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考虑流固耦合的高耸钢结构抗风数值模拟

李俊晓

  高耸钢结构是具有高度高、重量轻、刚度小、外形细长等特点的一种特殊结构形式,其外形特点决定了风荷载是其控制荷载。随着科技水平和施工工艺的不断进步、发展,高耸钢结构向着更高、更轻、更柔的方向发展,其固有频率更接近强风的卓越频率,对风荷载的敏感性进一步增强,在风荷载作用下的动力响应更为复杂。因此,深入研究高耸钢结构的风致效应具有重要的理论意义和工程实用价值。 本文主要是基于通用有限元软件ADINA模拟高耸钢结构在考虑流体-结构耦合作用下的风致动力响应。采用Lagrangian方法来描述结构动力学控制方程。假定流体为粘性不可压缩流体,采用ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法来描述流体流动的动力学控制方程。同时采用基于流动条件插值(Flow-Condition-Based Interpolation,简称FCBI)三维单元的稳定有限元求解技术,来避免数值计算的不稳定性。 本文首先采用标准κ-ε、RNGκ-ε、Wilcoxκ-ω、SSTκ-ω和LES五种湍流模型对一封闭高耸钢结构在三维流场下的绕流特性进行数值模拟,通过对数值计算结果的分析比较,证明LES湍流模型更适用于高耸钢结构的抗风分析。因此,在后文采用LES湍流模型对高耸钢结构的风致效应进行进一步的分析。 随后以山东省李奇茂艺术馆上部风帆造型的高耸钢结构为工程背景,建立了该高耸钢结构的有限元刚性模型和考虑流固耦合作用的气弹性模型,进行数值模拟。通过对数值模拟结果的分析得到高耸钢结构表面的风压系数分布情况、结构的风载体型系数和风振系数,并与规范中的参考值进行比较,给出适用于实际工程设计的参考值。……   
[关键词]:高耸钢结构;流体-结构耦合作用;数值模拟;风压分布系数;风振系数
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:山东大学2011年
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