長大橋箱桁断面の空力特性に対するDESを用いた数値流体解析とその適用性の評価

长桥箱梁截面气动特性的DES计算流体分析及其适用性评价

• 批准号: 15760355
• 负责人: 丸岡 晃
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Hachinohe National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760355/
• 关键词: 長大橋; 矩形断面; 箱桁断面; 数値流体解析; 有限要素法; LES; RANS; DES; 平行平板間流れ

従来から行われている橋梁断面を対象とした数値流体解析手法は、乱流モデルの観点からすれば、RANSとLESに二分される。RANSは計算負荷が少なく、剥離のない壁面近傍において有効性を発揮するが、剥離・再付着を伴う流れや変動成分の再現性においてやや難がある。一方、LESは微細な格子が必要で3次元解析をベースとするため、計算負荷は大きいが、剥離・再付着や変動成分も精度良く再現する。ただし、壁面近傍における乱れスケールを十分に再現できないという問題点もある。長大橋箱桁断面における空力特性は、剥離・再付着を伴う流れであり、変動成分も大きく寄与する。また、フラッターに関連する非定常空気力の作用に関しては、壁面近傍の流れを良く再現することも重要になる。そこで本研究では、従前の手法の問題点を解決するため、RANSとLESの互いの利点を取りこんだ、Spalartによって提案されたDES(Detached Eddy Simulation)と呼ばれる方法を適用し、長大橋箱桁断面の空力特性の検討を行い、DESの適用性の評価を行った。具体的には、平成15年度には、基本的ベンチマーク問題(平行平板流れ)によるDESの適用性の評価および矩形断面(B/D=4)の静的解析に対するDESの適用性の評価を行った。平成16年度には、平成15年度に課題となったDESで必要となるモデル定数の影響の評価を行った。最終年度である平成17年度には、最適なモデルによる基本箱桁断面の静的解析、また、振動問題を含む動的解析を実施した。その結果、DESは、RANSより剥離・再付着をよく表現し、少ない格子点数であってもLESと同等の精度の解析が行われることを確認し、長大橋箱桁断面における空力特性の検討に有効な方法であることを明らかにした。

The analysis method of numerical value of bridge cross section is: turbulent flow, RANS and LES. RANS has the ability to calculate loads, peel off, and re-flow near the wall, and to reproduce dynamic components. A party, LES, fine lattice, necessary, three-dimensional analysis, calculation load, separation, re-payment, dynamic component accuracy, good reproduction The wall is close to the ground. The aerodynamic characteristics of the box girder section of the long bridge are as follows: separation, re-payment, accompanying current, dynamic component, and transmission. The effect of unsteady air force on the flow near the wall is important. This study is aimed at solving the problems of the previous methods, selecting the advantages of the interaction between RANS and LES, proposing the application of DES(Detached Eddy Simulation), and evaluating the applicability of DES to the analysis of the aerodynamic characteristics of box girder sections of long bridges. Specifically, the evaluation of the applicability of DES and the static analysis of rectangular cross section (B/D=4) were carried out for the basic problem of parallel plate flow in Heisei 15. Evaluation of the impact of the 16th and 15th year of the Heisei Project The static analysis, vibration analysis and dynamic analysis of the basic box girder section were carried out in the final year of 2017. Results, DES, RANS, separation, re-analysis, identification, analysis of air force characteristics of long bridge box girder sections

项目成果

橋梁断面の数値流体解析におけるDESの適用

DES在桥梁断面计算流体分析中的应用

• 发表时间: 2004
• 期刊: 土木学会年次学術講演会講演概要集 59
• 作者: 丸岡 晃;清川 弘樹
• 通讯作者: 清川 弘樹

数値流体解析による断面辺長比4の矩形断面の空力応答特性に関する検討

利用计算流体分析研究边长比为4的矩形截面气动响应特性

• 发表时间: 2005
• 期刊: 応用力学論文集 Vo.8
• 作者: 田高 真人;天間 祐輔;丸岡 晃
• 通讯作者: 丸岡 晃

振動する矩形断面まわりの流れのDES

围绕振荡矩形横截面流动的 DES

• 发表时间: 2006
• 期刊: 理論応用力学講演会講演論文集 55
• 作者: 丸岡 晃;田高 真人
• 通讯作者: 田高 真人

断面辺長比4の矩形断面の動的空力特性に関する数値流体解析

边长比为4的矩形截面动态气动特性计算流体分析

• 发表时间: 2005
• 期刊: 平成16年度土木学会東北支部技術研究発表会講演概要集
• 作者: 田高 真人;丸岡 晃
• 通讯作者: 丸岡 晃

Akira MARUOKA: "Finite Element Analysis for Flow Around a Rotating Body using Chimera Method"International Journal of Computational Fluid Dynamics. 17. 289-297 (2003)

Akira MARUOKA：“使用 Chimera 方法对旋转体周围流动进行有限元分析”国际计算流体动力学杂志。