本文選題：單向張拉膜結(jié)構(gòu)　切入點(diǎn)：動網(wǎng)格技術(shù)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：膜結(jié)構(gòu)是二十世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種新型大跨度空間結(jié)構(gòu)體系,近年來應(yīng)用十分廣泛。該類結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、剛度小、阻尼小等特點(diǎn),風(fēng)荷載往往成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要控制荷載。膜結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下容易產(chǎn)生較大的變形和振動,這種變形和振動反過來也會影響結(jié)構(gòu)周圍的流場,進(jìn)而影響到膜面風(fēng)壓分布,產(chǎn)生流固耦合效應(yīng),在膜結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計中需要特別關(guān)注。由于膜結(jié)構(gòu)流固耦合問題異常復(fù)雜,國內(nèi)外對這一問題的研究并不成熟,研究方法主要有三種:解析方法、CFD數(shù)值模擬方法和氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)方法,目前看來,數(shù)值模擬與氣彈模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法對膜結(jié)構(gòu)流固耦合問題的研究具有重要意義。本文基于FLUENT平臺的動邊界技術(shù),將單向張拉膜結(jié)構(gòu)的流固耦合問題簡化為運(yùn)動邊界對流場影響的問題進(jìn)行了研究。首先針對單向膜結(jié)構(gòu)的耦合流場,進(jìn)行了動邊界控制方法與動網(wǎng)格更新方法的選擇,確定了流場的網(wǎng)格形式等問題。然后基于10m/s風(fēng)速工況下的單向膜結(jié)構(gòu)氣彈模型試驗(yàn),運(yùn)用動邊界技術(shù)進(jìn)行了流場再現(xiàn);并利用數(shù)值風(fēng)壓進(jìn)行了膜結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)分析,流場與結(jié)構(gòu)位移的計算結(jié)果均與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,說明了該方法用于研究單向膜結(jié)構(gòu)流固耦合效應(yīng)的可行性。在此基礎(chǔ)上,對單向膜結(jié)構(gòu)指定簡諧運(yùn)動形式,對比了膜面平衡位置、振動幅度、振動頻率及振動模態(tài)等參數(shù)對流場的影響,探討了簡諧振動下的流固耦合效應(yīng)。結(jié)果表明,平衡位置越大漩渦越明顯,對流場形式起主要作用,進(jìn)而影響了膜面風(fēng)壓分布;結(jié)構(gòu)振幅越大、振動頻率與模態(tài)越高,振動對流場的耗散作用越明顯,流場將趨于穩(wěn)定,并且振動頻率控制了流場主頻,加快了流場的發(fā)展。然后,根據(jù)不同風(fēng)速下氣彈模型試驗(yàn)獲得的位移時程,對膜結(jié)構(gòu)實(shí)際振動情況下的流場進(jìn)行了模擬分析,探討了隨機(jī)振動下的單向膜結(jié)構(gòu)流固耦合效應(yīng)。結(jié)果表明,當(dāng)超過一定風(fēng)速后,結(jié)構(gòu)振動明顯增強(qiáng),將在一定程度上減弱膜面平均風(fēng)壓值,并改變了脈動風(fēng)壓分布形式。
[Abstract]:Membrane structure is a new type of large span space structure system developed in the middle of 20th century. It is widely used in recent years. Wind load often becomes the main control load in structural design. Membrane structure is prone to produce large deformation and vibration under the action of wind load, which in turn will affect the flow field around the structure, and then affect the wind pressure distribution on the membrane surface. Due to the fluid-structure coupling effect, special attention should be paid to the wind-resistant design of membrane structure. Due to the complexity of the fluid-structure coupling problem, the research on this problem is not mature at home and abroad. There are three main research methods: analytical method, CFD numerical simulation method and Aeroelastic model wind tunnel test method. The combination of numerical simulation and Aeroelastic model test is of great significance to the study of fluid-solid coupling of membrane structures. This paper is based on the dynamic boundary technique of FLUENT platform. The fluid-solid coupling problem of unidirectional tensioned membrane structure is simplified to the influence of moving boundary flow field. Firstly, the dynamic boundary control method and the dynamic grid updating method are selected for the coupled flow field of unidirectional membrane structure. The mesh form of the flow field is determined. Based on the Aeroelastic model test of the unidirectional membrane structure under the wind speed of 10 m / s, the flow field is reproduced by using the moving boundary technique, and the displacement response of the membrane structure is analyzed by the numerical wind pressure. The calculated results of flow field and structural displacement are in good agreement with the experimental results. The feasibility of using this method to study the fluid-solid coupling effect of unidirectional membrane structures is illustrated. On this basis, a simple harmonic motion form is designated for unidirectional membrane structures. The fluid-solid coupling effect under simple harmonic vibration is discussed by comparing the effects of the flow field such as the equilibrium position, vibration amplitude, vibration frequency and vibration mode. The results show that the larger the equilibrium position, the more obvious the vortex is. The distribution of wind pressure on the membrane surface is mainly affected by the form of the flow field, the larger the amplitude of the structure is, the higher the vibration frequency and mode are, the more obvious the dissipative effect of the vibration flow field is, the more stable the flow field will be, and the vibration frequency controls the main frequency of the flow field. The development of the flow field is accelerated. Then, according to the displacement time history obtained from the Aeroelastic model test under different wind speeds, the flow field under the actual vibration of the membrane structure is simulated and analyzed. The fluid-solid coupling effect of unidirectional membrane structure under random vibration is discussed. The results show that the vibration of the structure increases obviously when the wind speed exceeds a certain wind speed, which will weaken the average wind pressure on the membrane surface to a certain extent and change the distribution of fluctuating wind pressure.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU383

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本文編號：1588762