双层风-汽车-列车-桥梁系统气动干扰机理及多尺度建立关键问题

基本信息
批准号:51878058
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:韩万水
学科分类:
依托单位:长安大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:高广中,谢青,刘焕举,袁阳光,李光玲,赵越,刘修平,吴松
关键词:
壳单元风洞试验双层公铁两用桥高性能矩阵求解策略实体气动干扰
结项摘要

Multi-scale analysis system of wind-vehicle-train-bridge is a complex dynamic system with coordination among multiple random excitation, aerodynamic interference with multi-factor crossover and multi-scale elements. Firstly, three kinds of wind tunnel test equipment will be manufactured for vehicle bridge separation, vehicle bridge system and dynamic train testing system considering the static and dynamic flow of random traffic on the upper deck. Wind tunnel test and "numerical wind tunnel" will be used to achieve mutual check and complement, and to explore the aerodynamic interference mechanism with static and dynamic intersection among the multi factors. Then the establishment, solution and display of the refined system will be realized by a collection of solid and shell element, adaptive mesh generation, multi-scale modeling method based on sub model and multi point constraint, high performance matrix solving strategy and visualization of simulation results provided by GPU (Graphics Processing Unit). The equivalent load mode of static wind force and buffeting force at the cross section of solid and shell element will be conducted based on the principle of equivalent resultant force, and the self-excited force based on the rigid body kinematics theory. Finally, the multi scale fine analysis system of double deck bridge with beam, shell and solid element will be realized, and the mechanism of static and dynamic aerodynamic interference between multi elements will be clarified. The proposed subject will greatly promote the intersection, integration and sublimation of the wind vehicle bridge related multidisciplinary frontier, the basic theory of double deck highway railway dual bridge, the progress of engineering numerical simulation and improve the level of simulation and analysis of bridge health monitoring system, the vibration reduction and noise reduction of rail transit bridge.

双层风-汽车-列车-桥梁多尺度分析系统是多重随机激励作用、多元素交叉气动干扰和多尺度单元协调工作的复杂动态系统。首先研制车桥分离、车桥系统和考虑上层随机车流静、动态存在的移动列车测试系统三种风洞试验装置,采用风洞试验和“数值风洞”两种方法相互校核补充,探明系统多元素间静、动态交叉气动干扰机理;其次集合实体、壳单元,自适应网格划分,基于子结构和多点约束衔接的多尺度建模方法,图形处理器(GPU)高性能矩阵求解实现精细系统的建立和求解。最后开展横断面实体、壳单元静风力和抖振力基于合力等效原则以及自激力基于刚体运动学理论等效加载模式。最终实现融合梁、壳和实体单元的双层桥面多尺度精细分析系统,明确多元素间静、动态气动干扰机理。通过本课题研究将极大促进风-车-桥相关多学科前沿的交叉、融合与升华,促进双层公铁两用桥基础理论和工程数值模拟分析进步,提升桥梁健康监测仿真评价、轨道桥梁减震降噪等相关领域水平。

项目摘要

桥位资源宝贵,双层公轨两用桥梁的使用愈加频繁。双层风-汽车-列车-桥梁系统是多重随机激励作用和多元素交叉气动干扰协调工作的复杂动态系统。本课题首先发展确定公轨两用双层桥面桁架梁风洞试验装置和分析方法,探明了典型工况下车桥系统气动特性变化规律;引入CFD方法的非平稳特异风场重构和车桥作用力等参映射加载技术,同时嵌入了基于新型轮轨关系假设的列车分析功能,建立了功能完善的双层风-汽车-列车-桥梁动力耦合分析系统;基于位移协调的多点约束方程方法,将杆系车桥系统提升至同时考虑结构整体响应及局部应力分析的融合梁与实体、壳单元的空间一致多尺度精细化分析系统;通过本课题的研究将为强风环境下双层公轨两用桥梁的行车安全、舒适性及结构安全分析和评价提供分析平台和理论依据,还将对提升桥梁健康监测与安全维护及相关科学的研究水平具有极为重要的意义。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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