ADINA进行桥梁断面风振CFD&FSI计算
adina 在土木工程中的应用
adina 在土木工程中的应用土木工程是一个广泛的学科，涉及建筑物、基础设施、道路和桥梁等项目的设计、建造和维护。
Adina是一种用于数值模拟和仿真的软件工具，在土木工程中具有广泛的应用。
Adina软件可以被用于模拟和分析各种土木工程问题，包括结构力学、热传导、流体力学和多物理场等。
接下来将详细介绍Adina在土木工程中的几个主要应用领域。
首先，Adina可以用于结构力学分析。
通过Adina软件，工程师可以对各种建筑物和桥梁进行强度、刚度、稳定性和振动等方面的分析。
例如，可以使用Adina来预测地震对建筑物的影响，以及对结构进行抗震设计。
此外，Adina还可以模拟其他荷载情况，比如风荷载或温度变化对结构的影响，以帮助工程师更好地设计和改进结构。
其次，Adina还可以用于岩土工程分析。
在土木工程中，地基和土壤的性质对结构的稳定性和承载能力有着重要影响。
使用Adina软件可以对地基和土壤进行力学和水力学分析，帮助工程师评估地基的稳定性和可行性，预测土体的变形和沉降，以及设计合适的地基处理方案。
此外，Adina还可以用于流体力学分析。
在土木工程中，流体的行为对于设计和建造水力结构、水资源管理和污水处理设施等起着至关重要的作用。
Adina可以模拟和分析流体在管道、河道和水坝等结构中的流动行为，评估液体或气体在不同情况下的压力分布、速度分布和流量分布。
这对于设计可靠的输水系统、防洪设施和水资源管理至关重要。
最后，Adina还可以用于热传导分析。
在土木工程中，热传导是一个重要的问题，涉及到建筑物的保温性能、管道的保温和冷却等方面。
Adina软件可以模拟热传导过程，帮助工程师评估建筑物的热性能，设计合适的保温材料和系统，以提高建筑物的能源效率。
总的来说，Adina在土木工程中的应用非常广泛，可以帮助工程师实现更精确、高效、安全和可持续的设计和建造。
无论是分析结构力学、岩土工程、流体力学还是热传导问题，Adina都是一个强大的工具，可以为土木工程师提供准确的仿真和模拟结果，为他们做出明智的决策提供支持。
ADINA流固耦合建模方法
ADINA流固耦合建模方法ADINA流固耦合建模方法是一种综合考虑流体和固体相互作用的建模方法。
它结合了计算流体力学（CFD）和有限元力学（FEM），能够模拟和分析各种流体与固体相互作用的现象，如流体对结构的冲击、振动和与固体结构的热传导等。
1.定义流体区域：首先，需要在模型中定义流体的几何形状和流体域。
可以使用ADINA提供的几何建模工具或者导入已有的CAD文件来创建流体区域。
2.定义流体边界条件：在流体区域中定义流体的边界条件，如流体的入口速度、出口压力、壁面摩擦等。
可以通过给定边界条件来模拟各种流体流动情况。
3.网格划分：将流体区域划分为离散的网格单元，以便进行数值计算。
ADINA提供了自动划分网格的工具，也可以手动调整网格单元的大小和形状。
4.定义固体区域：在流体区域中定义固体的几何形状和固体域。
可以使用ADINA提供的几何建模工具或者导入已有的CAD文件来创建固体区域。
5.定义固体的边界条件：在固体区域中定义固体的边界条件，如固体的材料属性、固体的初始应力等。
根据具体问题，可以指定不同的边界条件。
6.载荷施加：在固体区域中施加外部载荷，如重力载荷、声压载荷等。
这些载荷将影响固体结构和流体流动的耦合过程。
7.运行求解器：通过ADINA的求解器对流固耦合建模进行求解。
求解器将同时考虑流体流动和固体结构的相互作用，求解固体受力平衡、流体流动动量方程等。
8.分析结果：根据求解结果，可以分析固体结构的变形、应力分布，以及流体流动的速度、压力等。
ADINA提供了丰富的结果分析工具，如绘制流线、应力云图等。
ADINA流固耦合建模方法能够模拟和分析多种流固耦合问题，如流体力学冲击载荷下的结构响应、流体流动对结构振动的影响、流体流动中的温度变化等。
它在航空航天、汽车工程、水利工程等领域具有广泛的应用。
通过ADINA流固耦合建模方法，可以提前发现和解决流固耦合问题，优化设计方案，提高产品的可靠性和性能。
第二章 ADINA功能简介
第二章 ADINA功能简介一、ADINA用户界面ADINA是一个全集成有限元分析系统，所有分析模块使用统一的前后处理用户界面ADINA User Interface (AUI)，易学易用，采用友好Windows图标风格创建几何模型，实现所有建模和前后处理功能。
其命令流文件Jobname.in自动记录跟踪用户的所有输入数据，用户可以根据需要随意查看、编辑Jobname.in文件达到重建或修改整个模型的目的。
ADINA-AUI的主要特点是：采用Parasolid为核心的实体建模技术，这是许多大型CAD 软件采用地一种几何建模技术，因此可以方便地创建各种复杂的几何模型。
同时，ADINA 提供各种几何数据接口，可以与当前的各种主流CAD软件实行无缝集成（如Unigraphics,SolidWork、SolidEdge、Pro/ENGINEER、I-DEAS、AutoCAD等等），直接利用CAD软件生成的几何模型进行有限元分析计算。
ADINA提供了多种网格划分工具，能对复杂模型进行全自动六面体网格划分，单元大小易于调整。
另外ADINA不但可以与CAD软件实现无缝连接，而且还可以与Nastran等软件交换有限元模型数据。
1 前处理功能：•Windows图标风格•用户可以根据需要添加和减少图标，任意组织界面•可对常用功能操作自定义快捷键•具有Undo和Redo功能•模型动态旋转、缩放和平移•快速方便的布尔运算，快速建立复杂模型•各种加载方式，载荷可以随时间和空间位置而变化•多种网格划分功能，可对复杂模型进行自动六面体网格划分2 后处理功能：•支持各种结果变量可视化处理方法，具有网格变形图、彩色云图、等值线图、矢量图、曲线图及其它实用绘图功能•同一窗口可以显示不同的结果图形•可对模型图进行隐藏、透明显示•屏幕或文件变量数据列表•方便的绘制出模型的任意点任一计算结果参量随时间或其他参量的变化曲线，例如应力－应变曲线、位移－时间曲线、应力－时间曲线等等•可以进行变量运算，从输出变量中定义导出变量•可以对相对结果进行图形显示（如最终时刻相对于t1时刻的变形情况－相对位移，常用于含地应力问题的变形结果处理。
adina基本理论
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有限元模型
精选课件
14
自由度
平动 转动 温度 梁的弯曲 多孔隙流体压力 势流体
精选课件
15
材料
弹性 塑性 温度相关 蠕变材料 变参数蠕变 橡胶/泡沫 岩土 其他
精选课件
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单元组
单元组是ADINA的一个重要概念，无论是直接建 立单元，还是由几何模型划分有限元网格，都必 须先定义单元组。单元组就像一个容器，每个单 元组所容纳的单元具有相同的单元类型、材料类 型、位移插值公式、积分阶次和其他控制信息。
精选课件
20
网格划分
网格划分密度
生成单元节点
精选课件
21
施加载荷
速度 压力 反力 集中力
点、线、面、体
精选课件
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方程求解设置
重启动 单元选择 求解器
迭代法/直接法
容差
精选课件
23
FCBI——有限体积法
局部满足质量动量守恒，具有更好的 稳定性和精度
FCBI——C 提供Simple、simplec、piso算法。 计算量小，可划分更多网格。 适用于使用Sliding mesh边界条件的模型。 可以模拟涡流问题 可用于迭代流固耦合算法。
FCBI
相比FCBI—C计算量大很多。
可用于直接流固耦合算法。
可用于高速可压缩流体的计算 精选课件
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定义时间函数和载荷步
时间函数定义了载荷比例 因子随时间的变化过程，可 以用于控制载荷随时间的变 化。 时间步序列用于控制求解过 程中的时间步增量。
精选课件
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求解FSI
在很多耦合问题中，流体
的作用力引起结构的变形，
同时结构的位移又影响流场
ADINA土木工程分析功能简介
ADINA土木工程分析功能简介一．丰富的材料本构ADINA提供了7种专用于土木建筑的材料本构：曲线描述的粘土材料、Drucker-Prager 材料、Cam-clay材料、Mohr-coulomb材料、混凝土材料、LUBBY2徐变模型、多孔介质材料。
除此之外，ADINA还提供通用的线弹性、弹塑性、粘弹、粘塑、蠕变、流体、热等各种材料本构。
∙曲线描述的岩土材料主要特征为分段线性方式输入加载和卸载两种不同状态下的体积模量和剪切模量与体积应变的关系；考虑tension cut-off和cracking两种弱化方式；并能够自动处理岩土局部弱化的各项异性转变。
∙ Drucker-Prager材料具有经典的理想塑性Drucker－Prager屈服和Cap硬化描述。
∙ Cam-clay材料这种材料模型是一种取决于压力的塑性材料，以椭圆屈服方程作为破坏判定准则。
本身具有模拟粘土材料在正常固结和超固结情况下的应变硬化和软化功能。
∙ Mohr-coulomb材料∙混凝土材料主要特点是可以描述材料非线性应力应变关系，同时考虑材料软化、模拟滞回曲线、后破坏特征（包括材料开裂后性能、压碎后性能、应变软化性能）、考虑温度作用的影响；通过变化的泊松比，模拟其可压缩性；内部可以定义梁单元为加强筋。
∙ LUBBY2徐变模型主要用来模拟混凝土和岩石材料的长期徐变行为，包括应变强化或时间强化。
徐变方程的系数既可以是常数也可以随温度而变化，另外在徐变模型中还考虑了卸载和周期载荷的影响，当材料的徐变过大时可能会导致材料破坏。
∙多孔介质材料主要用于求解承受静态或动态载荷的多孔结构，它可以处理固体骨架和通过它的流体之间的相互作用。
解决的问题包括：不排水条件多孔结构分析（Undrained analysis）、瞬态静力分析（固结分析Consolidation）、瞬态动力分析（多孔结构失效，例如土壤液化）。
二．专用的单元特征除常规单元如Beam，Truss，2D-Solid，3D-Solid，Shell，Plate，Membrane，Cable和Spring 等单元算法外，ADIAN还提供如下的单元算法，专用于土木建筑工程问题的模拟：∙弯矩－曲率梁单元（Nonlinear Moment-Curvature Beam）在实际的工程分析中，有时候根本不能给出精确的应力－应变数据，而只有通过试验得到的弯矩与曲率及扭矩与扭转角的关系间接求解。
基于ADINA的桥梁气动导数数值模拟的开题报告
基于ADINA的桥梁气动导数数值模拟的开题报告一、选题背景气动力学在工程领域中有着广泛的应用，在桥梁设计中也是重要的一部分。
随着交通运输工具的发展，桥梁的气动稳定性问题越来越受到研究者的关注。
对桥梁的气动力学性能进行数值模拟，可以更好地揭示桥梁在风环境中发生的各种气动现象，为设计和改进桥梁结构提供理论依据。
ADINA是一种基于有限元和有限差分方法的通用有限元分析软件，具有丰富的物理建模和计算能力，适用于汽车、飞行器、建筑、医疗、材料等多个领域。
本研究将基于ADINA建立桥梁结构的三维数学模型，对其气动导数进行数值模拟。
二、研究内容和重点1. 建立桥梁的三维数学模型通过ADINA的建模工具对桥梁结构进行三维建模，拟定桥梁的气动力学参数，设定风速和方向等基本参数，使得模型更加真实和准确。
2. 计算桥梁的气动导数在模型建立的基础上，选择相应的方法和模型来计算模型的气动导数。
通过模拟风场的作用，分析桥梁在不同风速下的响应情况，包括抗风稳定性、振动等。
3. 分析模拟结果并进行模型优化根据模拟结果，对桥梁的气动性能进行分析。
对不同参数的模型进行优化，探索能够提高桥梁抗风稳定性和结构强度的方法。
三、研究意义本研究对于探索桥梁在风场内的气动力学性能、提高桥梁抗风稳定性和结构强度、提高桥梁的施工效率、节约资金和人力等方面具有重要的理论和实际意义。
四、研究方案1. 搜集相关文献和研究资料，深入研究桥梁气动力学领域的理论和技术。
2. 建立桥梁的三维数学模型，选择相应的方法和模型进行模拟分析。
3. 分析模拟结果，探索桥梁的优化方案，提高桥梁抗风稳定性和结构强度。
4. 撰写论文，整理数据和模拟结果，形成一篇完整且有条理的论文。
五、预期成果通过本次研究，得出桥梁的气动导数，分析桥梁的气动性能，探索桥梁优化方案，展示基于ADINA的桥梁气动导数数值模拟的可行性和有效性，为今后的研究和设计提供参考和指导。
CFD方法的大跨度桥梁抖振荷载
（ ｔ ｔ ｙ Ｌａ ｏ ａ ｏ ｙ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｌ Ｓ ａ ｅ Ｋｅ ｂ ｒ ｔ ｒ ｆＳ ｒ ｃ ｕ ａ ａｙ ｉ ｆ ｒＩ ｄ ｓ ｒａ ｑ ｉ ｍｅ ｔ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｎ ｕ ｔ ｉｌＥ ｕ ｐ ｎ ， Ｄａ ｉｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ，Ｄａ ｉｎ １ ６ ２ ｌ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｙ ｌ １ ０ ４，Ｌｉｏ ｉｇ，Ｐ． Ｃｈ ｎ ） ａ ａｍ ｎ Ｒ． ｉａ
关键 词 ： 大跨 度桥 梁 ； 计算 流体 力 学 ； 抖振 ； 局部 应 力 中图分类 号 ： ＴＵ３ １ ３ ＴＵ３ ２ １． ； １ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ ４４ ６ （ ０ １ ０ —０ ９０ １ ７ —７ ４ ２ １ ）６０ ５ —５
Ｌｏ ｄ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｔｅ ｉ ｇ Ｂｒ ｄ ｅ ｙ ＣＦＤ ａ ａ ｙ ｉ ｆ Ｂｕ ｔ ｔｎ ｉ ｇ ｓ ｂ
第 ３ ３卷 第 ６期 ２１ ０ １年 １ ２月
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｉｉ．Ａｒ ｈ ｔｃ筑 ａ 环 境 ｉｏ 程 ｔ ｌ ｇｎ ｅ ｉｇ ｒ ａ ｆＣ ｖｌ 土 ｃ ｉ ｔ ｒ与 Ｅｎ 工ｎ ｅ ａ ｏ 木 建 ｕ ｌ＆ ｅ ｖ ｒ ｍ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
Ｖ １３ ｏ ６ ｏ．３Ｎ ．
在一定缩 比的桥梁 节段模型 上进行 定 常流 风洞 试验 ，
采 用 Ｃ Ｄ数值 模拟 替代 传统 的风洞 试 验 ， 进 Ｆ 改
了大跨 度桥 梁抖 振荷 载计算 。在 香港 青 马大 桥精 细 有 限元 模 型 上 ， 拟 桥 板 表 面压 力 分 布 ， 据 Ｃ Ｄ 模 根 Ｆ 求解 桥 板 局 部 应 力
桥梁断面两自由度风致振动数值模拟
第43卷第12期• 152 •2 0 1 7 年 4 月山西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 43 No. 12 Apr. 2017文章编号：1009-6825 (2017) 12-0152-02桥梁断面两自由度风致振动数值模拟孔得璨(中铁四院集团西南勘察设计有限公司，云南昆明650000)摘要:采用弱流固耦合技术,对薄平板和桥梁断面进行了两自由度风致振动数值模拟，得到了断面颤振临界风速、振动频率和阻尼比随风速变化情况,薄平板的数值模拟结果与理论解十分吻合，验证了数值模拟的精度。
关键词:桥梁断面，自由振动，流固耦合,CFD中图分类号:U441.3桥梁主梁断面的气动性能是大跨度桥梁设计时需要考虑的 关键因素，目前主要通过主梁节段模型风洞试验来确定不同（折 算）风速条件下的模态参数以及颤振临界风速。
但是风洞试验面 临成本高、操作复杂、实验周期长等问题。
近年来，随着计算流体 动力学(CFD )的发展和计算机性能的提升,数值模拟技术也越来 越多地被用于桥梁断面静三分力系数[1]、颤振导数识别[2]以及涡 激振动[3]中，但直接采用CFD 自由振动方法研究桥梁颤振性能的 文献较少。
本文采用弱流固耦合方法对典型桥梁断面进行二维 弯扭耦合自由振动数值模拟。
主要研究颤振临界风速以及振动 频率和阻尼比随风速的变化。
由于实际桥梁断面形状复杂，没有 理论解可以对比，因此本文先对具有Theodorsen 理论解的2 mm 厚薄平板进行数值模拟，以验证数值模拟的精度。
1数值模拟1.1 流体控制方程流经二维桥梁断面的气流可以通过RANS 方程求解，由于涉及动网格，本文采用基于任意朗格朗日一欧拉描述格式作为流体 控制方程，质量和动量的守恒方程可写为：SO -S 9-O-S 9-O-SSO -S 9-O-SSO -S 9-O-S 9-O-SSO -S 9-O-S 9-O-SSO -S 9-O-SSO -S 9-O-S 9-O-S用左线先行对铁路的影响也处于规范要求的可接受范围之内，地 铁盾构隧道施工对既有铁路无重大影响。
桥梁断面颤振导数的CFD全带宽识别法_祝志文
第24卷第9期V ol.24 No.9 工程力学2007年9 月Sep. 2007 ENGINEERING MECHANICS 80 文章编号：1000-4750(2007)09-0080-08桥梁断面颤振导数的CFD全带宽识别法*祝志文1,2，顾明2，陈政清1(1. 湖南大学风工程试验研究中心，湖南长沙 410082；2. 同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海 200092)摘要：由于需要在不同折算风速下重复进行大量试验或CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟，现有风洞试验和CFD方法识别桥梁断面颤振导数耗时且效率低。
提出一种基于CFD离散时间气动模型，快速识别感兴趣折算风速带宽内任意折算风速下桥梁断面颤振导数的全带宽识别法。
该法基于任意拉格朗-欧拉描述的有限体积法和多层网格技术，首先计算作用在桥梁断面上的非定常气动力，CFD模拟时强迫桥梁断面以单自由度竖弯或扭转方式振动，位移模式为定义在感兴趣的频率范围内的指数脉冲时间序列。
然后利用得到的气动力和该指数脉冲输入，通过系统识别建立起反映桥梁断面气动力系统特性的离散时间气动模型。
随后利用该气动模型仿真桥梁断面在简谐位移激励下的气动力响应，并由该模型的输入和响应通过系统识别得到桥梁断面的颤振导数。
该法在竖弯和扭转方向各仅需一次CFD模拟，就可构造离散时间气动模型，使得颤振导数识别的计算量显著降低。
开展了三汊矶大桥加劲梁断面颤振导数识别和颤振临界风速计算，研究结果与风洞试验的一致性，证明了方法的可靠性和高效性。
关键词：颤振；CFD；系统识别；模型仿真；指数脉冲；桥梁断面中图分类号：TU311.3 文献标识码：AEXTRACTION OF FLUTTER DERIV ATIVES OF BRIDGE DECK AMONG FULL BANDWIDTH OF REDUCED WIND SPEEDS*ZHU Zhi-wen1,2 , GU Ming2 , CHEN Zheng-qing1(1. Research Center in Wind Engineering, Hunan University, Changsha, Hunan 410082, China;2. State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)Abstract: Nowadays, either wind tunnel tests or CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations are time-consuming and inefficient to identify bridge deck flutter derivatives, since a large number of tests or simulations must be performed repeatedly at various reduced wind speeds. In the work reported herein, a method, based on the CFD discrete-time model, is presented, which can effectively extract flutter derivatives of a bridge deck at arbitrary reduced wind speeds among full bandwidth of reduced wind speeds. First, unsteady aerodynamic forces acting on a bridge deck are obtained by using the Arbitrary-Lagrangian-Eulerian (ALE) descriptions in combination with finite volume method and multigrid algorithm. In CFD simulations, forced vertical or torsional displancements in form of exponential pulse time series which defined on interesting range of frequencies are applied to the bridge deck. Then, based on the obtained aerodynamic forces and the displacement inputs, discrete time aerodynamic models can be developed which can represent the unsteady aerodynamic behaviors of the———————————————收稿日期：2006-03-04；修改日期：2006-09-04基金项目：国家自然科学基金项目(50678067)；湖南省自然科学基金项目(03JJY3084)；上海市博士后基金项目(06R214148)；中国博士后基金项目(2005038452)作者简介：*祝志文(1968)，男，湖南益阳人，副教授，博士，主要从事桥梁抗风的风洞试验和CFD研究(E-mail: zwzhu@)；顾明(1957)，男，江苏兴化人，教授，博士，博导，主要从事桥梁与结构抗风研究(E-mail: minggu@)；陈政清(1947)，男，湖南湘潭人，教授，博士，博导，主要从事桥梁抗风研究(E-mail: zqchen@).工程力学 81bridge deck. Finally, the aerodynamic models are simulated to obtain unsteady aerodynamic forces tosimple-harmonic displacement inputs. With those input and obtained aerodynamic forces, bridge deck flutterderivatives can be identified through a system identification algorithm. The discrete-time aerodynamic models canbe developed by the presented method which only employs one run of CFD simulation in heaving or pitchingdirections respectively, leading to a significant decrease in computing time. Flutter derivatives and flutter onsetwind speeds of the Sanchaji Bridge are investigated. Reasonable agreements between results from the presentmethod and those from wind tunnel tests demonstrate the reliability and efficiency of the method.Key words:flutter; CFD; system identification; model simulation; exponential pulse; bridge deck大跨度桥梁的颤振稳定性研究，目前主要采用两种方法：风洞试验和基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)的数值方法，这两种方法相辅相成。
桥梁断面的气动导数和颤振临界风速的数值计算
桥梁断面的气动导数和颤振临界风速的数值计算3曹丰产 项海帆 陈艾荣同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092摘要 选取有代表性的大海带东桥、南京二桥流线型闭口箱梁断面和荆沙桥钝头开口板梁断面,用动网格法考虑流体和结构的耦合作用,用有限单元法求解原始变量二维不可压粘性流体的N 2S 方程,计算其气动导数,并用半逆解法确定颤振临界风速。
计算结果和实验值相当吻合。
关键词 桥梁断面;N 2S 方程;动网格法;气动导数中图分类号 U441+.2 文章标识码:A 文章编号:025821825(2000)01200262080 引 言 桥梁断面的气动导数和颤振临界风速的确定在桥梁抗风设计中有着十分重要的地位。
气动导数一般通过节段模型风洞试验来测定,测定方法可分为自由振动法和强迫振动法两类。
自由振动法实验量很大,并且在提取交叉导数的过程中要求模型的竖向运动和扭转运动在所有的风速下都有相同的频率和阻尼比,这个要求在实验室中很难达到。
强迫振动法利用计算机控制的激励装置使模型分别在竖向和扭转方向产生一定频率的正弦运动,同时通过分布在模型表面的测压孔测出这些点的压力,再沿模型表面积分得到升力和力矩相对于运动的幅值和相位,从而获得8个气动导数。
采用强迫振动法需要复杂的激励设备和测量动压的装置。
随着计算机性能的提高,用计算机数值模拟研究这类气动弹性问题已经成为可能,Walther [1](1994)在其博士论文中用离散涡法求解N 2S 方程计算了大海带东桥基本断面的气动导数,Larsen [2](1998)给出了用这种方法计算的5种基本断面的气动导数。
数值模拟计算气动导数的关键在于计算运动物体所承受的气动力,难点在于流体运动和结构运动的描述方法的不同所带来的问题。
流体运动一般用欧拉方法描述,而结构运动一般用拉格朗日方法描述,因此在直接求解流体和结构的耦合运动方程时,在每一计算时步上至少要移动靠近结构表面的计算网格。
ADINA在土建桥梁工程中应用实例
FOCUSED ON EXCELLENCE
切片风速
ADINA®
可以看出，虽然我 们给一个固定的边界上 的风速，但是当风遇到 桥梁结构受到阻挡时， 风速会有变化，这不是 直接把风荷载转化成静 压力能够考虑的，因此 对一些大型结构用流固 耦合的方法对结构进行 复核计算是很有必要的。
ADINA®
ADINA在土建、桥梁工程中的应用实例
ADINA中国代表处技术部 2006年11月28日
FOCUSED ON EXCELLENCE
ADINA在土建、桥梁工程中的应用实例
• ADINA在建筑工程中的应用实例 • ADINA在道桥工程中的应用实例 • ADINA在采矿工程中的应用实例 • ADINA在地球物理中的应用实例 • ADINA前后处理
4
0.6025
5
0.6071
6
0.6096
7
0.7276
8
0.8700
9
0.9353
10
0.9703
0.457 0.468 0.604 0.604 0.610 0.610 0.922 1.052 1.096 1.120
11
0.9901
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1.079
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1.098
14 1.127
15
1.201
16
1.214
FOCUSED ON EXCELLENCE
施工模拟
ADINA®
FOCUSED ON EXCELLENCE
金属矿山50年开挖回填过程， 单元生死
施工模拟
ADINA®
FOCUSED ON EXCELLENCE
桥梁断面气动导数自由耦合振动识别方法研究的开题报告
桥梁断面气动导数自由耦合振动识别方法研究的开题报告
1. 研究背景与意义
在现代工程领域中，有许多桥梁和建筑物的结构因风力振动而导致破坏事故，这对于生命财产安全和城市基础设施的稳定性都造成了很大威胁。
因此，对于桥梁等结构体的风振问题进行研究具有重要的理论和实践价值。
针对桥梁的气动力学特性，通过研究桥梁断面气动导数的自由耦合振动模态，可以较为全面有效地识别桥梁振动的特征以及对应的振动模态，能够为后续的风振分析和防护工作提供理论支持。
2. 研究内容和方法
此次研究主要围绕桥梁断面气动导数自由耦合振动的识别方法展开，具体研究内容包括：
（1）桥梁断面气动导数的理论计算与优化；
（2）桥梁断面振动模态的识别方法及其实验验证；
（3）桥梁模型的风洞实验，获取实验数据并进行分析；
（4）针对识别出来的振动模态，探讨桥梁结构的抑振方案。
在方法上，研究采用了基于理论分析和实验验证相结合的方法。
对于桥梁的气动力学特性，采用数值计算程序辅助进行大量仿真计算，以便最终得出桥梁的气动导数特性。
针对理论上的计算结果，将实验操作与现场观察、数据记录相结合，通过风洞实验、振动台实验等方式来获得必要的数据支撑，并进行数据分析和研究。
3. 预期成果和意义
（1）建立起桥梁断面气动导数自由耦合振动的识别方法；
（2）对于桥梁断面振动模态的识别进行实验验证，并通过风洞试验等方式获取实验数据并进行分析；
（3）探讨桥梁结构的抑振方案，为工程实践提供理论支撑；
（4）深入研究桥梁等结构体的风振问题，为城市基础设施的稳定性提供理论支持，在工程实践中有着广阔的应用前景和重要的现实意义。
数值模拟桥梁断面气动导数和颤振临界风速_祝志文
5
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( 11) ( 12)
第3期
祝志文, 等: 数值模拟桥梁断面气动导数和颤振临界风速
43
式( 6) ~ ( 10) 的空间离散采用基于交错网格的
有效体积法, 考虑流场某些区域可能出现流动分离
和回流, 为避免中心格式易产生假振、稳定性差的缺 点, 也便于采用较大的时间步长, 对流项采 用稳定
达的二自由度振动模型非定常气动力表达式, 即
L=
1 2
QU2( 2B)
KH
* 1
Ûh U
+
KH
* 2
BUÛA+
K
2H
* 3
A+
K
2
H
* 4
h B
( 15)
M=
1 2
QU2(
2B2)
KA
* 1
Ûh U
+
K
A
* 2
BUÛA+
K
2A
* 3
A+
K
2A
* 4
h B
( 16)
式中: U 为来流速度; B 为模型宽度; K = XB / U 为
格法加速迭代收敛。
采用计算网格和刚性截面刚性连接、同步运动
的动网格技术, 物面运动方式为单自由度竖弯或扭
转振动。在每一时刻, 网格和物面上每一点运动速度
均已知, 求解中间速度时, 物面采用无滑移 边界条 件, 远场来流平行于绝对参考系的 ox 轴, 分别投影
CFD方法研究桥梁断面三分力系数的雷诺数效应的开题报告
CFD方法研究桥梁断面三分力系数的雷诺数效应的开题报告研究背景桥梁是公路、铁路交通的重要组成部分，其断面的设计对其使用寿命和稳定性起着至关重要的作用。
断面的三分力系数（Lift, Drag和Moment coefficient）是桥梁设计过程中需要考虑的关键参数，它们反映了桥梁在不同风速下的气动特性。
为了确定施工前的风效应和长期使用期间的风荷载，必须对这些系数进行精确的估算。
计算流体力学（CFD）方法是一种研究流体力学问题的先进工具，其在桥梁风洞实验方面具有广泛的应用。
然而，多数CFD研究桥梁气动力还局限于低雷诺数情况，即模拟低速风洞实验，因为高雷诺数模拟所需的计算资源过于昂贵，而且由于流场失稳而更加复杂。
实际上，桥梁在高速风下的稳定性和耐风性能也是至关重要的。
因此，本研究旨在通过CFD方法研究桥梁断面三分力系数的雷诺数效应，进一步深入了解高雷诺数下桥梁气动力特性，为桥梁的设计和风荷载评估提供依据。
研究内容本研究将模拟悬索桥的一般气动体模型，以Reynolds平均Navier-Stokes （RANS）方程求解桥梁断面的三分力系数。
其中，NACA 0012翼型用于模拟轮廓线形状，并采用标准k-ε湍流模型对流场进行模拟。
主要的研究内容包括：1. 分析翼型雷诺数对断面三分力系数的影响。
通过改变翼型雷诺数的数值，比较在不同雷诺数情况下桥梁断面的三分力系数。
2. 研究模型高度和宽度对断面三分力系数的影响。
通过改变模型高度和宽度的大小，分析这些因素对三分力系数的影响。
3. 建立桥梁断面三维流场模型，分析不同雷诺数下的流场特性。
通过分析不同雷诺数下的流场分布，初步了解高雷诺数下桥梁气动力特性的规律。
研究意义本研究将揭示高雷诺数下桥梁气动力特性的规律，为桥梁设计和风荷载评估提供依据。
桥梁的结构稳定性和耐风性能是确保公路和铁路的安全运行的重要因素，因此，准确估算桥梁气动力特性具有极为重要的实际意义。
此外，本研究还可为更加精细的CFD计算建立基础，使得CFD方法更加适用于建筑气动力学等领域的研究。
现代桥梁设计中的风振分析
现代桥梁设计中的风振分析在现代桥梁工程中，风振问题是一个至关重要的考虑因素。
随着桥梁跨度的不断增加、结构形式的日益复杂以及建设环境的多样化，风对桥梁结构的影响愈发显著。
风振不仅可能导致桥梁结构的疲劳损伤，甚至会引发桥梁的失稳和破坏，严重威胁着桥梁的安全和正常使用。
因此，在桥梁设计阶段进行精确的风振分析是必不可少的。
风对桥梁的作用主要表现为静力作用和动力作用。
静力作用包括平均风引起的阻力、升力和扭矩，而动力作用则主要体现为风的脉动成分引起的桥梁结构振动，即风振。
风振可以分为涡激振动、颤振、抖振等多种形式。
涡激振动是一种常见的风致振动现象，当风流经桥梁结构时，在结构后方会产生周期性脱落的漩涡，从而引起结构的振动。
这种振动通常发生在较低的风速下，振幅相对较小，但如果长期作用，可能会导致结构的疲劳破坏。
颤振则是一种更为危险的风振形式，它是由于气流与桥梁结构之间的相互作用导致结构的气动失稳。
一旦发生颤振，桥梁结构的振动会迅速增大，直至结构破坏。
抖振是由大气中的紊流成分引起的结构随机振动，虽然抖振一般不会导致桥梁结构的整体失稳，但会引起结构的疲劳损伤和行人的不舒适感。
为了准确分析桥梁的风振响应，需要采用一系列的理论和实验方法。
在理论分析方面，基于流体力学和结构动力学的原理，建立风桥相互作用的数学模型。
这些模型通常会考虑风的特性、桥梁的几何形状和结构参数等因素。
数值模拟技术，如计算流体动力学（CFD）和有限元分析（FEA），在风振分析中得到了广泛的应用。
通过CFD可以模拟风场绕流桥梁的情况，获取风荷载的分布；FEA则用于分析桥梁结构在风荷载作用下的响应。
然而，理论分析往往需要基于一定的假设和简化，其结果可能与实际情况存在偏差。
因此，风洞试验在桥梁风振分析中具有不可替代的作用。
风洞试验可以模拟真实的风环境，通过在风洞中安装缩尺模型的桥梁，测量模型在不同风速和风向条件下的受力和振动情况。
通过风洞试验，可以获得更加准确的风荷载参数和结构响应数据，为桥梁设计提供可靠的依据。
桥梁断面颤振导数识别的耦合自由振动测力法
Ｖ ｏ １ ． ３ ２ Ｎ ｏ ． ４
Ｊ ｕ ｌ ｙ
２ ０１ ４
ห้องสมุดไป่ตู้
文章编号 ： １ ０ ０ ８—１ ４ ０ ２ （ ２ ０ １ ４ Ｊ ０ ４—０ ４８ ７— ０ ４
桥 梁 断 面 颤 振 导 数 识 别 的 耦 合 自 由 振 动 测 力 法①
吴 昊 ，
（ １ ． 同济大学土木工程防灾国家重点实验窒 ； ２ ． 桥梁工程系 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２）
修 正最 小二 乘 法识 别结 果进行 对 比 ， 再用 Ｎ ｅ ｗ ｍａ ｒ ｋ—ｐ法反 算 位移 ， 取 得 了很 好 的 结 果 ， 验证 了 天 平的 可靠 性． 本 方 法 因适 用 于非 线性 自激 力研 究 ， 为下一 步 工作建 立 非线性 自激 力模 型提供 了
很好 的手 段 ． 关 键词 ： 桥 梁断 面 ； 自激 力 ； 测力 ； 颤振 导数 ； 耦合 自由振动
的 附加惯 性力 和 阻 尼 力 的 系数 是 稳 定 的 引， 那么 ， 某级 风速 下 的 自激 升 力 和扭矩 可 以如下 表示 ：
① 收稿 日期 ： ２ ０ １ ４一ｏ ５—０ ｒ ７ 基金项 目： 国家 自然科学基金重大研究计划“ 重大工程动力灾变” 集成项 目（ ９ １ ２ １ ５ ３ ０ ２ ） ． 作者简介： 吴昊 （ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 江苏徐州人 ， 同济大学土木工程防灾国家重点实验窒 ， 硕士研究生．
识别 的初 脉 冲耦 合 振 动法 ． 此后 ， 耦 合 自由振 动 识 别 的思 想被 广 泛应用 于桥梁 断 面颤 振导 数 的识别 ，
Ｂ法反算位移 ， 并与修正总体最小二乘法识别结 果 进行对 比 ， 取得 了 良好 效果 ．
桥梁断面CFD分析操作步骤
比率：0 .002，分割数量：100 比率：0.05，分割数量：20， 勾选对称播种 比率：0.05，分割数量：40， 勾选对称播种 比率：0.05，分割数量：80， 勾选对称播种
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2 1 1 3 4 3 1
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1 1 1 1
桥梁断面CFD分析操作例题
Step
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1 2 3
网格>映射网格 〉映射网格K线面
11 10 1 7 8 4 5
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桥梁断面CFD分析操作例题
Step
桥梁断面CFD分析操作例题
3 4 5
6
桥梁断面CFD分析操作例题
Step
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1 2 3
分析 >
分析工况…
操作步骤
选择：分析控制 选择：流体 流体特性：密度 1；粘度 4.41e-10；声波速度 1；海拔高 度 0；温度20
4 5 6 7 8 9 10 11 12
1
2
9 10 3
流场速度 0.0294；风攻角 0 粘性模型：q-omega 紊流强度 0.002；紊流粘度比 0.1 靠近固壁：应用壁面函数 参考长度：0.41 点击：数值分析 初始条件：均匀流场 最大迭代数：2000；误差：1e-7 CFL数：10；冯纽曼数：5 熵修正：0.05 勾选：在分析结束时创建流场文件 点击：确认
操作步骤
压力...
点击：Pressure，双击：动压 压力分布图
1
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桥梁断面CFD分析操作例题
Step
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1 2 3 4
后处理工作目录树 : unsteady(CFD 2D非稳定) > Unsteady Time Step 1000(50)>
基于CFD数值模拟对大跨桥梁主梁断面颤振研究
基于CFD数值模拟对大跨桥梁主梁断面颤振研究王黎明【摘要】With the increasing span of bridge design,the structure is very sensitive to wind ing CFD numerical simulation method to study the taohuayu the Yellow River bridge section flutter,flutter derivatives identification method is a numerical calculation model is established according to the given state forced vibration method,the calculated conclusion caused by vertical amplitude of 0.03 m required wind speed is about 13.2 m/s at + 5 DEG wind angle of attack,causing the same vertical amplitude required about wind speed for 14.2 m/s at +3 DEG wind attack angle is 6 degrees;caused by the torsion amplitude required wind speed is about 13.1 m/s at + 5 DEG wind angle of attack,causing the same torsion amplitude is 6 degrees required speed is about 14.0 m/s at + 3 DEG wind attack angle,wind attack angle is an important factor offlutter;aerodynamic flow field obtained by simulating girder flutter in 0 degrees,+ 3 degrees and-3 degrees at critical state changes of vorticity shows as the wind speed increases the vorticity graph is a pair of elongated non-interference in positive and negative vorticity increases gradually to alternate in the wake vortex at Two mutually alternating vortices.%随着桥梁设计跨度增大,结构对风荷载作用极为敏感.采用CFD数值模拟方法研究桃花峪黄河大桥主梁断面颤振问题,根据分状态强迫振动法给出了颤振导数识别方法建立了数值计算模型,经计算得出结论:在+5°风攻角下造成竖向振幅为0.03 m所需风速约为13.2 m/s,在+3°风攻角下造成相同竖向振幅所需风速约为14.2 m/s;在+5°风攻角下造成扭转振幅为6°所需风速约为13.1 m/s,在+3°风攻角下造成相同扭转振幅为6°所需风速约为14.0 m/s,风攻角是颤振重要因素;经模拟气动流场得到主梁结构在0°、+3°及-3°攻角下颤振临界状态涡量变化情况可知随着风速增大涡量图为一对细长互不干涉正负涡量逐步增大至正负交替漩涡,在尾流处耦合成2个相互交替大漩涡.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2017(042)005【总页数】5页(P322-326)【关键词】颤振;风攻角;风速;主梁断面【作者】王黎明【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安710043【正文语种】中文【中图分类】U414+.3大跨桥梁对风作用十分敏感，在桥梁概念设计阶段必须考虑抗风问题 [1]。
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振FSI计算
结构竖直Z方向位移与流体速度云图:
结构竖直Z方向位移与流体速度云图，结构变形放大55.53倍。
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流体三分力:
Y方向阻力时程曲线如下。
阻力在2s后稳定于 -2.04053E+03N
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振CFD计算
流体三分力:
桥梁断面风振FSI计算
流体三分力:
通过结构和流体模型分别获得的X方向扭矩时程曲线如下，可见结构自 身呈周期性变化且与其第二阶频率相一致。
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Time for Questions…
桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振CFD计算
自定义动压云图动画:
自定义动压云图动画如下。
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振CFD计算
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振CFD计算
自定义动压云图:
自定义动压云图如下。
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流体三分力:
流体模型获得的Y方向阻力时程曲线如下。
阻力在2s后稳定于 -2.12004E+03N
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振FSI计算
Z方向升力时程曲线如下。
升力在4s后稳定于 3.46758E+02N
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振CFD计算
流体三分力:
X方向扭矩时程曲线如下。
桥梁断面风振CFD&FSI计算
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袁志丹 05/01/2014
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振CFD计算
总体速度等值线图:
流体总体速度等值线图如下。
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桥梁断面风振FSI计算
结构等效应力与流体速度矢量图动画:
结构等效应力与流体速度矢量图动画。
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桥梁断面风振FSI计算
桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振CFD计算
压力等值线图:
流体静压力等值线图如下。
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桥梁断面风振CFD计算
压力等值线图动画:
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桥梁断面风振CFD计算
自定义动压结果:
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扭矩在3s后稳定于 -7.57770E+03N
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结构自然频率计算
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桥梁断面风振CFD计算
总体速度等值线图动画:
流体总体速度等值线图动画如下。
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桥梁断面风振CFD计算
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振CFD&FSI计算
流体模型示意图:
左侧施加恒定速度40m/s； 上下两端Z方向速度约束的对称边界； 左右两端施加Uniform Flow远场边界。
定义结构STR的反力:
把结构弹簧上的Node 941定义为名为REACTION-STR。
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桥梁断面风振FSI计算
总体速度矢量图:
流体总体速度矢量图如下。
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振CFD计算
总体速度矢量图动画:
流体总体速度矢量图动画如下。
流体三分力:
通过结构和流体模型分别获得的Z方向升力时程曲线如下，可见结构自 身呈周期性变化且与其第一阶频率相一致。
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
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考虑结构为柔性体进行FSI计算
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总体速度云图:
流体总体速度云图如下。
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振CFD计算
总体速度云图动画:
流体总体速度云图动画如下。
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
桥梁断面风振CFD计算
流体三分力的提取方法:
把内部区域定义为名为NEIBU的Zone。
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桥梁断面风振CFD&FSI计算
导入几何模型:
在ADINA软件内建立二维模型时， 模型必须位于YZ坐标系下。 导入IGES几何模型时，如果是 XY坐标系下的模型则勾选 Convert XY Plane into YZ Plane， 把几何模型从XY平面转化为YZ 平面。 在Shift Position内对截面进行移 动，把截面中心移动到坐标原点， 以方便后处理时提取力矩。
定义流体CFD的反力:
定义流体内部区域REA-CFD的Zone，并把其合力定义为REACTIONCFD。