD分析桥梁应用案例简介

midasFEA的CFD分析桥梁应用案例简介AdvancedNonlinearandDetailAnalysisSystemMIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.目录抗风设计简介CFD分析简介midasFEA的CFD分析功能验证CFD分析的适用案例目录抗风设计简介抗风设计简介设计规范(韩国)1.道路桥设计基准(2005)•结构静力设计中使用的风荷载：单位面积风压p采用设计基准风速(V10)、空气密度(ρ)、抗力系数(Cd)、粗糙度响应系数(G)计算。2.索钢桥设计指南报告指南(2005)•索桥的抗风安全性需要通过合理的步骤进行验算。合理的步骤是指当地风环境和风速资料的收集、静力设计、使用风洞试验和空气弹性分析预估索桥的动力响应、构件的安全性验算、使用性能验算等。作用在结构上的风荷载1.静力抗风设计-风荷载:P=(5E-7)(ρ)(Vd2)(Cd)(G)-设计基准风速:在高度10m位置上获得的重现周期为100年的风速-粗糙度系数:(动风速的最大响应值)/(平均风速的响应值)2.动风荷载-颤振：Flutter(Galloping)，扭转及竖向的发散振动-抖振：Buffeting，湍流成分引起的强迫振动-漩涡脱落：Vortex-shedding，周期性的尾流引起的谐振抗风设计简介静荷载变形/应力/横向屈曲/divergence2.动荷载•Flutter(Galloping)BuffetingVortex-shedding抗风设计简介作用在结构上的风荷载静态(由力引起)风荷载静力荷载引起的静力变形、倾覆、滑动Divergence,屈曲稳态风荷载引起的静力失稳动态(由振动引起)Vortex-shedding与物体上湍流引起的非定常风荷载引起的振动Buffeting接近流的紊流性引起的强迫振动Galloping物体的动能反馈到流体上，流体引起的自激发散振动(self-excited)TorsionalflutterCouplingflutterRainvibration斜拉索上发生的振动(Cable)Wakegalloping尾流(wake)引起的振动(cable)抗风设计简介目录CFD分析简介分析简介CFD分析使用数值模拟方法获得静力空气动力系数Cd、Cl、Cm-比风洞试验经济-比风洞试验快-可获得较大的Reynolds数WhyCFD??CFD必要性•确定桥梁的标准截面-截面形状的微小变化也会对空气动力系数有较大影响•确定桥梁主梁周边的流体流动特性-流场分布与截面的抗风稳定性相关•经济性•分析报告的美观性CFD分析简介确定基本风速静力设计获得动力响应结束动力设计有害振动验算抗风稳定性构件验算(应力、屈曲、疲劳)使用性能评价验算施工阶段开始局部模型试验/动力CFD防振措施全桥模型试验/动力CFD施工阶段模型试验/Buffeting分析yesnoyesN.G.noN.G.N.G.O.K.O.K.부분모형실험/정적CFDCFD分析简介目录midasFEA的CFD分析功能验证宽度(流动方向):LH=25.63m高度(桁架高):LV=3.862mmidasFEA的CFD分析功能验证midasFEAvs.FLUENT•MidasFEACd=0.600•FLUENTCd=0.651midasFEA的CFD分析功能验证目录CFD的适用案例截面形状设计-Cd、Cl、Cm-漩涡脱落(Vortex-shedding)-并列效应行车安全性–隔音墙、挡风墙动力分析CFD的适用案例截面形状设计-Cd、Cl、Cm-漩涡脱落(Vortex-shedding)-并列效应行车安全性–隔音墙、挡风墙动力分析CFD的适用案例截面形状设计–(1)-非对称桥梁Cd=2.045Cd=2.650CFD的适用案例=-2.00%2002,000S=-2.00%6,00013,2006,0007,00025,2007,000S=-2.00%2@3,500=7,00025,20023,2007,0006003,0001,000S=-2.00%2002,0003,0007,000600S=-2.00%750500750CLOFROAD2@3,500=7,0002001,0002,000-标准截面B=25.2mD=4.23mCFD的适用案例截面形状设计–(2)的适用案例截面形状设计–(2)道路桥设计基准的设计推荐值(D基准)CD=2.1-0.1(B/D)=1.5D基准空气动力学系数(D=4.23m)腹板6m7m8m攻角+2.5°0°-2.5°+2.5°0°-2.5°+2.5°0°-2.5°CD0.7090.6700.7310.6960.6510.7280.7040.6570.708CL0.351-1.333-3.0780.693-1.175-3.3271.015-0.950-2.759CM-2.6280.0622.275-1.8330.6732.408-1.5620.9193.449CFD的适用案例截面形状设计–(2)-本例题计算结果当攻角变化引起的弯矩系数的斜率为负值时，可初步判断发生扭转颤振CFD的适用案例截面形状设计–(2)=1,2008005,0003,4008005,0008007,0002,0002,0003,000R=1,2003,40080091,0807,0038,603800R=1,2008005,0008003,4008003,4005,000R=1,2008008,6034,3602,2432,00080091,0808008008,81680010,416R=1,2006,0687,6688007,6688002,00010,416R=1,2006,4162,0008006,068114,70910,0007,60012,000R=8009,6001,2001,2001,2001,2001,2008,0002,00012,0002,00010,000R=8007,6001,200134,328CFD的适用案例截面形状设计–(3)主塔倒角：r=角部半径h=迎风面的标准长度CFD的适用案例截面形状设计–(3)设计方案r/h=0.021(b)r/h=0.167(c)风速分布图静压力分布图阻力系数本例题计算2.0041.179现有资料大约2.01.1~1.2CFD的适用案例截面形状设计–(3)主塔倒角：并列效应：韩国道路桥设计基准韩国抗风设计便览CFD的适用案例截面形状设计–(3)并列效果：CFD的适用案例截面形状设计–(3)主塔的CFD分析：截面标准截面长度r/h阻力系数CDR=2mR=1mA-A5.000m0.2860.650.93B-B5.000m0.2320.710.95C-C7.668m0.1920.991.12E-E10.000m0.1670.891.18AA3,000230,75943,90023,9006,8506,850D10,000C2,0006,2509,000EB79,81166,9488,0004,00066,0004,0002,0002,0004,000FGFGED10,000CB6,00070,0004,0004,0006,8506,850HH17,70027,7005,000LofPYLONC5,000CFD的适用案例截面形状设计–(3)