結(jié)構(gòu)流固耦合振動與流動控制的數(shù)值模擬.pdf

1、現(xiàn)代結(jié)構(gòu)向超高層和大跨度方向發(fā)展，使結(jié)構(gòu)變輕、變?nèi)?，結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的流固耦合效應(yīng)十分突出。深入系統(tǒng)地研究結(jié)構(gòu)流固耦合效應(yīng)及其流場主動控制方法與機(jī)理，具有重要的學(xué)術(shù)價值和廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文采用CFD數(shù)值模擬方法，研究結(jié)構(gòu)/群的渦激振動及其繞流場控制原理，揭示湍流來流條件下結(jié)構(gòu)渦激振動的特點(diǎn)和規(guī)律，并將研究成果應(yīng)用于實(shí)際超高層建筑結(jié)構(gòu)繞流場及其風(fēng)致振動效應(yīng)的分析中。
　　本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，在F

2、luent流體計(jì)算平臺基礎(chǔ)上，在C語言下自編結(jié)構(gòu)域振動程序（采用Newmark-β算法），并通過動網(wǎng)格技術(shù)更新邊界，發(fā)展一種彈性支撐剛性柱體流致振動的數(shù)值模擬計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，研究不同截面形狀柱體的振動特點(diǎn)，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)和流向振動對圓柱氣動力和位移的影響規(guī)律，給出尾流渦結(jié)構(gòu)，揭示柱體振動與渦脫模式間的關(guān)系。
　　第二，建立彈性支撐圓柱群流固耦合振動系統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算方法；研究正方形順排排列四圓柱的固定繞流干擾效應(yīng)，以及間距對各圓柱

3、氣動力及頻率特性的影響；進(jìn)一步研究彈性支撐四圓柱的氣動彈性干擾效應(yīng)，分析間距對各圓柱的氣動力和振動響應(yīng)的影響規(guī)律，揭示流場結(jié)構(gòu)與渦脫模式。
　　第三，研究表面帶振蕩附屬物的單圓柱渦激振動，建立表面帶振蕩附屬物的單圓柱渦激振動模型，分析附屬物的尺寸、旋轉(zhuǎn)方向和振蕩幅度對圓柱渦激振動幅值的影響，分析氣動力和位移隨折減風(fēng)速的變化規(guī)律及與附屬物振蕩方向的相關(guān)性。
　　第四，研究CFD數(shù)值模擬中湍流來流邊界的實(shí)現(xiàn)方法，通過單圓柱的繞流

4、結(jié)果揭示出流場的脈動特性，進(jìn)一步研究不同湍流強(qiáng)度脈動風(fēng)作用下單圓柱的渦激振動，重點(diǎn)分析圓柱的位移幅值和鎖定區(qū)范圍隨折減風(fēng)速的變化規(guī)律，指出與平均風(fēng)作用下單圓柱渦激振動結(jié)果的差別并分析產(chǎn)生差別的原因。
　　第五，將本文實(shí)現(xiàn)的脈動風(fēng)來流邊界應(yīng)用于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)，基于數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)預(yù)測超高層建筑表面的平均風(fēng)壓和脈動風(fēng)壓，并與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較；進(jìn)一步對超高層建筑的風(fēng)致流固耦合振動進(jìn)行數(shù)值模擬，并與常態(tài)風(fēng)和臺風(fēng)作用下該超高層建筑的現(xiàn)場實(shí)測結(jié)