流固耦合界面信息傳遞技術(shù)分析與數(shù)值風(fēng)洞計(jì)算程序研制.pdf

1、大跨度空間結(jié)構(gòu)和超高層結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載作用相當(dāng)敏感。在風(fēng)荷載作用時這些結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生變形和振動，這種變形和振動同樣也會對其周邊繞流風(fēng)場及表面風(fēng)壓分布產(chǎn)生影響，形成流固耦合效應(yīng)。流固耦合效應(yīng)已造成很多工程結(jié)構(gòu)發(fā)生重大災(zāi)變，然而由于問題的復(fù)雜性，該問題一直沒有得到很好解決。近十年來，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，這為流固耦合技術(shù)研究提供了新的契機(jī)。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　本文首先對采用弱耦合算法求解流固耦合問題時的求解策略進(jìn)行了分析；其

2、次，基于大渦模擬方法對湍流控制方程進(jìn)行了推導(dǎo)，研究了湍流控制方程的離散格式以及對離散方程進(jìn)行數(shù)值求解的SIMPLE算法；再次，分析了求解結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)方程的Newmark-β法；最后，研究了流固耦合界面信息傳遞與交換技術(shù)，并在前期研究的基礎(chǔ)上，研制了求解流固耦合問題的計(jì)算程序。
　　采用本文研制的數(shù)值風(fēng)洞計(jì)算程序?qū)?jīng)典的平板流固耦合問題進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。計(jì)算結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，平板周圍存在繞流，同一截面（z=4m截面或z=3.5m截面）在平

3、板區(qū)域內(nèi)（y=0~0.5m）流場三維速度u、v和w值相差不大；平板邊緣處速度w變化較大，而其他區(qū)域內(nèi)流場速度w遠(yuǎn)大于速度u、v；不同時刻同一截面沿同一方向（x軸或y軸）風(fēng)速變化趨勢基本一致。結(jié)構(gòu)因脈動風(fēng)速的影響做小幅往復(fù)運(yùn)動，其計(jì)算位移值遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)尺寸，且同一時刻平板頂部位移值最大。利用ANSYS Workbench軟件對該算例進(jìn)行了計(jì)算，并將兩者求解結(jié)果進(jìn)行了對比分析，通過對測點(diǎn)的計(jì)算偏差值統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，流場的多數(shù)測點(diǎn)流速偏差值不超過20