流固耦合界面信息傳遞技術分析與數(shù)值風洞計算程序研制.pdf

1、大跨度空間結構和超高層結構對風荷載作用相當敏感。在風荷載作用時這些結構會產(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場及表面風壓分布產(chǎn)生影響，形成流固耦合效應。流固耦合效應已造成很多工程結構發(fā)生重大災變，然而由于問題的復雜性，該問題一直沒有得到很好解決。近十年來，隨著計算機硬件技術的迅猛發(fā)展，這為流固耦合技術研究提供了新的契機。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行了分析；其

2、次，基于大渦模擬方法對湍流控制方程進行了推導，研究了湍流控制方程的離散格式以及對離散方程進行數(shù)值求解的SIMPLE算法；再次，分析了求解結構動力響應方程的Newmark-β法；最后，研究了流固耦合界面信息傳遞與交換技術，并在前期研究的基礎上，研制了求解流固耦合問題的計算程序。
　　采用本文研制的數(shù)值風洞計算程序對經(jīng)典的平板流固耦合問題進行了數(shù)值計算。計算結果分析發(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）風速變化趨勢基本一致。結構因脈動風速的影響做小幅往復運動，其計算位移值遠小于結構尺寸，且同一時刻平板頂部位移值最大。利用ANSYS Workbench軟件對該算例進行了計算，并將兩者求解結果進行了對比分析，通過對測點的計算偏差值統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，流場的多數(shù)測點流速偏差值不超過20