膜结构设计中风荷载CFD数值模拟方法

膜结构设计中风荷载CFD数值模拟方法

风的运动存本质上是一种流体现象，因此有的研究者希望借助计算流体力学(CFD)与结构动力学相结合的方法来数值再现流固耦合振动过程。对流固耦合效应的数值模拟一直是数值计算中极具挑战性的问题，涉及到湍流模拟、动网格技术、耦合边界的数据传递和海量计算等关键问题。Hubner等[104]采用强耦合算法对膜结构的流固耦合进行了数值模拟，该方法的特点是对流体方程、结构方程和耦合条件同时联立求解，因而求解速度快、收敛性好，但由于忽略了湍流作用，模拟精确性还有待于改进。Glfick等[1O5]基于弱耦合算法计算了膜结构在考虑湍流条件下的稳态变形，这种方法的特点是可将流体计算与结构计算分开处理，通过一些参数的传递来实现两部分计算的耦合，从而有利于研究人员分别开发程序，并可以最大限度地利用现有的计算软件。武岳等。基于弱耦合算法和大涡模拟技术实现了单向悬挂膜结构的流固耦合模拟，探讨了来流风速、屋盖质量和初始预张力等参数对结构耦合振动特性的影响。刘振华[108]基于ADINA软件实现了对三维膜结构流固耦合的数值模拟，但其准确性有待验证。孙晓颖_lJ基于FLUENT软件和动网格技术，实现了对鞍形和伞形膜结构的流固耦合模拟。Michalski等…Ul以一个29m伞形膜结构工程为背景，将现场实测的风速数据处理后输入CFD软件，计算膜结构的响应，并与实测位移响应对比，表明其数值模拟已能够达到工程要求的精度。

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