考虑流固耦合的充气膜结构风动力特性研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dorisnanjin
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充气膜结构是典型的柔性结构,风荷载作用下膜面往往会发生较大的变形和振动,而结构的变化反过来也会影响结构周围流场大小和分布,从而产生流固耦合效应。本文通过对内压、膜厚、矢高、跨度等结构参数的变化规律进行分析探讨,得出了气承式充气膜结构的动力响应特征与脉动风场的关系。通过应力、位移等效原理得出了结构抗风设计的风振系数的变化范围,为结构工程抗风设计提供依据。首先通过AR法得到脉动风荷载,并自行编制了fluent接口程序,将脉动风荷载时程数据导入风场。基于弱耦合分区求解策略,在workbench中分析了不同风向角时,脉动风荷载作用下的气承式充气膜结构风压系数的分布规律,与已有的研究比较,验证了湍流模拟的正确性。其次,编制了充气膜结构找形分析命令流,通过workbench组件建立不同膜厚、内压、矢高、跨度的充气膜结构模型,计算了结构的自振频率和模态,探讨了充气膜结构自振特性的变化规律。接着在数值模拟平台workbench中建立充气膜结构的分析模型,计算了充气膜结构在脉动风场作用下的动力响应,讨论耦合作用下脉动风场对气承式充气膜响应时程、空间分布的影响;并系统地研究常见膜厚、内压、矢高和跨度的充气膜结构荷载响应的变化规律;同时研究了90°风向角时常见风速下结构的动力响应。最后,考虑流固耦合作用,建立1/4和1/3矢跨比的充气膜结构模型,通过计算结构在不同风速时的荷载响应,得到其位移风振系数和内力风振系数的取值范围和变化趋势,并定义了结构的风振系数,其具有十分重要的工程意义。
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