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,是典型的風敏感結(jié)構(gòu),流固耦合效應十分明顯,因此準確研究膜結(jié)構(gòu)的風效應,需要特別關注“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、氣彈模型風洞試驗和CFD數(shù)值模擬方法,其中解析方法必須進行各種假設和簡化,無法處理復雜的流動問題;氣彈模型試驗受試驗設備的限制,可采集結(jié)果有限,且代價昂貴;而CFD數(shù)值模擬方法能直觀再現(xiàn)流動現(xiàn)象便于進行機理研究,然而由于數(shù)值模擬涉及多個研究對象,求解難

2、度大,目前仍處于探索階段,許多文獻多集中在提高數(shù)值模擬精度方面,而對流固耦合機理的研究較少,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)流固耦合計算的理論框架,對數(shù)值模擬中涉及的關鍵參數(shù)設置進行詳細探討,在此基礎上實現(xiàn)對單向張拉膜結(jié)構(gòu)流固耦合問題的模擬,與氣彈模型風洞試驗結(jié)果進行對比,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。
　　在此基礎上,對不同風速下單向張拉膜結(jié)構(gòu)流固耦合效應進行模擬,再現(xiàn)試驗中出現(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)隨風速的變化情況,從時域和頻域兩個角度分析失穩(wěn)前后的響應特征及流場特性發(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,利用ADINA平臺實現(xiàn)對典型的張拉膜