桥梁风振数值分析

随着计算机科学与技术的快速发展，数值模拟已成为桥梁抗风研究的重要手段之一。本书面向大跨度桥梁抗风，系统介绍了桥梁风效应分析的内容，涵盖静风响应、颤振、抖振、涡振、驰振等内容，重点介绍了各类风振响应的数值分析方法。本书共9章，内容包括桥梁风振分析基础、计算流体力学基础、随机脉动风场数值模拟、气动参数识别、静风响应分析、颤振分析、抖振分析、涡振分析和驰振分析等。每章既包含相关分析理论的介绍，也包含典型数值分析算例，以加强读者对核心知识的理解与应用。本书可作为桥梁风振数值分析及相关课程的教材或参考书，适用于普通高等学校从事桥梁抗风学习与研究的本科生及研究生，也可供从事相关专业的技术人员参考。

第1章桥梁风振分析基础1
1.1风对桥梁的作用概述1
1.2桥梁风振数值分析方法3
1.2.1有限单元法概述3
1.2.2计算流体力学方法概述4
1.3随机振动基础知识5
1.3.1平稳随机过程5
1.3.2非平稳随机过程9
1.4主要发展趋势11
第2章计算流体力学基础13
2.1流体力学基本原理13
2.1.1流体力学基本假设13
2.1.2流体控制方程16
2.1.3湍流模拟18
2.2数值计算的基本步骤21
2.2.1数值建模、计算区域及边界条件设置21
2.2.2网格划分23
2.2.3网格无关性与时间无关性25
2.2.4误差的类型29
2.2.5误差的控制31
2.3计算流体力学方法31
2.3.1有限差分法31
2.3.2有限体积法35
2.3.3有限元法40
2.3.4涡方法46
第3章随机脉动风场数值模拟50
3.1随机过程方法50
3.1.1平稳风场50
3.1.2非平稳风场55
3.2计算流体力学方法66
3.2.1基于LES模型的湍流模拟66
3.2.2数值风洞模拟及验证68
第4章气动参数识别78
4.1静力三分力系数78
4.1.1基本概念78
4.1.2数值求解方法与验证79
4.1.3数值算例81
4.2气动导数92
4.2.1基本概念92
4.2.2参数获取的方法93
4.2.3数值算例94
4.3气动导纳函数98
4.3.1基本概念98
4.3.2理论方法99
第5章静风响应分析101
5.1静风力计算模型101
5.1.1平稳静风力101
5.1.2非平稳静风力103
5.2均匀流作用下静风响应分析103
5.2.1平稳分析103
5.2.2非平稳分析111
5.3考虑脉动风的静风响应分析112
第6章颤振分析118
6.1颤振基本原理118
6.2频域颤振分析119
6.2.1多模态法119
6.2.2全阶法124
6.3时域颤振分析130
6.3.1自激力的时域化130
6.3.2数值算例140
6.4计算流体力学方法143
6.4.1流固耦合作用143
6.4.2数值算例144
第7章抖振分析157
7.1抖振基本原理157
7.2频域抖振分析158
7.2.1分析方法158
7.2.2数值算例160
7.3时域抖振分析165
7.3.1阶跃函数法165
7.3.2脉冲函数法168
7.3.3数值算例171
7.4计算流体力学方法173
7.4.1节段模型三分力系数计算173
7.4.2主梁抖振响应CFD数值模拟176
第8章涡振分析181
8.1涡振基本原理183
8.1.1旋涡脱落183
8.1.2涡激共振184
8.2涡激力模型184
8.3计算流体力学方法187
8.3.1算例1：箱梁断面涡振性能模拟187
8.3.2算例2：临时设施对主梁涡振性能的影响189
8.3.3算例3：考虑地面效应的箱梁断面涡振模拟193
第9章驰振分析204
9.1驰振基本原理205
9.2准定常假设的驰振分析206
9.2.1驰振力模型206
9.2.2数值算例208
9.3考虑非定常效应的驰振分析210
9.3.1基于气动导数法的驰振分析210
9.3.2数值算例211
9.4计算流体力学方法212
9.4.1计算流体分析理论212
9.4.2算例1：正三棱柱213
9.4.3算例2：主塔尾流区吊索218
参考文献221