某地铁站台膜结构平均风压分布系数数值模拟研究

膜结构比较轻柔,为风敏感性结构。膜结构在风荷载作用下的变形和振动会影响到结构表面的风压分布情况,即会产生流固耦合效应。在结构设计中,平均风压分布系数在强度设计中具有非常重要的作用。本文采用通用有限元软件ADINA进行了考虑流固耦合作用的地铁站台屋盖膜结构平均风压分布数值模拟。数值模拟简洁、高效,可以供复杂工程的风荷载设计参考。     

不同风向角对膜结构风致振动响应的影响分析

膜结构属于张拉力结构,质轻而柔且不具有抗弯刚度,外荷载作用下结构的变形比较显著,这些特点决定了膜结构对风荷载十分敏感。利用数值仿真方法对不同风向角柔性边界膜结构与周围风场的流固耦合进行模拟,对比分析了不同风向角对频率、位移以及应力的影响,从而给出最不利的风向角。     

考虑屋面板自振效应和流固耦合效应的大跨度空间结构风振系数

为了得到屋面板自振效应和流固耦合效应对大跨度空间结构风振系数的影响,首先对不同风速时程数值模拟方法的计算效率和计算精度进行比较,确定适合大跨度空间结构风速时程数值模拟的方法;分别针对考虑屋面板自振效应和流固耦合效应推导了风荷载计算公式;对天津奥林匹克中心体育场大跨度钢管桁架结构和某体育馆屋盖大跨度单层球面网壳结构进行风振系数计算分析。结果表明,考虑屋面板自振效应,结构风振系数增大;考虑流固耦合效应,结构风振系数减小,且风和结构的耦合起主要作用,风和屋面板耦合的影响很小,可忽略不计;同时考虑屋面板自振效应和流固耦合效应,结构风振系数分布规律基本不变,屋面板自振效应与流固耦合效应对结构风振系数的影响不能相互抵消,且对不同结构影响程度不同。     

影响流固耦合效应强弱的参数分析

利用ANSYS软件对流固耦合问题进行了参数分析,介绍了流固耦合理论及数值模拟前期成果,基于固定其他影响因素,通过改变影响结构流固耦合效应的风速和风向角,得到了结构的风致振动特性和流固耦合效应的影响规律,对结构—风荷载流固耦合效应的研究有一定参考价值。     

风—膜结构流固耦合效应的参数分析

膜结构是一种风敏感性结构,风-膜结构的流固耦合效应不容忽视.本文基于边界元理论,考虑风-膜结构的流固耦合效应,运用弱耦合分区求解策略,计算稳态情况下膜结构的位移、应力及风压分布.以张拉膜结构中最常见的马鞍型为例,变换风场平均风速(15m/s、20m/s、25m/s)和风向角(0°、45°、90°)以及结构矢跨比(1/6、1/8、1/12)、初始预张力(1.0kN/m、2.5kN/m、4.0kN/m),研究流场和结构的参数变化对流固耦合效应的影响,为膜结构抗风研究与工程实践提供参考.     

膜结构风振响应中的流固耦合效应研究进展

对膜结构风振响应中的流固耦合效应进行了探讨,介绍了解决该问题的两种思路:简化气弹模型方法和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法。简化气弹模型方法是先将流固耦合效应用附加质量和气动阻尼的形式来表达,再通过某些近似解析理论和气弹模型风洞试验来确定附加质量和气动阻尼的大小。计算流体力学数值模拟方法则是将计算流体力学技术和计算结构力学技术整合在一个有限元程序中,通过数值模拟得到结构流固耦合响应的全过程信息。基于这两种方法,开展了相应的理论推导、风洞试验和数值模拟工作,获得了关于风与膜结构相互作用机理的一些初步认识。最后提出了一种具有操作性的简化数值分析方法并给出了算例。研究结果表明:流固耦合效应对结构风振响应的影响在多数情况下是有利的,即考虑流固耦合效应的风振响应分析结果要比不考虑流固耦合时小30%左右,但也不排除在某些特殊情况下因出现气弹失稳而导致结构异常破坏的可能性。     

考虑流固耦合效应世博轴索膜结构风振研究

采用松耦合方法对索膜结构的风致振动问题进行研究,提出了基于三角形重心坐标系的网格变形插值新方法,并从计算精度和工程适用性的角度对一致网格和非一致网格进行了比较,提出了有效提高计算效率的实用方法。在上述研究的基础上,对上海世博轴索膜结构的风致流固耦合问题进行了数值分析,计算结果表明:流固耦合作用将明显改变索膜结构的动力特性,在索膜结构的风振计算中不容忽视。流固耦合在世博轴索膜结构的风振响应中主要表现在静态耦合作用的增大和瞬态耦合的削弱,且前者的作用超过后者。流固耦合基本不影响大尺度涡对结构的作用。     

大跨度空间膜结构随环境风速模态变异性分析

由于膜结构具有较强的几何非线性特性,同时受流固耦合效应的影响使其动力参数识别难度加大,基于此点,本文利用小波包、随机减量技术和Laplace小波联合方法对大跨度空间膜结构的模态参数进行了基于实测数据的识别,并进一步分析了大跨度空间膜结构模态参数随风速的变化规律及其相关性,分析结果显示,该方法可有效识别膜结构的动力参数,且具有较好的抗噪能力,对于骨架支撑式膜结构而言,由于存在气动阻尼作用,其结构自身总阻尼较常规结构为大,这有利于结构气动稳定性,但该种结构并不属于风致敏感性结构。     

考虑流固耦合效应的风荷载数值仿真计算

使用ANSYS软件,通过改变影响结构流固耦合效应的风速和风向角等主要外界因素,对风荷载下的低层建筑结构进行不同湍流模型的数值模拟,输出计算结果,并与实测数据进行比较,得到风速和风向角对其结构的风致振动特性和流固耦合效应的具体影响规律。     

膜结构风振响应的二维数值模拟研究

结合膜结构的风振响应特点,采用流固耦合问题数值计算方法,实现了二维情况下膜结构风场的数值模拟。阐述了膜结构流固耦合计算中的结构域与流体域的网格关系和流固耦合边界的控制条件。选择大涡模拟作为湍流模型,并采用隐式时间积分TR-BDF法对流体域的Navier-Stokes方程进行时间域的离散。对耦合系统的有限元方程组采用Newton-Raphson法进行求解。计算结果表明,湍流模型选择大涡模拟可以较好模拟二维情况下膜结构在流场中的脉动反应。对于一般性的算例,瞬态流场中膜的应力增加较为明显。合理选择膜结构体型可以减小膜结构风振响应的脉动幅度。