快樂學(xué)習(xí),用流體知識解決實(shí)際問題(5)---塔科馬大橋風(fēng)毀事故(卡門渦街)

背景:塔科馬大橋風(fēng)毀事故
塔科馬海峽大橋位于美國華盛頓州的塔科馬海峽。第一座塔科馬海峽大橋,綽號舞動的格蒂,于1940年7月1日通車,四個月后戲劇性地被微風(fēng)摧毀,這一幕正好被一支攝影隊(duì)拍攝了下來,該橋因此聲名大噪。重建的大橋于1950年通車,被稱為:強(qiáng)壯的格蒂;2007年,新的平行橋通車。
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原因:
 大橋的倒塌發(fā)生在一個此前從未見過的扭曲形式發(fā)生后,當(dāng)時的風(fēng)速大約為每小時40英里。這就是力學(xué)上的扭轉(zhuǎn)變形,中心不動,兩邊因有扭矩而扭曲,并不斷振動。這種振動是由于空氣彈性顫振引起的。顫振的出現(xiàn)使風(fēng)對橋的影響越來越大,最終橋梁結(jié)構(gòu)像麻花一樣徹底扭曲了。在塔科馬海峽大橋坍塌事件中,風(fēng)能最終戰(zhàn)勝了鋼的撓曲變形,使鋼梁發(fā)生斷裂。拉起大橋的鋼纜斷裂后使橋面受到的支持力減小并加重了橋面的重量。隨著越來越多的鋼纜斷裂,最終橋面承受不住重量而徹底倒塌了。
  塔科馬海峽大橋的坍塌使得空氣動力學(xué)和共振實(shí)驗(yàn)成為了建筑工程學(xué)的必修課。這里的共振和受迫共振(由周期運(yùn)動引發(fā)的,如步伐整齊的一隊(duì)士兵渡橋)不同。在該案例中沒有周期性擾動。當(dāng)時風(fēng)速穩(wěn)定在每小時42英里(67公里/小時),頻率0.2赫茲。這樣的風(fēng)速本應(yīng)對大橋夠不成威脅。因此此次事件只能被理解為空氣動力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析不嚴(yán)密所致,以后所有的橋梁,無論是整體還是局部,都必須通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析和風(fēng)洞測試。
以上文獻(xiàn)來自百度百科,這個事件是視頻的,感興趣的朋友可以去網(wǎng)上搜索一些
問題重現(xiàn):
大橋倒塌的原因就是著名的卡門渦街,空氣在低速的情況經(jīng)過一個障礙物,由于渦周期性的脫落,從來產(chǎn)生一個周期性的升力
這個問題我們將一個簡單的圓柱擾流進(jìn)行分析。
使用軟件:cfx12.1
幾何模型:2D, 長度1.0m,高度0.5m ,圓柱直徑0.02m
網(wǎng)格:2D block 生成2d 四面形網(wǎng)格,在圓柱周圍進(jìn)行網(wǎng)格加密,然后由2D------>3D
邊界條件:入口速度0.2m/s(0.1m/s,0.5m/s,2m/s 都試過,出現(xiàn)渦街不明顯),初始化速度0.05 m/s,出口平均靜壓為0。
模型選擇:層流模型(Laminar),Re:300, 物質(zhì)選擇為理想氣體,非定常
求解設(shè)置:總時間1000s,時間步:0.1s
下面把網(wǎng)格和結(jié)果貼上來
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