桥梁抗风性能仿真

利用CFD-ACE进行桥梁抗风性能仿真一、计算实例简述

本计算实例为重型支援桥假设时三个阶段的风桥耦合仿真。

其模型结构如图所示：

图1.1位重型支援桥某工作状态模型

前期使用GEOM软件进行模型建立，网格划分等工作，并把此计算案例分为三个域进行计算：1号域为桥体本身；2号域为桥体附近的空气流域；3号域为桥体远方的空气流域。

为了提高计算效率以及计算精确度，则需要在1号和2号域中网格相比3号域中更为精密。下图为三个域的示意图。

图1.2域1 和域2示意图

其中如图1.2所示，实体桥结构内部为1号域，桥体周围的立方六面体（紫色六面体）到桥表面之间的空间为2号域。

图1.3 3号域示意图

3号域为最大的立方六面体到中间的立方六面体之间的空间。

二、操作界面介绍

打开CFD-ACE，其工作界面如下图所示：

图2 CFD-ACE软件工作界面

其主要分为菜单区、实体（域）显示区域、设置面板、操作对象选择区等四个部分。

1.菜单区

File、Edit、View、Units、Tool、Windows分别为基本操作的操作菜单。

为文件打开、存储、撤销快捷按钮。

为控制模型显示方式的选项按钮，其中可选择模型的可视角度、透明度、阴影等。

为CFD-ACE计算过程中对计算仿真过程或者结果操作的按钮。其功能有时时观察收敛曲线、打开与其关联的CFD-VIEW软件等。

图2.1.1菜单区工作界面

2.实体（域）显示区域

图2.2.1实体（域）显示区域

其操作方式主要为鼠标操作，其中鼠标左键功能为拖动，鼠标右键功能为旋转，滚轮功能为放大。同时可以通过此区域进行操作对象的选择。

3.操作对象区域

此区域为操作对象选择区域，方便对其进行选择，选择后，被选部分会在实体显示区域显示。然后进行相关操作。

图2.3.1操作对象选择区域

4.设置面板

设置面板如下图所示，其主要作用是设置各工况下的计算设置，从而进行合理的仿真计算。

图2.4.1设置面板

三、计算实例设置方法

下面开始介绍上述计算实例的计算设置方法。设置过程大致流程为：在实体显示区域或者对象区域选择对象，然后在设置面板完成设置，最后进行计算。其具体步骤如下。

1、打开CFD-ACE软件，读取此实例中的模型文件。

操作：点击File菜单--->选择open--->打开相应文件,或者直接点击

图3.1.1 打开open

图3.1.2选择打开文件

图3.1.3 打开文件后的界面

2、选择设置面板中的PT选项，其结果如图3.2.1。

图3.2.1 PT设置版面

PT（problem type）为问题类型设置面板，跟据特定的仿真实例选择相应的计算模块，进而求解。

其中，Flow为流体动力学模块； Heat Transfer为传热辐射模块；Turbulence 为湍流模块；Chemistry/Mixing(chem)为化学模块；Radiation（Rad）为辐射模块；Spray为喷雾/颗粒模块；Free Surfaces（VOF）为自由液面模块；Two-Fluid （Fluid2）为两相流模块；Stress为结构动力学模块；Grid Deformation为网格形变模块；Plasma为等离子体模块；Electric为电模块；Magnetic为电磁模块。

根据不同的问题，需要选择相应的计算模块进行求解，针对本算例我们用到了Flow流体动力学模块、Turbulence湍流模块、Stress为结构动力学模块，所以需要的操作时在此三个模块前面打勾选中，如图3.2.1所示。

3、选择设置面板中的MO选项，其结果如图3.3.1。

图3.3.1 MO设置面板

MO(model option)为模型选项，主要设置相关模型的参数，根据前面PT设置中所选的模块，此算例的MO中会出现shared、flow、turb和stress四个设置分类，如图3.3.1所示。

3.1 shared设置

shared为公共参数设置，可设置描述收敛的标题名称，时间参数等。

图3.3.1.1 时间参数设置

如图 3.3.1.1 所示，此为时间参数的设置，若算例为瞬态，则需要加上时

间参数，则需要在transient conditions中的time dependence选择 transient。

然后出现下图3.3.1.2所示菜单。

图3.3.1.2 时间参数设置版面

其中在No. of steps中加入迭代计算步数，在Time Step中输入时间单位的时间长度。

3.2 Flow设置

Flow为模型的流体设置，其设置面板如图3.3.2.1所示。

图3.3.2.1Flow设置面板

针对此计算案例，只需在Flow设置面板中的Reference Pressure中输入算例模型中实际环境的表面大气压力，其为一个atm，故输入100000。其余则不选择。

3.3 Turb设置

图3.3.3.1为Turb设置面板

Turb设置中主要选择湍流模型，和Wall的功能。

其中Turbulence Model中有如下模型选择，按照算例的计算理论，我们需选择K-Epsilon湍流模型计算。

图3.3.3.2 Turbulence Model菜单

Wall Function中，我们选择Standard Wall，如图3.3.3.3所示。

图3.3.3.3 Wall Function菜单

3.4 Stress设置