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

1、膜結(jié)構(gòu)是二十世紀(jì)中期發(fā)展起來(lái)的一種新型大跨度空間結(jié)構(gòu)體系，近年來(lái)應(yīng)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(diǎn)，風(fēng)荷載往往成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要控制荷載。膜結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下容易產(chǎn)生較大的變形和振動(dòng)，這種變形和振動(dòng)反過(guò)來(lái)也會(huì)影響結(jié)構(gòu)周圍的流場(chǎng)，進(jìn)而影響到膜面風(fēng)壓分布，產(chǎn)生流固耦合效應(yīng)，在膜結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)中需要特別關(guān)注。由于膜結(jié)構(gòu)流固耦合問題異常復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(fēng)洞試驗(yàn)方法，目前看來(lái)，數(shù)值模擬與氣彈模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)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(tái)的動(dòng)邊界技術(shù)，將單向張拉膜結(jié)構(gòu)的流固耦合問題簡(jiǎn)化為運(yùn)動(dòng)邊界對(duì)流場(chǎng)影響的問題進(jìn)行了研究。
　　首先針對(duì)單向膜結(jié)構(gòu)的耦合流場(chǎng)，進(jìn)行了動(dòng)邊界控制方法與動(dòng)網(wǎng)格更新方法的選擇，確定了流場(chǎng)的網(wǎng)格形式等問題。然后基于10m/s風(fēng)速工況下的單向膜結(jié)構(gòu)氣彈模型試驗(yàn)，運(yùn)用動(dòng)邊界技術(shù)進(jìn)行了流場(chǎng)再現(xiàn)；并利用數(shù)值風(fēng)壓

3、進(jìn)行了膜結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)分析，流場(chǎng)與結(jié)構(gòu)位移的計(jì)算結(jié)果均與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，說(shuō)明了該方法用于研究單向膜結(jié)構(gòu)流固耦合效應(yīng)的可行性。
　　在此基礎(chǔ)上，對(duì)單向膜結(jié)構(gòu)指定簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)形式，對(duì)比了膜面平衡位置、振動(dòng)幅度、振動(dòng)頻率及振動(dòng)模態(tài)等參數(shù)對(duì)流場(chǎng)的影響，探討了簡(jiǎn)諧振動(dòng)下的流固耦合效應(yīng)。結(jié)果表明，平衡位置越大漩渦越明顯，對(duì)流場(chǎng)形式起主要作用，進(jìn)而影響了膜面風(fēng)壓分布；結(jié)構(gòu)振幅越大、振動(dòng)頻率與模態(tài)越高，振動(dòng)對(duì)流場(chǎng)的耗散作用越明顯，流場(chǎng)將趨于穩(wěn)定，并