浅谈考虑流固耦合的大跨度屋盖结构风振响应数值模拟

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1、山东大学硕士学位论文考虑流固耦合的大跨度屋盖结构风振响应数值模拟姓名：孙绍霞申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：刘振华20070415山东大学硕士学位论文摘要随着科学技术的发展和施工工艺的进步，大跨度屋盖结构由于具有优美的外形和能提供尽可能大的无内柱空间等特点，近年来被广泛地应用于机场、体育馆等大型公共建筑中。随着大跨度屋盖结构向着大型化和轻质化方向发展，风荷载逐渐成为其主要的控制荷载。但是大跨度屋盖结构的风荷载理论却未能随之发展，各国规范中关于大跨度结构风振方面的内容几乎是空白。因此深入研究大跨度屋盖结构的风荷载及风振响应具有极其重要的工程应用

2、价值和学术研究意义。本文主要是基于通用有限元软件ADINA模拟大跨度屋盖结构的流体一结构耦合作用风致动力响应。采用Lagrangian方法来描述结构动力学控制方程。假定流体为粘性不可压缩流体(气体)，采用ALE方法来描述流体流动的动力学控制方程。同时采用基于流动条件插值(FCBI)的三维单元的稳定有限元求解技术，来避免数值计算的不稳定性。所采用的湍流模型为大涡模拟。本文首先模拟了矢跨比分别是1／3、1／4、1／5、1／6的单层球面网壳和矢跨比分别是1／2、1／3、1／4的单层柱面网壳。球面网壳的压力系数的趋势和数值与风洞试验的结果基本吻合。说明该方法可

3、以很好的模拟该种结构的风振响应。同时发现入口风速对大跨单层网壳的位移风振系数和压力系数的影响不大。对济南火车站风雨篷进行流体一结构耦合作用风致动力响应数值模拟，模型采用实际尺度，并且分别建立了有广告牌和无广告牌的情况，以及刚性模型和气弹模型，获得了各种情况下的表面风压分布系数和风振系数。结果表明无广告牌的屋面风压系数明显比有广告牌的屋面风压系数大，可以看出广告牌对结构起到了一定的挡风作用，有效的减小屋面风压。并且将有广告牌的刚性模型与已有的风洞试验做出比较发现风向角90度和270度时数值模拟和风洞试验的结果曲线趋势基本一致，数值模拟的曲线基本上在风洞试

4、验结果的平均线上。0度和180度的结果有一定的差距，可能是由于风洞试验考虑了周围建筑的影响而数值模拟没有考虑周边影响以及数值计算模型简化的结果。关键词：大跨度屋盖结构；流体一结构耦合作用；大涡模拟；风压分布系数；风振系数Ill山东大学硕士学位论文ABSTRACTAlongwiththedevelopmentofscienceandtechnology,beautifulshapesandcapacitiesofprovidinghugespacewithoutinnercolumnsaretraitsoflarge—spanroofstructures

5、．Thenanumberoflarge·spanroofstructuresalewidelyappliedtothepublicbuilding,forexample，gymnasium，hangarandtheater．Whenlarge-spanroofstendtobemoreflexibleandlight,thewindloads，amongallkindsofloads，becomedominating．Butthetheoriesofwind·induceddynamicresponseandEquivalentStaticWindLo

6、adonlarge-spanroofsaren*twelldevelopedandfewCode烙arepresentedtoregulatethedynamicwindloadsonlarge-spanroofsallovertheworld．Soitissignificanttostudywindloadsandwind·-induceddynamicresponseforlarge·-spanroofstructuresinthefieldofenglneeringandresearch．Numericalsimulationanalysisof

7、fluid—structureinteraction(FSI)oflong-spanroofstmcturesisperformedbyADINAtoinvestigatethewind—induceddynamicresponseinthispaper．ConservationlawsofstructuralmassandmomentumareexpressedintheusualLagrangiansystemofcoordinatesonasuitableformforgeometricalnonlinearityproblems，whileco

8、nservationprinciplesoffluidmassandmomentumarede