張拉膜結(jié)構(gòu)流固耦合的數(shù)值模擬研究.pdf

1、張拉膜結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、剛度小、自振頻率低,是典型的風(fēng)敏感結(jié)構(gòu),流固耦合效應(yīng)十分明顯,因此準(zhǔn)確研究膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)效應(yīng),需要特別關(guān)注“流固耦合”問題。目前研究膜結(jié)構(gòu)流固耦合的方法主要有三種:解析方法、氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬方法,其中解析方法必須進(jìn)行各種假設(shè)和簡化,無法處理復(fù)雜的流動問題;氣彈模型試驗(yàn)受試驗(yàn)設(shè)備的限制,可采集結(jié)果有限,且代價(jià)昂貴;而CFD數(shù)值模擬方法能直觀再現(xiàn)流動現(xiàn)象便于進(jìn)行機(jī)理研究,然而由于數(shù)值模擬涉及多個(gè)研究對象,求解難

2、度大,目前仍處于探索階段,許多文獻(xiàn)多集中在提高數(shù)值模擬精度方面,而對流固耦合機(jī)理的研究較少,本文旨在利用CFD數(shù)值模擬方法探討張拉膜結(jié)構(gòu)流固耦合機(jī)理。
　　本文首先基于ADINA的數(shù)值模擬平臺對張拉膜結(jié)構(gòu)的流固耦合作用進(jìn)行數(shù)值模擬研究?；诘蠼馑惴?gòu)建了張拉膜結(jié)構(gòu)流固耦合計(jì)算的理論框架,對數(shù)值模擬中涉及的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置進(jìn)行詳細(xì)探討,在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對單向張拉膜結(jié)構(gòu)流固耦合問題的模擬,與氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,研究表明,本文的

3、數(shù)值模擬結(jié)果能較好的反映結(jié)構(gòu)的流固耦合特性。
　　在此基礎(chǔ)上,對不同風(fēng)速下單向張拉膜結(jié)構(gòu)流固耦合效應(yīng)進(jìn)行模擬,再現(xiàn)試驗(yàn)中出現(xiàn)的氣彈失穩(wěn)現(xiàn)象,研究結(jié)構(gòu)振動形態(tài)和振動模態(tài)隨風(fēng)速的變化情況,從時(shí)域和頻域兩個(gè)角度分析失穩(wěn)前后的響應(yīng)特征及流場特性發(fā)現(xiàn):失穩(wěn)前,流體和結(jié)構(gòu)振動未發(fā)生共振,隨風(fēng)速增加,結(jié)構(gòu)的振動由單一模態(tài)振動轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄B(tài)疊加的寬頻振動;失穩(wěn)后,流體和結(jié)構(gòu)出現(xiàn)渦激共振現(xiàn)象。
　　與此同時(shí),利用ADINA平臺實(shí)現(xiàn)對典型的張拉膜