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大跨度膜结构风压分布的风洞试验和数值模拟

河南大学学报（自然科学版） 2011年第2期41卷 209-213页

作者：杜文风周志勇高博青河南大学土木建筑学院钢与空间结构研究所河南开封475004 浙江大学土木工程系杭州310027

为确定浙江工商大学体育场屋盖结构的风压分布,进行风洞试验研究,并采用数值模拟方法进行了对比分析.采用缩尺比为1∶200的有机玻璃模型,在建筑串联回流式风洞中的大试验段进行了风洞试验,测得对应24个方向角的结构表面各点风压系数,采... 详细信息

为确定浙江工商大学体育场屋盖结构的风压分布,进行风洞试验研究,并采用数值模拟方法进行了对比分析.采用缩尺比为1∶200的有机玻璃模型,在建筑串联回流式风洞中的大试验段进行了风洞试验,测得对应24个方向角的结构表面各点风压系数,采用标准k-ε,重正化群k-ε,可实现的k-ε和RSM四种湍流模型对屋面风压系数进行了数值模拟,将模拟结果与风洞试验数据进行了比较.结果表明,这种月牙形屋面的风压分布主要以吸力为主,迎风边缘及突出部位的风压系数较大,而在低凹处及尾流区域较小.数值模拟结果与风洞试验结果基本吻合,采用的四种湍流模型结果差异不明显.

关键词：大跨度膜结构风洞试验数值模拟风压系数

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大跨度膜结构表面平均风压的数值模拟

建筑结构 2018年第S2期48卷 1007-1011页

作者：于艳罗晓群张其林谷帅同济大学土木工程学院建筑工程系上海200092

风荷载是大跨度膜结构设计的控制荷载,以实际工程为背景,基于雷诺平均法,采用realizable k-ε湍流模型,运用流体分析软件Fluent 16. 0,对大跨度开敞膜结构屋盖表面风荷载进行数值模拟,分别得到各风向角下膜结构上下表面的平均风压分布,... 详细信息

风荷载是大跨度膜结构设计的控制荷载,以实际工程为背景,基于雷诺平均法,采用realizable k-ε湍流模型,运用流体分析软件Fluent 16. 0,对大跨度开敞膜结构屋盖表面风荷载进行数值模拟,分别得到各风向角下膜结构上下表面的平均风压分布,总结其风压分布特点,整合得到整体总风荷载分布。并且考虑周围建筑物干扰,对比分析各风向角下,周围建筑物对膜结构上下表面风压分布的影响,为设计人员提供参考。

关键词：大跨度膜结构开敞屋盖平均风压数值模拟

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大跨度膜结构表面风压的数值模拟

空间结构 2016年第1期22卷 36-40页

作者：王建东陶瑾张建胜李伟杭浙江工业大学建筑工程学院浙江杭州310014

采用计算流体动力学软件FLUENT对浙江工业大学朝晖校区新教楼西侧的膜结构表面在RNGk-ε湍流模型下进行数值模拟,并使用SIMPLE分离算法求解非线性离散化方程.求出大跨度膜结构表面风压的整体分布情况和各处具体分布数值,再将部分数值与... 详细信息

采用计算流体动力学软件FLUENT对浙江工业大学朝晖校区新教楼西侧的膜结构表面在RNGk-ε湍流模型下进行数值模拟,并使用SIMPLE分离算法求解非线性离散化方程.求出大跨度膜结构表面风压的整体分布情况和各处具体分布数值,再将部分数值与实测值进行对比分析.结果表明,采用数值模拟的方法计算大跨度膜结构表面风压是可行的.

关键词：大跨度膜结构表面风压数值模拟

大跨度膜结构考虑流固耦合作用的风压分布特性研究

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大跨度膜结构考虑流固耦合作用的风压分布特性研究

作者：詹宇楠辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

大跨度膜结构是典型的风荷载敏感结构,风荷载是其控制荷载。现存荷载规范中对风荷载各项系数取值大部分并不适用于膜结构,目前大跨度膜结构的抗风设计理论尚不完善,风与膜结构的流固耦合作用成为了膜结构抗风设计理论发展的瓶颈,也是膜... 详细信息

大跨度膜结构是典型的风荷载敏感结构,风荷载是其控制荷载。现存荷载规范中对风荷载各项系数取值大部分并不适用于膜结构,目前大跨度膜结构的抗风设计理论尚不完善,风与膜结构的流固耦合作用成为了膜结构抗风设计理论发展的瓶颈,也是膜结构抗风设计中亟需解决的重点和难点问题。随着建筑技术的发展,外型复杂的大跨度膜结构不断涌现,复杂膜结构周围流场分布复杂,进一步加剧了风与膜结构的流固耦合作用的复杂性,因此研究风与复杂大跨度膜结构的流固耦合效应,揭示复杂膜结构在风荷载作用下的风压分布特性,对于完善膜结构的抗风设计有着非常重要的理论意义和工程实践价值。本文基于计算流体力学原理,采用数值模拟手段研究了风荷载作用下几类常见复杂大跨度膜结构的流固耦合作用,具体研究内容包括:1、针对工程中常用的不同复杂形状大跨度膜结构,研究了考虑流固耦合作用时各结构表面平均风压的分布特性。复杂大跨度膜结构的绕流和空气动力作用复杂,其核心在于湍流,湍流问题也是影响风荷载作用下膜结构流固耦合作用的重要因素。为此,本文采用不同湍流模型研究了各复杂结构考虑流固耦合作用时的平均风压分布特性:模拟了包括标准k-ε模型、RNGk-ε模型、Realizable k-ε模型,在不同风速、不同风向角下等条件下各结构表面的平均风压,并与风洞试验结果进行了对比,验证了本文模拟结果的准确性;选取沿风流入方向上的不同分布测点进行对比,得到了平均风压系数曲线,并对风压系数曲线规律进行对比分析,总结得到了不同形状复杂大跨度膜结构的平均风压分布规律。2、利用自回归模型线性过滤器法(AR)模拟出Davenport风速谱,基于fluent软件进行复杂形状大跨度膜结构的脉动风影响下的响应研究。本文得到如下结论:1、不同形状复杂膜结构表面在不同湍流模型下的平均风压系数分布规律大体一致。不同风速对不同形状屋盖表面风压分布规律也无太大影响。其中鞍形屋面在不同风向角下呈现的风压分布规律受风向角影响较大。且受到来流产生的旋涡作用影响也比较大,风压系数都为负值。连续拱形屋盖表面在0°风向角下风压分布规律受屋面形状及漩涡作用影响不大。但在90°风向角作用下屋盖表面风压系数分布受结构表面形状影响极大。波浪形屋盖在0°风向角作用下与连续拱形屋盖受来流影响基本相同,但在尾流影响下屋盖表面末端产生较大旋涡作用。90°风向角下的波浪形屋盖表面同样受到屋盖表面形状影响极大,风压分布规律随屋盖表面形状变化而产生明显变化。波浪形屋盖与连续拱形屋盖表面同会产生局部正压。2、根据三维空间相关脉动风速密度谱得出脉动风作用下三种复杂形状大跨度结构的风压变化规律。

关键词：大跨度膜结构流固耦合作用平均风压分布湍流模型脉动风速

基于大涡模拟的大跨度膜结构在竖向风荷载作用下的风压特性研究

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基于大涡模拟的大跨度膜结构在竖向风荷载作用下的风压特性研究

作者：尚俊晨辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

大跨度建筑膜结构因其造型多变新颖等特点近年来被广泛应用于各种公共建筑。大跨度建筑膜结构质量轻,柔性大,表现出明显的非线性,其主要控制荷载是风荷载,风荷载也是导致建筑膜结构破环的主要原因之一。风荷载可以分为水平风和竖向风,... 详细信息

大跨度建筑膜结构因其造型多变新颖等特点近年来被广泛应用于各种公共建筑。大跨度建筑膜结构质量轻,柔性大,表现出明显的非线性,其主要控制荷载是风荷载,风荷载也是导致建筑膜结构破环的主要原因之一。风荷载可以分为水平风和竖向风,传统的刚性建筑结构大都只考虑水平风荷载的作用,但对于大跨度建筑膜结构而言,水平风荷载作用下的结构的响应是垂直于膜结构表面,接近竖向的;同时竖向风作用下的膜结构表面发生的响应方向与由水平风作用引起的方向相同,因而膜结构的风振响应在竖向风作用下将会增大,导致膜结构发生破坏的风险程度急剧增加。因此对大跨度膜结构进行抗风设计时,竖向风荷载的作用不可忽略,深入研究大跨度建筑膜结构在竖向风作用下的风压分布特性,对大跨度建筑膜结构的抗风设计有着重要的理论意义和工程价值。本文基于大涡模拟方法,基于计算流体力学理论,依托FLUENT平台,对典型体型大跨度膜结构在竖向风荷载作用下的风压特性进行深入研究,主要研究内容如下:(1)研究典型体型的大跨度膜结构在竖向平均风荷载作用下的平均风压分布规律。通过FLUENT平台的用户自定义编写程序(UDF)来实现大涡模拟的入口湍流生成,采用大涡模拟方法研究了某膜结构雨棚的风压特性,并与实验结果进行了对比,验证了大涡模拟方法计算膜结构风压的正确性。以典型的鞍形、波浪形、连续拱形三种体型大跨度膜结构为研究对象。研究了在不同风速、不同风向角下、考虑双向流固耦合作用,三种大跨度膜结构在竖向风作用下等27种工况下的平均风压分布情况,得到每种工况下屋盖表面的风压分布规律,并与水平风作用下的对应结果进行对比,研究分析总结出不同形状的大跨度膜结构屋盖表面在竖向平均风荷载作用下的平均风压分布规律。(2)基于前述大涡模拟方法和程序,研究三种典型形式的大跨度膜结构在竖向脉动风作用下的膜结构表面的风振响应及风压分区规律。考虑双向流固耦合作用,研究波浪形、鞍形及连续拱形三种不同形式的大跨度膜结构其在最不利风向角、不同风速下三种形状的膜结构表面的风振响应,并定义给出了不同形状大跨度膜结构的脉动风压分区系数。(3)选取常见的鞍形及拱形膜结构作为研究对象,考虑双向流固耦合作用,基于流线型设计理念,从风振响应、位移变化、速度矢量变化、风压变化等多方面系统化的分析优化后的模型的气动性能的提升。本文所得到的主要结论如下:(1)在0°竖向平均风荷载作用下,发现其对三种膜结构屋盖表面的分压系数影响较大,在与90°水平风荷载作用下膜结构屋盖表面的风压系数相比,其数值明显偏大,水平风作用下,膜结构表面只有风的动压部分对膜表面产生作用,而在竖向风作用下风的静压部分和动压部分对膜结构表面共同作用。表明膜结构表面受竖向风荷载作用下影响明显。(2)在最不利风向角下,膜结构表面在竖向脉动风荷载作用下风振响应频率剧烈,竖向脉动风作用效果明显,研究发现大跨度膜结构屋盖表面的风振响应效果与建筑结构形式有关。定义给出了膜结构表面的风压系数分区建议值。(3)优化后的模型在气动性能方面有明显提升,风振响应的波动区间数值均有明显下降,说明膜结构表面的空气流动变得稳定,进而达到提高膜结构的使用周期,延长寿命的作用。该论文有图55幅,表2个,参考文献65篇

关键词：大跨度膜结构竖向风荷载大涡模拟流固耦合作用风压分布特性

考虑流固耦合作用的大跨度膜结构风致干扰效应研究

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考虑流固耦合作用的大跨度膜结构风致干扰效应研究

作者：毕鹏辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

大跨度膜结构是典型的风敏感结构,风荷载是大跨度膜结构的主要控制荷载。目前国内外大跨度膜结构抗风设计理论尚不成熟,其中风与膜结构的流固耦合作用成为了限制膜结构抗风设计理论发展的瓶颈,成为大跨度膜结构抗风设计亟需解决的重点... 详细信息

大跨度膜结构是典型的风敏感结构,风荷载是大跨度膜结构的主要控制荷载。目前国内外大跨度膜结构抗风设计理论尚不成熟,其中风与膜结构的流固耦合作用成为了限制膜结构抗风设计理论发展的瓶颈,成为大跨度膜结构抗风设计亟需解决的重点问题之一。同时在城市化高速进行的今天,大跨度膜结构大多不是独立存在的,其周围的已有建筑或新建建筑会影响大跨度膜结构周围的风场分布,产生风致干扰效应,进而改变膜结构周围的风场分布。但目前对类似膜结构这类柔性建筑物的风致干扰效应的研究还十分有限。为此,本文研究考虑流固耦合作用的大跨度膜结构的风致干扰效应,揭示大跨度膜结构在周围建筑物干扰下的风压分布特性和流固耦合作用机理,以期对此类柔性建筑的抗风设计和工程实践提出有益的参考。本文基于计算流体力学原理,采用数值模拟手段研究了考虑流固耦合效应的大跨度膜结构的风致干扰效应,具体研究内容如下:1、以工程中应用广泛的大跨度半球形膜结构为研究对象,采用不同的湍流模型以充分考虑湍流影响,分别研究了考虑流固耦合作用时不施加干扰建筑物,以及周围有一栋干扰建筑物时,结构表面的平均风压分布特性。首先当大跨度膜结构周围无干扰建筑物时,研究了不同风速时大跨度膜结构屋盖表面风压分布。然后在大跨度膜结构屋盖流场上游放置了矩形的干扰建筑,研究了干扰建筑物在不同间距和不同风向角下大跨度膜结构屋盖表面的风压分布规律。统计分析了各测点的风压系数,制作得到了各测点的风压系数折线图。最后将得到的数据与周围无干扰建筑物时的数据进行对比,总结风致干扰效应对大跨度膜结构屋盖的风压分布规律的影响。2、考虑流固耦合作用时,研究了大跨度半球形膜结构周围存在多栋干扰建筑物时结构表面的风压分布特性。在膜结构流场上游不同间距放置两栋干扰建筑物,采用不同的湍流模型,研究了在不同风速和风向角下膜结构表面的风压分布特性。选取大跨度膜面来流风向上不同的测点绘制平均风压系数曲线,并对风压系数曲线进行分析,分析得到了不同参数设置下半球形大跨度膜结构的平均风压分布规律。同时与周围无干扰建筑物的工况进行对比分析,总结出周围多栋干扰建筑对大跨度膜结构表面风压系数分布的影响规律。

关键词：大跨度膜结构流固耦合作用风致干扰效应湍流模型平均风压分布

考虑流固耦合作用的膜结构在竖向风荷载作用下的风压特性研究

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考虑流固耦合作用的膜结构在竖向风荷载作用下的风压特性研究

作者：赵欣辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

膜结构具有质量轻,刚度小,柔性强等特点,风荷载是膜结构的控制荷载,也是导致膜结构发生破坏的重要原因。目前国内外膜结构的抗风设计理论尚不成熟,现行荷载规范并没有明确规定膜结构的风压系数取值,其中风与膜结构的流固耦合作用是导致... 详细信息

膜结构具有质量轻,刚度小,柔性强等特点,风荷载是膜结构的控制荷载,也是导致膜结构发生破坏的重要原因。目前国内外膜结构的抗风设计理论尚不成熟,现行荷载规范并没有明确规定膜结构的风压系数取值,其中风与膜结构的流固耦合作用是导致膜结构抗风设计理论滞后的重要原因,流固耦合作用是膜结构抗风设计中不能忽略的重要因素。自然风中既包含水平风,又包含竖向风,其中水平分量是远远大于竖向分量的。但对于膜结构这样的柔性结构来说,在水平风力作用下,结构的响应是垂直于结构表面,接近竖向的;而在竖向风作用下结构的响应方向又与由水平风引起的响应方向一致,因而竖向风将增大整个结构的风振响应,进而增加膜结构发生破坏的风险。因此,竖向风是膜结构抗风设计中不可忽略的,而目前对膜结构的抗风研究中对于竖向风的研究非常有限。为此,本文考虑流固耦合作用,对于膜结构在竖向风荷载作用下的平均风压和脉动风压特性进行研究,对于完善膜结构的抗风设计理论,为工程实践提供更可靠的抗风设计依据有着非常重要的意义。本文基于计算流体力学理论,采用数值模拟技术手段,选用工程中常用的三种形状的大跨膜结构,研究了考虑流固耦合作用时不同形状膜结构在竖向风荷载作用下的平均风压分布和脉动风振响应。本文的主要研究内容如下:选取波浪形、鞍形及连续拱形三种形式的大跨度膜结构为研究对象,选取RNG k-ε湍流模型,研究模拟了不同风速和风向角共27种工况下,考虑流固耦合作用时各膜结构在竖向风作用下的平均风压分布,得到每种工况下屋盖表面的风压分布规律,并与水平风作用下的膜结构风压分布进行了对比,分析得到竖向风作用下不同形状膜结构的平均风压分布规律。考虑流固耦合作用,研究了波浪形、鞍形及连续拱形三种形式的大跨度膜结构在竖向风荷载脉动风作用下的风振响应。首先采用自回归算法(AR),采用MATLAB根据panosky风谱模拟了脉动风速时程,然后将风速时程通过UDF接口导入FLUENT中,研究得到了最不利风向角下,不同风速时三种形状的膜结构的风振响应,并给出了不同形状膜结构的脉动风压分区系数。

关键词：大跨度膜结构流固耦合效应竖向风湍流模型脉动风速

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大涡模拟下两种张拉膜结构的风压特性

洛阳理工学院学报（自然科学版） 2023年第3期33卷 11-16,51页

作者：孙芳锦张双磊尚俊晨卢琛张大明桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541004 辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 桂林理工大学信息科学与工程学院广西桂林541006 广西嵌入式技术与智能系统重点实验室广西桂林541006

以ANSYS WORKBENCH19.0为模拟平台,采用高精度大涡模拟(LES)对鞍型和连续拱形两种大跨度膜结构在10 m/s、15 m/s、20 m/s三种风速及0°、45°两种风向角的竖向平均风荷载作用下进行数值模拟,得到两种模型在竖向风荷载作用下膜面的风压... 详细信息

以ANSYS WORKBENCH19.0为模拟平台,采用高精度大涡模拟(LES)对鞍型和连续拱形两种大跨度膜结构在10 m/s、15 m/s、20 m/s三种风速及0°、45°两种风向角的竖向平均风荷载作用下进行数值模拟,得到两种模型在竖向风荷载作用下膜面的风压作用规律。膜结构在竖向风荷载作用下的风振响应影响非常明显,与在水平风向角下的风振响应相当。

关键词：大跨度膜结构风压系数大涡模拟风压分布特性