流固耦合作用的弱耦合算法及風與薄膜結構的耦合分析.pdf

1、薄膜結構在風荷載作用下的流固耦合問題是結構風工程研究的熱點問題之一。本文采用基于計算流體動力學（CFD）和計算結構動力學（CSD）方法的弱耦合算法進行結構與流體（主要是風）的流固耦合數值模擬，即在每一時間步內分別對流體方程和結構運動方程交替迭代求解，通過把第一個物理場的計算結果作為外荷載施加于第二個物理場來實現兩個場的耦合。論文的主要工作如下： 1．作為數值模擬技術的基礎，首先研究了計算流體動力學（CFD）的基本控制方程，完成了

2、質量守恒方程和動量守恒方程的推導過程。對基于CFD的數值風洞關鍵基礎和技術進行研究分析，闡述了CFD的基本思想，研究了基于有限體積法的控制方程的離散方法以及流場的數值求解的PISO算法。對于風的湍流特性的模擬采用了基于Reynolds時均方程的標準κ-ε方程，完成了標準κ-ε方程推導過程。 2．研究了弱耦合算法的迭代求解過程，主要包括結構求解器、流體求解器和控制程序三個基本要素。根據所提供的CSD和CFD網格的信息，采用桶式搜索

3、算法和各種匹配標準來確定不同的程序之間的傳遞路徑，建立起內插耦合參量。 3．針對流固耦合界面的數據信息的傳遞和交換，研究了將荷載信息從流體網格傳輸到結構網格上的積分算法以及將結構的幾何變形傳輸到流體網格的守恒算法。采用插值方法使采用不同的空間和時間離散方法的流體和結構的求解同步化，成功地解決了兩種軟件程序之間的計算數據的信息交換問題。 4．采用動網格技術實現CFD網格隨著結構的運動和變形而相應變形，編制了相應的程序使整個