典型建筑結(jié)構(gòu)氣動彈性問題的數(shù)值模擬研究.pdf

1、風(fēng)工程是研究大氣邊界層內(nèi)的風(fēng)與人類在地球表面的活動及其所創(chuàng)造的物體之間相互作用的一門交叉科學(xué)。風(fēng)洞試驗是研究風(fēng)工程問題的主要方法，隨著計算機技術(shù)和計算技術(shù)的發(fā)展，將計算流體動力學(xué)引入風(fēng)工程的數(shù)值方法是繼風(fēng)洞試驗之后的另一種手段。氣動彈性問題是風(fēng)工程問題的核心問題，本文采用數(shù)值方法來研究氣動彈性問題中的渦激振動現(xiàn)象。基于松耦合方法，本文首先提出一種求解氣動彈性問題的方法，在C語言環(huán)境下編制了用于求解二維和三維氣動彈性問題的程序；然后對不同

2、阻尼條件下二維圓柱橫向渦激振動進行了計算，所得結(jié)果驗證了本文方法的正確性和有效性：在此基礎(chǔ)上，對二維圓柱和二維方柱的渦激振動進行了計算，詳細考察了兩串列方柱的干擾問題；最后對三維彈性高層建筑的渦激振動問題進行了計算。本文共有六章，各章的主要內(nèi)容如下： 第一章為緒論。首先對風(fēng)工程問題和氣動彈性問題的基本概念及其研究方法進行了簡單介紹：然后對湍流模型的發(fā)展進行了回顧和總結(jié)；結(jié)合數(shù)值計算的需要，最后對渦激振動的基本理論和研究現(xiàn)狀進行了

3、詳細介紹。 第二章給出本文的數(shù)值模擬方法。通過對ALE理論和松耦合方法在氣動彈性問題中應(yīng)用的回顧，給出了本文的基于松耦合方法的求解氣動彈性問題的數(shù)值模擬方法，并在C語言環(huán)境下編制了求解二維問題的程序：最后利用低雷諾數(shù)條件下具有不同阻尼的圓柱橫向渦激振動對程序進行了驗證，所得結(jié)果和已有文獻的結(jié)果吻合，從而驗證了本文方法的正確性和有效性。 以圓柱和方柱為例，第三章研究了典型二維柱體在單自由度和兩自由度條件下的渦激振動問題。首

4、先對低雷諾數(shù)條件下二維圓柱在兩自由度條件下的渦激振動進行計算；然后對高雷諾數(shù)條件下二維方柱在單自由度和兩自由度條件下的渦激振動進行計算；最后對二維柱體的旋渦脫落模式及氣動力和位移之間的相位角隨折減風(fēng)速的變化規(guī)律進行了分析和總結(jié)，并給出了渦激振動是限幅振動的機理解釋。 第四章研究了兩串列方柱的干擾問題。首先對兩固定串列方柱在不同間距(L/D：L表示兩串列方柱中心的距離，D表示方柱的邊長)條件下的氣動干擾問題進行了計算，研究了兩串列

5、方柱的氣動力、干擾因子以及旋渦脫落頻率等氣動參數(shù)隨間距的變化規(guī)律；以L/D=6.0為例，在施擾方柱分別為剛性和彈性條件下對兩串列方柱的氣動彈性干擾問題進行了研究，從氣動力、位移、旋渦脫落頻率和旋渦脫落模式等角度重點考察了由于施擾方柱的旋渦脫落對受擾方柱橫向渦激振動的影響。 第五章研究了三維彈性高層建筑的渦激振動問題。在前述二維問題程序的基礎(chǔ)上，編制出三維問題的程序，然后對高寬比為6:1的方形截面彈性高層建筑風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ瓦M行了模擬