構造基本断面の空力弾性振動の数値流体解析
本論文では高層建築物や橋梁といった風の影響を受けやすい構造物の空力不安定振動を調べる手段としての数値流体解析の可能性について述べる。矩形断面を過ぎる流れは、剥離と再付着を伴なう。また辺長比に応じて再付着のパターンが変化するため断面には多様な空力不安定振動が発現する。このことにより矩形断面は構造物の空力的性質を調べる上で基本的な断面であるといえる。本論文では修正型k-εモデルを取り上げ、RANSモデルの性質をうまく利用することで、2次元解析によってでもそれらの空力特性が再現されることを示した。特にその高速性を活かして種々の空力不安定振動現象が、広範な辺長比領域で実際に再現しえることを既往の風洞実験結果との綿密かつ網羅的な比較を通して示した。これらの結果を踏まえて本解析を耐風設計の実務と対比するとき、設計初期段階での断面選定への応用や、流れ場や圧力場が可視化できる数値流体解析の利点を活かして断面に対する耐風性安定化対策への適用の可能性が見出せた。
Numerical Simulation of the Aeroelastic Vibrations of Fundamental Bluff Bodies
In this paper possibility of the computational fluid dynamics as a design tool to evaluate the aeroelastic instability of tall buildings and bridges is discussed. Flow past a rectangular cross-sections exhibits flow separation and reattachment. Also a various kinds of aerodynamic instability can occur depending on its bluffness ratio. Because of this nature, rectangular cross-sections is regarded as an aerodynamically fundamental cross-section. In this paper modified k-ε model is presented and it is demonstrated that, using nature of the RANS model properly, even two-dimensional analysis can simulate those aerodynamic characteristics adequately. Especially, using its advantage in its portability, various aerodynamic instabilities are successfully simulated in a wide range of bluffness ratio through the comparisons between previous experimental researches. From the investigation, it is concluded that it can be applied to the selection of the aerodynamically favorable cross-section at the primary stage of the design process and aerodynamic modification on the designed cross-section utilizing the benefit of the analysis in which spatial variation of the flow and pressure field are easy to extract.
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