膜結構氣彈模型風洞試驗研究.pdf

1、空間結構作為一類新穎結構體系，由于具有優(yōu)美的外形和能夠提供盡可能大的無內(nèi)柱空間等特點，在建筑結構中發(fā)揮著越來越重要的作用。空間結構具有質(zhì)量輕、柔性大、阻尼小等特點，對風荷載的作用非常敏感同時其往往比較低矮，在大氣邊界層中處于風速變化大、湍流度高的區(qū)域，其繞流和空氣動力作用變得十分復雜。因此，風荷載是此類結構設計中的主要控制荷載。目前，在進行空間結構的抗風設計研究多采用風洞試驗方法和數(shù)值模擬方法。
　　 本文完成了菱形馬鞍屋面氣彈

2、模型風洞試驗。模型選取了兩種尺寸，矢跨比分別為1/6和1/12。模型按照力學等效原則分解成為受力索網(wǎng)結構和覆面材料兩部分，滿足弗勞德數(shù)相似、斯托拉哈數(shù)相似和歐拉數(shù)相似等流動相似準則；滿足質(zhì)量相似準則。試驗流場為均勻流場和湍流場(模擬B類地貌的風速剖面和湍流度剖面)，選取不同的風速和來流方向，測量膜面各關鍵點的位移和加速度響應。數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)矢跨比和風向角對膜結構平均位移的影響較大。再將氣彈模型風洞試驗最終結果與邊界元(BEM)程序計算結果

3、進行了對比分析，結果發(fā)現(xiàn)：在低應力狀態(tài)下兩者之間的誤差較大，高應力狀態(tài)下誤差較小，效果良好。
　　 數(shù)值模擬方法作為風洞試驗的一種有效的輔助手段，考慮利用CFD數(shù)值模擬來輔助相似準則的選取，進而指導風洞試驗的設計。本文首先模擬了不同矢跨比的馬鞍面以及平屋蓋在4種截面堵塞度情況下的風壓系數(shù)，并與課題組所做風洞試驗進行對比。結果表明：建筑模型的數(shù)值模擬結果受截面堵塞度的影響較明顯，建議氣彈模型風洞試驗中模型設計堵塞度應小于3.6％。

4、然后，本文進行了雷諾數(shù)為22000時二維、三維方柱繞流的數(shù)值模擬計算。從數(shù)值模擬的結果來看，對于結構在展長方向具有對稱性特征的斷面，三維的計算結果略好于二維，但其結果相差不很明顯，但計算效率卻相差數(shù)量級以上。因此，從工程應用的角度看，對于此類結構的流場分布，進行二維的數(shù)值模擬計算具有相對的優(yōu)勢。利用二維數(shù)值模擬對7種不同的雷諾數(shù)方柱繞流情況進行了數(shù)值模擬，以此作出阻力系數(shù)均值、升力系數(shù)均方差和斯托拉哈數(shù)等繞流參數(shù)隨雷諾數(shù)的變化曲線。最后