风对结构作用的数值模拟及柔性结构气弹分析

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1、同济大学博士后学位论文风对结构作用的数值模拟及柔性结构气弹分析姓名：张爱社申请学位级别：博士后专业：土木工程指导教师：顾明20091101同济人学博．1：后：{{站报告内容摘要数值模拟作为结构抗风研究的主要方法之一，随着计算机的迅速发展，无论在数值模拟理论和方法，还是在数值计算对象和能力等方面都取得了显著的成就。结构风工程数值模拟方法能够把结构风场的速度和压力场在时间和空间上的真实三维分布形象地表现出来，在风工程领域已得到越来越广泛的应用。但由于风对结构作用物理过程的复杂性以及结构自身的特性，要使数值模拟成为工程设计中简便可靠的方法，还需要做很多深入的工作。本文围绕建筑结构

2、抗风设计理论和方法，开展了数值模拟方面的一些研究工作。对流体运动方程采用有限体积法求解，改进了同位网格上的SIMPLEC算法，在导出压力修正方程的源项时采用动量插值，引入相邻两点的压差，从而消除了不合理的压力场。将该算法应用于两相邻建筑绕流流畅的数值模拟，并通过实验验证了算法的有效性。基于Reynolds平均的Navier-Stokes方程数值模拟方法必须附加湍流模型才能数值求解Navier．Stokes方程。本文分别采用分离涡模拟(DetachedEddySimulation，DES)方法、标准k—F模型和RNGk一占模型对标准建筑模型三维非定常流动进行了数值模拟，并与实

3、验结果进行了比较。分析结果表明，DES方法中的LES对湍流场中的大尺度分量进行直接模拟，对复杂流动具有较好的适应性，能够较准确预测建筑绕流流动。RNGk一￡模型能够定性分析建筑流场的流动特性，但标准k一￡模型模拟结果误差稍大。采用弱耦合分区数值求解方法研究了风与柔性结构相互作用的问题。该方法采用计算流体力学求解Navier-Stokes方程来模拟非定常气动力，应用计算结构力学模拟柔性结构响应，采用任意啦格朗日一欧拉(ArbitraryLagrangiall．Eulerian，ALE)方法来解决流体与结构耦合计算中运动界面协调问题。对于不同的计算域，分别采用各自通用的程序进行

4、求解。分析了风速变化对柔性结构非线性运动规律的影响。关键词：高层建筑；柔性结构：风环境；干扰效应；数值模拟；湍流模型；流体．结构耦合作用：几何非线性风对结构作用的数值模拟及柔性结构气弹分析AbstractNumericalsimulationisoneofthemajormethodsforwindresistantresearchinstructuralengineering．Withthedevelopmentofthecomputertechnology,theremarkableachievmentshavebeenmadefornumericalsimulatio

5、nsinthenumericalcomputationaltheoriesandtheapplicationsincomputationalwindengineering(hereafterCWE)．Thetimeandspacedistributionofvelocityandpressurefieldsaroundbuildingsandbuildingcomplexescanbegeneratedbycomputersimulationusingtherealisticthree—dimensionalmeans．Thenumericalsimulationmetho

6、diSwidelyappliedtosolvecomputationalwindengineeringproblems．However,thephysicalprocessofwindeffectonstructuresisverycomplicated．NumericalsimulationmethodorCⅥ，Ehaslongwaytogotobecomesimpleandaccuratemethodtothedesignpractice．Basedontheengineeringdesigntheoryandmethodforthewindresistantstruc

7、tures．someresearchresultsaboutCWEanditsapplicationsarediscussedinthispaper．Thetransportationequationsforfluidflowaresolvedbycontrolvolumemethod．ASIMPLECalgorithmoncollocatedgridsystemisdeveloped．Animprovementisproposedthatthepressuredifferencebetweentwoneighbo