大渦模擬入口湍流生成技術(shù)及矩五拱形折疊網(wǎng)架結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓研究.pdf

1、矩五拱形折疊網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有折疊展開迅速、質(zhì)量輕、可反復(fù)使用、便于儲存及運輸?shù)葍?yōu)點，已廣泛應(yīng)用于軍事以及民用等領(lǐng)域。折疊網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點決定了其對風(fēng)荷載的作用非常敏感，是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制荷載。目前，中國規(guī)范尚未對此類結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載體型系數(shù)給出相應(yīng)的取值方法，因此，本文對矩五拱形折疊網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行大渦模擬計算并對其表面風(fēng)壓分析研究具有重要的工程應(yīng)用價值。折疊網(wǎng)架結(jié)構(gòu)位于大氣邊界層，用大渦模擬（LES）去準(zhǔn)確預(yù)測風(fēng)對結(jié)構(gòu)影響的前提之一是湍流入口條件匹

2、配大氣邊界層（ABL）實際風(fēng)流動特性。以往對結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)的數(shù)值模擬大多采用雷諾平均的方法，入口多采用均勻入口或者其入口的脈動風(fēng)特性與近地的風(fēng)特性差異較大，得到的結(jié)果不是特別精確。因此，一個用于大渦模擬并且可以很好得還原大氣邊界層風(fēng)特性的入口湍流方法至關(guān)重要。
　　本文介紹了結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究的方法及理論，并將CFD數(shù)值模擬中大渦模擬作為本文進行數(shù)值風(fēng)洞模擬的重要方法。首先針對大渦模擬數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)，分析湍流脈動風(fēng)的特性及三種廣泛應(yīng)用的脈動風(fēng)

3、生成方法，并分析了一種新的入口湍流生成方法：離散再合成隨機流動生成法（DSRFG方法）。然后，基于Karman風(fēng)速譜，通過Matlab編程生成脈動風(fēng)速時程，并將其成功加入到CFX流場分析軟件的入口。接著，用此方法計算方柱及標(biāo)準(zhǔn)高層建筑結(jié)構(gòu)模型來驗證本文方法的準(zhǔn)確性，證明了本文的方法可以較好的還原大氣邊界層風(fēng)特性。最后，用驗證的脈動風(fēng)入口生成方法對矩五拱形折疊網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行數(shù)值風(fēng)洞模擬，并研究其外部流場及表面風(fēng)壓分布特性。
　　在0°

4、風(fēng)向角下，矩五拱形折疊網(wǎng)架結(jié)構(gòu)表面的平均風(fēng)壓系數(shù)沿結(jié)構(gòu)的長軸對稱，結(jié)構(gòu)表面大部分受負(fù)壓，受壓面積大約只占結(jié)構(gòu)表面總面積的12.77％；風(fēng)荷載體型系數(shù)最大值為0.81，位于迎風(fēng)面下部區(qū)域，風(fēng)荷載體型系數(shù)最小值為-0.73，位于主體結(jié)構(gòu)靠近迎風(fēng)面的第一榀框架兩側(cè)表面。在90°風(fēng)向角下，矩五拱形折疊網(wǎng)架結(jié)構(gòu)表面的平均風(fēng)壓系數(shù)沿結(jié)構(gòu)的短軸對稱，結(jié)構(gòu)表面大部分受負(fù)壓，受壓面積大約占結(jié)構(gòu)表面總面積的24%；風(fēng)荷載體型系數(shù)最大值為0.81，位于迎風(fēng)面