(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210590432.7 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 石家庄铁道大 学 地址 050043 河北省石家庄市长安区北二 环东路17号 (72)发明人 靖洪淼　于春放　张记涛　刘庆宽　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 赵兴华 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于变刚度的钝体结构涡激振动数值 模拟方法及系统 (57)摘要 本发明涉及一种基于变刚度的钝体结构涡 激振动数值模拟方法及系统， 具体涉及桥梁与结 构风工程技术领域。 所述方法包括根据刚度值、 待模拟钝体结构的质量和阻尼比， 计算刚度值对 应的折减风速和阻尼值； 根据刚度值、 质量和刚 度值对应的阻尼值， 确定待模拟钝体结构的钝体 结构动力方程； 根据待模拟钝体结构的钝体结构 动力方程和刚度值对待模拟钝体结构进行模拟， 得到待模拟钝体结构在刚度值下的振幅； 根据各 刚度值对应的折减风速和各刚度值下的振幅确 定待模拟钝体结构的涡激振动性能。 本发明降低 了网格划分工作量， 显著提高了数值模拟的效 率。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114896911 A 2022.08.12 CN 114896911 A 1.一种基于变刚度的钝体结构涡激振动数值模拟方法， 其特 征在于， 包括： 对待模拟钝体结构设置不同的刚度值； 对于任意一个刚度值， 根据所述刚度值、 所述待模拟钝体结构的质量和所述待模拟钝 体结构的阻尼比， 计算所述刚度值对应的折减风速和阻尼值； 根据刚度值、 所述待模拟钝体结构的质量和所述刚度值对应的阻尼值， 确定所述待模 拟钝体结构的钝体结构动力方程； 根据所述待模拟钝体结构的钝体结构动力方程和所述刚度值对所述待模拟钝体结构 进行模拟， 得到所述待模拟钝体结构在所述刚度值下的振幅； 根据各刚度值对应的折减风速和各刚度值下的振幅确定所述待模拟钝体结构的涡激 振动性能。 2.根据权利要求1所述的一种基于变刚度的钝体结构涡激振动数值模拟方法， 其特征 在于， 所述根据所述刚度值、 所述待模拟钝体结构的质量和所述待模拟钝体结构的阻尼比， 计算所述刚度值对应的折减风速和阻尼值， 具体包括： 根据所述刚度值和所述待模拟钝体结构的质量计算所述刚度值对应的振动频率； 基于所述刚度值对应的振动频率计算所述刚度值对应的折减风速； 根据所述刚度值、 所述待模拟钝体结构的质量和所述待模拟钝体结构的 阻尼比计算所 述刚度值对应的阻尼值。 3.根据权利要求2所述的一种基于变刚度的钝体结构涡激振动数值模拟方法， 其特征 在于， 所述根据所述刚度值和所述待模拟钝体结构的质量计算所述刚度值对应的振动频 率， 具体为： 根据公式 计算所述刚度值对应的振动频率， 其中， Ki为设置的第i个刚 度值， fi为设置的第i个刚度值对应的振动频率， M为待模拟钝体结构的质量。 4.根据权利要求2所述的一种基于变刚度的钝体结构涡激振动数值模拟方法， 其特征 在于， 所述根据所述刚度值、 所述待模拟钝体结构的质量和所述待模拟钝体结构的阻尼比 计算所述刚度值对应的阻尼值， 具体为： 根据公式 计算所述刚度值对应的阻尼值， 其中， Ki为设置的第i个刚度 值， Ci为设置的第i个刚度值对应的阻尼值， M为待模拟钝体结构的质量， ζ为待模拟钝体结 构的阻尼比。 5.根据权利要求2所述的一种基于变刚度的钝体结构涡激振动数值模拟方法， 其特征 在于， 所述基于所述刚度值对应的振动频率计算所述刚度值对应的折减风速， 具体为： 根据公式 计算所述刚度值对应的折减风速， 其中， Uri表示第i个刚度值对应 的折减风速， U0表示来流风速， fi为设置的第 i个刚度值对应的振动频率， B表示待模拟钝体 结构的参 考尺寸。 6.一种基于变刚度的钝体结构涡激振动数值模拟系统， 其特 征在于， 包括： 刚度设置模块， 用于对待模拟钝体结构设置不同的刚度值； 折减风速和阻尼值计算模块， 用于对于任意一个 刚度值， 根据 所述刚度值、 所述待模拟权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114896911 A 2钝体结构的质量和所述待模拟钝体结构的阻尼比， 计算所述刚度值对应的折减风速和阻尼 值； 钝体结构动力方程确定模块， 用于根据刚度值、 所述待模拟钝体结构的质量和所述刚 度值对应的阻尼值， 确定所述待模拟钝体结构的钝体结构动力方程； 振幅确定模块， 用于根据所述待模拟钝体结构的钝体结构动力方程和所述刚度值对所 述待模拟钝体结构进行模拟， 得到所述待模拟钝体结构在所述刚度值下的振幅； 涡激振动 性能模拟模块， 用于根据 各刚度值对应的折减风速和各刚度值下的振幅确定 所述待模拟钝体结构的涡激振动性能。 7.根据权利要求6所述的一种基于变刚度的钝体结构涡激振动数值模拟系统， 其特征 在于， 所述 折减风速和阻尼值计算模块包括： 振动频率计算单元， 用于根据 所述刚度值和所述待模拟钝体结构的质量计算所述刚度 值对应的振动频率； 折减风速计算单元， 用于基于所述刚度值对应的振动频率计算所述刚度值对应的折减 风速； 阻尼值计算单元， 用于根据所述刚度值、 所述待模拟钝体结构的质量和所述待模拟钝 体结构的阻尼比计算所述刚度值对应的阻尼值。 8.根据权利要求7所述的一种基于变刚度的钝体结构涡激振动数值模拟系统， 其特征 在于， 所述振动频率计算单 元包括： 振动频率计算子单元， 用于根据公式 计算所述刚度值对应的振动频 率， 其中， Ki为设置的第i个刚度值， fi为设置的第i个刚度值对应的振动频率， M为待模拟钝 体结构的质量。 9.根据权利要求7所述的一种基于变刚度的钝体结构涡激振动数值模拟系统， 其特征 在于， 所述阻尼值计算单 元包括： 阻尼值计算子单元， 用于根据公式 计算所述刚度值对应的阻尼值， 其 中， Ki为设置的第i个刚度值， Ci为设置的第i个刚度值对应的阻尼值， M 为待模拟钝体结构的 质量， ζ 为待模拟钝体结构的阻尼比。 10.根据权利要求7所述的一种基于变刚度的钝体结构涡激振动数值模拟系统， 其特征 在于， 所述 折减风速计算单 元包括： 折减风速计 算子单元， 用于根据公式 计算所述刚度值对应的折减风速， 其中， Uri表示第i个刚度值对应的折减风速， U0表示来流风速， fi为设置的第i个刚度值对应的振 动频率， B表示待模拟钝体结构的参 考尺寸。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114896911 A 3