膜結(jié)構(gòu)設(shè)計中風(fēng)荷載CFD數(shù)值模擬方法

風(fēng)的運(yùn)動存本質(zhì)上是一種流體現(xiàn)象，因此有的研究者希望借助計算流體力學(xué)(CFD)與結(jié)構(gòu)動力學(xué)相結(jié)合的方法來數(shù)值再現(xiàn)流固耦合振動過程。對流固耦合效應(yīng)的數(shù)值模擬一直是數(shù)值計算中極具挑戰(zhàn)性的問題，涉及到湍流模擬、動網(wǎng)格技術(shù)、耦合邊界的數(shù)據(jù)傳遞和海量計算等關(guān)鍵問題。Hubner等[104]采用強(qiáng)耦合算法對膜結(jié)構(gòu)的流固耦合進(jìn)行了數(shù)值模擬，該方法的特點(diǎn)是對流體方程、結(jié)構(gòu)方程和耦合條件同時聯(lián)立求解，因而求解速度快、收斂性好，但由于忽略了湍流作用，模擬精確性還有待于改進(jìn)。Glfick等[1O5]基于弱耦合算法計算了膜結(jié)構(gòu)在考慮湍流條件下的穩(wěn)態(tài)變形，這種方法的特點(diǎn)是可將流體計算與結(jié)構(gòu)計算分開處理，通過一些參數(shù)的傳遞來實(shí)現(xiàn)兩部分計算的耦合，從而有利于研究人員分別開發(fā)程序，并可以最大限度地利用現(xiàn)有的計算軟件。武岳等?；谌躐詈纤惴ê痛鬁u模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)了單向懸掛膜結(jié)構(gòu)的流固耦合模擬，探討了來流風(fēng)速、屋蓋質(zhì)量和初始預(yù)張力等參數(shù)對結(jié)構(gòu)耦合振動特性的影響。劉振華[108]基于ADINA軟件實(shí)現(xiàn)了對三維膜結(jié)構(gòu)流固耦合的數(shù)值模擬，但其準(zhǔn)確性有待驗(yàn)證。孫曉穎_lJ基于FLUENT軟件和動網(wǎng)格技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對鞍形和傘形膜結(jié)構(gòu)的流固耦合模擬。Michalski等…Ul以一個29m傘形膜結(jié)構(gòu)工程為背景，將現(xiàn)場實(shí)測的風(fēng)速數(shù)據(jù)處理后輸入CFD軟件，計算膜結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，并與實(shí)測位移響應(yīng)對比，表明其數(shù)值模擬已能夠達(dá)到工程要求的精度。