本文關鍵詞：百葉窗結構風荷載及風致振動分析

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【摘要】：百葉窗廣泛應用于一些高層建筑、大型廠房、重點工程結構、民居、大型艦船等的防熱降溫、節(jié)能減排和通風換氣。常見的百葉窗是由若干片并列傾斜的薄壁片狀結構組成,具有質量輕、剛度小的性質。在一定的風速下其葉片會產生較大的變形及較強的振動,在高風速下葉片甚至會發(fā)生塑性變形和損壞。然而,目前對于百葉窗的研究主要集中于通風、換氣方面,對于其抗風性能的研究卻少有報道。對薄壁葉片結構的風荷載研究以及深入了解其流固耦合機理,對于百葉窗的抗風設計、安全評估及維護運營具有重大實用價值。本文采用計算流體力學和有限元方法對百葉結構進行風荷載及風致振動的分析,主要的研究工作有如下幾方面:第一,建立單片及多片并列百葉模型,使用計算流體力學軟件Fluent對其風荷載進行了分析。研究分析了時間步長、網格質量、計算域設置對計算精確度的影響。得出百葉所受風荷載與風攻角、雷諾數、葉片數目及百葉片所在位置的關系,明確了多片并列百葉的氣動干擾作用。第二,通過CFD求解的多個雷諾數下的風荷載對百葉結構進行單向流固耦合分析,得到百葉的位移響應。使用ANSYS軟件對百葉窗葉片結構建模,進行模態(tài)分析。對單片及多片百葉的位移響應進行時域、頻域、運動軌跡分析。并將各個雷諾數下的單片、多片百葉的位移響應值與風洞實驗值進行對比,驗證了分析的精確度。第三,改變百葉葉片間距和傾角,對多片百葉進行CFD模擬。從時域及頻域上,研究了其對各片百葉阻力系數、升力系數及力矩系數的平均值和標準差的影響。分析了若干關于風荷載與葉片間距,風荷載與葉片傾角的規(guī)律。第四,將自編Newmark-β法C語言程序嵌入Fluent計算內核,實現每個時間步的雙向流固耦合模擬。結合Fluent軟件提供的動態(tài)網格技術,在考慮了非線性氣動力的情況下,計算百葉窗葉片的位移響應。將單片及多片并列百葉結構的單向流固耦合、雙向流固耦合與風洞實驗結果進行對比,得出了非線性氣動力對百葉風致振動影響程度,研究了各個葉片所受風荷載的規(guī)律。
【關鍵詞】：百葉窗 風致振動 氣動干擾 流固耦合 數值模擬
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU312.1
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 研究背景8-11
• 1.2 研究現狀11-16
• 1.2.1 鈍體繞流干擾效應的研究11-12
• 1.2.2 翅片結構流動特性及氣動特性研究12-14
• 1.2.3 翅片結構風致振動研究14-16
• 1.3 本文內容16-18
• 2 百葉窗風洞試驗及CFD模擬技術18-46
• 2.1 風洞試驗19-24
• 2.1.1 實驗風洞的介紹19
• 2.1.2 測量設備的介紹19-20
• 2.1.3 實驗模型及實驗方法20-23
• 2.1.4 實驗數據處理及結果分析23-24
• 2.2 CFD模擬技術24-46
• 2.2.1 流體力學控制方程24-27
• 2.2.2 湍流數值模擬的方法27-31
• 2.2.3 離散方法和離散格式31-32
• 2.2.4 流場算法32-34
• 2.2.5 網格與時間步長34-39
• 2.2.6 流固耦合模擬技術39-43
• 2.2.7 Fluent動態(tài)網格技術43-46
• 3 百葉窗氣動特性及單向耦合振動分析46-84
• 3.1 單片百葉窗模擬46-53
• 3.1.1 單片百葉雷諾數效應48-50
• 3.1.2 單片百葉不同傾角風荷載50-53
• 3.2 百葉片數對風荷載的影響53-59
• 3.3 5片百葉雷諾數效應59-61
• 3.4 單片及5片百葉單向流固耦合分析61-71
• 3.4.1 百葉結構三維有限元模型61-62
• 3.4.2 百葉結構模態(tài)分析62-63
• 3.4.3 單向流固耦合振動63-71
• 3.5 典型傾角下不同葉片間距的氣動特性分析71-78
• 3.6 典型間距下不同葉片傾角的氣動特性分析78-82
• 3.7 本章小結82-84
• 4 百葉窗雙向流固耦合振動分析84-108
• 4.1 單片百葉雙向流固耦合振動分析84-92
• 4.1.1 單片百葉計算模型設計84-86
• 4.1.2 百葉雙向流固耦合風荷載分析86-89
• 4.1.3 百葉雙向流固耦合振動分析89-92
• 4.2 多片百葉雙向流固耦合模擬92-106
• 4.2.1 多片百葉計算模型設計93-95
• 4.2.2 多片百葉雙向流固耦合風荷載分析95-100
• 4.2.3 多片百葉雙向流固耦合振動分析100-106
• 4.3 本章小結106-108
• 5 結論與展望108-112
• 5.1 主要結論108-109
• 5.2 未來工作展望109-112
• 致謝112-114
• 參考文獻114-117

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4 陳q，

本文編號：989937