世博轴索膜结构风振响应数值模拟

将风速时程作为数值风洞的入口边界条件,采用非稳态计算方法,获得了世博轴索膜结构的表面风压时程。将该风压时程的统计平均值与采用稳态计算得到的平均风压做比较,验证了前者的准确性。分析结果表明：利用数值风洞非稳态计算获得的阵风系数将比现行《建筑结构荷载规范》中的数据更能反映脉动风的空间分布特性;由于风速模拟和数值风洞分别考虑了风荷载时间和空间的相关性,动力时程分析又包含了结构高阶振型的影响,将非稳态计算得到的风荷载时程直接加载到有限元模型上进行动力时程分析,与采用风振系数的等效静力风荷载方法相比,能较好地反映结构的实际风振情况。     

数值模拟法在索膜结构风振响应研究中的应用

针对张力膜结构非线性程度高、质量轻、刚度弱、风敏感的特点,提出了CFD数值模拟方法,并介绍了CFD数值模拟方法相对于风洞试验方法的优点,同时分析了其应用中需要解决的问题以及面临的问题,以得到结构流固耦合响应的全过程信息。     

膜结构风振分析的数值风洞方法

本在考虑膜结构与风荷载动力耦合作用的基础上,建立了一种适用于大跨度张拉结构风振分析的CFD数值模拟方法．计算采用分区迭代算法,包含流体域、结构域和网格域三个计算模块．流体域采用Taylor—Galerkin有限元法和大涡模拟技术来求解不可压缩粘性流动;结构域的计算采用Update Lagrangian有限元列式和Newmark逐步积分技术,并考虑了几何非线性的影响;网格域采用拟弹性介质法来计算动态网格的更新．算例分析表明,数值风洞方法是求解流固耦合问题的一种有效方法．     

索膜结构风振响应中的气弹耦合效应研究

大跨度张力结构(以索膜结构为代表)的风振性能研究一直是结构风工程领域的热点问题之一,特别是涉及到对风-结构的气弹耦合效应估算时,因其具有较大的理论难度,至今尚未得到较好解决。本文首先对索膜结构风振分析问题的特点和一些主要研究方法进行了评述,然后着重介绍了目前在考虑气弹耦合效应时的索膜结构风振性能研究进展情况,最后对进一步的研究工作提出了展望。研究表明,大跨度张拉结构与风的动力耦合作用与桥梁和高层结构相比并不完全相同,而是具有明显的自身特点,这对于今后的研究方向和研究重点具有重要的指导意义。     

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。     

索膜结构风振响应的神经网络辅助参数分析方法

针对非线性动力时程分析法求解大规模索膜结构风振响应时动力时程分析的次数受到限制而导致一些参数组合下的响应统计值难以预测的问题,引入神经网络,通过少量样本的训练,建立了参数与结构响应间的映射关系。结果表明:提出的神经网络辅助参数分析方法计算效率高、预测精度令人满意,是一种获取足够数据的有效途径;通过该方法可以得到响应统计量及风振系数随平均风速和索、膜预应力变化的规律,为设计风荷载和结构构件极端响应的计算提供了科学依据。     

张力膜结构耦合风振分析

实验及计算结果证明,张力膜结构的风振分析必须考虑其与风场间的耦合效应。但到目前为止,还没有一种普遍适用的简化力学模型能较好地对其进行模拟。针对该问题对双坡张力膜屋面利用RNGk-ε模型进行了考虑流固耦合的直接数值模拟,并与实验结果及不考虑耦合的计算结果进行了对比,结果表明该方法可以较好地求解张力膜结构的耦合风振问题。     

基于数值模拟法的张力膜结构风振响应分析

针对张力膜结构这种柔性结构非线性程度高、质量轻、刚度弱、风敏感等特点,利用非线性随机振动理论,采用数字模拟法在时域对张力膜结构进行了风激动力响应分析．利用线性自回归过滤器,引入适当的三维空间相关性公式,根据脉动风的特性产生时域内的样本函数,然后根据样本函数利用有限元法在时域内求解运动微分方程得到张力膜结构的风激动力响应,最后由响应值求得结构振动的位移、速度、加速度的均值和均方差等统计信息．从中获取张力膜结构的风激动力响应特性,并给出风激动力响应与结构参数的关系,为继续开展张力膜结构的研究工作提供一些有益的参考．     

气承式膜结构风振响应下索膜接触的优化分析

以加有两道交叉拉索的半球形的气承式膜结构作为研究对象,通过改变膜与拉索之间的摩擦系数分别建立该结构的索膜接触和共节点模型,进行找态分析.再利用FLUENT软件进行CFD数值模拟,得到气膜表面风压,根据气膜表面风压分布对气膜进行分区取值,最后利用ANSYS软件分别对接触模型和共节点模型进行风速时程分析,从而得到摩擦接触对...     

考虑流固耦合作用的索膜结构开洞与封闭条件下的风压风振模拟

在任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,简称ALE)描述下,引入Menter SST湍流模式和非线性有限元方法,建立了耦合方程迭代求解策略,进而研究考虑流固耦合作用的索膜结构风振响应.数值模拟了结构膜帽开洞和封闭等工况下的伞形索膜结构风致动力响应,揭示和总结出某些规律.     

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。     

某索膜结构的施工实例

索膜结构是一种柔性体系结构,它利用张拉钢索及少量的压杆作为主要承重构件,依靠膜张力来抵御外荷载,具有自重轻,造型美观,受力合理的特点,近年来受到广泛关注。某体育场看台膜结构工程就是通过膜和钢索的张拉保持结构的平衡和稳定的典型的索膜结构。本文通过该工程的介绍,简述了张拉膜结构的自我平衡,它的施工安装要素以及验收经验。     

典型体型体育场风荷载数值模拟分析

为了给体育场初步设计阶段选取风压系数提供参考,构造了马鞍形、平屋盖矩形、单侧看台月牙形和双侧看台月牙形4种典型体型体育场模型,并引用<欧洲张力薄膜结构设计指南>的罩棚标准化分区,采用计算流体力学(CFD)方法对4种典型体型体育场的风压系数和分布形式进行了系统研究,绘制了设计取值图供工程参考使用,并总结了各类体型体育场风荷载的规律.     

某绿色建筑风环境数值模拟分析

以青岛某绿色建筑项目为例,分析了室外风环境对人生活及环境的影响。通过查阅有关青岛地区典型气象年的参数确定了3种模拟工况,根据k-ε湍流模型的控制方程及当地地形条件、基本风速和所在高度等因素,模拟出该位置的平均风速及压力差。通过对各项风环境指标的分析,得出结论:冬、夏两季建筑1.5m高度处人行区域的风速均低于5m/s,气流较平缓,符合行人舒适性,对于风速较高的迎风面转角和风通道处,可以通过在该区域种植植被来降低该区域的风速。建筑物表面压力差小于5Pa,有利于夏季通风并且符合冬季防风要求。该项目达到中国绿色建筑评价的标准,可以为今后绿色建筑规划建筑设计提供参考。     

西安某住宅小区风环境数值模拟分析

根据西安某小区建筑平面布置概况和每幢建筑立面图,建立了西安某住宅小区风环境的物理和数学模型,并应用计算流体动力学方法求解该建筑东北、东南、西南、西北的三维紊流流场,得出了速度、压力参数的分布,最后根据模拟结果说明小区内建筑布局的规划对风环境的影响,为住宅小区建筑规划提供指导,以利于室内通风效果。     

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。     

伞形膜结构风荷载分布特性的数值模拟研究

本文运用CFD技术进行了伞形膜结构刚性模型绕流风场的数值模拟,分析了其表面风荷载分布特性.数值模拟依托CFX软件平台,基于雷诺平均模拟(RANS)方法进行.文中利用CFD数值模拟技术可较方便变化各种参数、能同时提供开敞式膜结构的上、下表面风压分布等优势,分析了风向角、矢跨比对伞形膜面风荷载分布的影响,总结了其风压分布规律,并给出了相应的膜面风压系数分布图供工程设计参考.     

天津理工大学体育馆新型复合式索穹顶结构风振效应分析

索穹顶是一种具有张拉整体思想的自平衡体系,一经问世便以其鲜明的美学特征以及极高的结构效能而受到建筑师和结构工程师的青睐.天津理工大学体育馆索穹顶为外圈Levy式、内圈Geiger式的复合索穹顶,且受压环梁呈马鞍形,屋面结构采用外围搭设刚性檩条、中心铺设膜材的布置,结构形式新颖独特.以该结构为工程背景,采用经FFT改进的谐波叠加法和自编程序研究该结构在风振作用下的响应,并对典型节点处的位移风振系数和关键构件的内力风振系数进行了分析和讨论,最后研究了屋面结构体系对风振系数的影响.研究发现刚性屋盖能显著增加索穹顶刚度,使索杆体系位移幅值明显减小,风振系数趋于一致.建议该索穹顶的风振系数取值为1.57.     

脊谷式张拉膜结构风振特性分析

张拉式膜结构属风敏感体系,对其在脉动风荷载作用下的动力性能进行准确评估一直是该类结构设计中的重要内容．但国内以往在这方面的研究较少,该问题一直没有很好地解决．本采用非线性随机模拟时程分析方法对张拉式膜结构的典型形式之一——脊谷式膜结构的风振响应特性进行系统的参数分析,探讨了来流特性、跨度、高跨比、膜预张力等参数对结构动力性能的影响．在此基础上,本提出了一种针对于张拉膜结构特点的抗风设计方法．     

张力膜结构非线性风振响应浅析

针对张力膜结构这种柔性结构非线性程度高、质量轻、刚度弱、对风敏感的特点 ,利用随机振动理论 ,采用数字模拟法对膜结构风偏振响应这一难点问题做一定研究分析 ,为进一步的深入研究打下良好的基础