流固耦合作用的弱耦合算法及風(fēng)與薄膜結(jié)構(gòu)的耦合分析.pdf

1、薄膜結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的流固耦合問題是結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究的熱點(diǎn)問題之一。本文采用基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）和計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)（CSD）方法的弱耦合算法進(jìn)行結(jié)構(gòu)與流體（主要是風(fēng)）的流固耦合數(shù)值模擬，即在每一時(shí)間步內(nèi)分別對(duì)流體方程和結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程交替迭代求解，通過把第一個(gè)物理場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果作為外荷載施加于第二個(gè)物理場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)場(chǎng)的耦合。論文的主要工作如下： 1．作為數(shù)值模擬技術(shù)的基礎(chǔ)，首先研究了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）的基本控制方程，完成了

2、質(zhì)量守恒方程和動(dòng)量守恒方程的推導(dǎo)過程。對(duì)基于CFD的數(shù)值風(fēng)洞關(guān)鍵基礎(chǔ)和技術(shù)進(jìn)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(chǎng)的數(shù)值求解的PISO算法。對(duì)于風(fēng)的湍流特性的模擬采用了基于Reynolds時(shí)均方程的標(biāo)準(zhǔn)κ-ε方程，完成了標(biāo)準(zhǔn)κ-ε方程推導(dǎo)過程。 2．研究了弱耦合算法的迭代求解過程，主要包括結(jié)構(gòu)求解器、流體求解器和控制程序三個(gè)基本要素。根據(jù)所提供的CSD和CFD網(wǎng)格的信息，采用桶式搜索

3、算法和各種匹配標(biāo)準(zhǔn)來確定不同的程序之間的傳遞路徑，建立起內(nèi)插耦合參量。 3．針對(duì)流固耦合界面的數(shù)據(jù)信息的傳遞和交換，研究了將荷載信息從流體網(wǎng)格傳輸?shù)浇Y(jié)構(gòu)網(wǎng)格上的積分算法以及將結(jié)構(gòu)的幾何變形傳輸?shù)搅黧w網(wǎng)格的守恒算法。采用插值方法使采用不同的空間和時(shí)間離散方法的流體和結(jié)構(gòu)的求解同步化，成功地解決了兩種軟件程序之間的計(jì)算數(shù)據(jù)的信息交換問題。 4．采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)CFD網(wǎng)格隨著結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和變形而相應(yīng)變形，編制了相應(yīng)的程序使整個(gè)