基于動邊界技術(shù)的單向張拉膜結(jié)構(gòu)流固耦合效應研究.pdf

1、膜結(jié)構(gòu)是二十世紀中期發(fā)展起來的一種新型大跨度空間結(jié)構(gòu)體系，近年來應用十分廣泛。該類結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、剛度小、阻尼小等特點，風荷載往往成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要控制荷載。膜結(jié)構(gòu)在風荷載作用下容易產(chǎn)生較大的變形和振動，這種變形和振動反過來也會影響結(jié)構(gòu)周圍的流場，進而影響到膜面風壓分布，產(chǎn)生流固耦合效應，在膜結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計中需要特別關(guān)注。由于膜結(jié)構(gòu)流固耦合問題異常復雜，國內(nèi)外對這一問題的研究并不成熟，研究方法主要有三種：解析方法、CFD數(shù)值模擬方法和

2、氣彈模型風洞試驗方法，目前看來，數(shù)值模擬與氣彈模型試驗相結(jié)合的方法對膜結(jié)構(gòu)流固耦合問題的研究具有重要意義。
　　本文基于FLUENT平臺的動邊界技術(shù)，將單向張拉膜結(jié)構(gòu)的流固耦合問題簡化為運動邊界對流場影響的問題進行了研究。
　　首先針對單向膜結(jié)構(gòu)的耦合流場，進行了動邊界控制方法與動網(wǎng)格更新方法的選擇，確定了流場的網(wǎng)格形式等問題。然后基于10m/s風速工況下的單向膜結(jié)構(gòu)氣彈模型試驗，運用動邊界技術(shù)進行了流場再現(xiàn)；并利用數(shù)值風壓

3、進行了膜結(jié)構(gòu)的位移響應分析，流場與結(jié)構(gòu)位移的計算結(jié)果均與試驗結(jié)果吻合較好，說明了該方法用于研究單向膜結(jié)構(gòu)流固耦合效應的可行性。
　　在此基礎(chǔ)上，對單向膜結(jié)構(gòu)指定簡諧運動形式，對比了膜面平衡位置、振動幅度、振動頻率及振動模態(tài)等參數(shù)對流場的影響，探討了簡諧振動下的流固耦合效應。結(jié)果表明，平衡位置越大漩渦越明顯，對流場形式起主要作用，進而影響了膜面風壓分布；結(jié)構(gòu)振幅越大、振動頻率與模態(tài)越高，振動對流場的耗散作用越明顯，流場將趨于穩(wěn)定，并