膜結構設計中風荷載CFD數(shù)值模擬方法

風的運動存本質上是一種流體現(xiàn)象，因此有的研究者希望借助計算流體力學(CFD)與結構動力學相結合的方法來數(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、耦合邊界的數(shù)據(jù)傳遞和海量計算等關鍵問題。Hubner等[104]采用強耦合算法對膜結構的流固耦合進行了數(shù)值模擬，該方法的特點是對流體方程、結構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。Glfick等[1O5]基于弱耦合算法計算了膜結構在考慮湍流條件下的穩(wěn)態(tài)變形，這種方法的特點是可將流體計算與結構計算分開處理，通過一些參數(shù)的傳遞來實現(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模擬技術實現(xiàn)了單向懸掛膜結構的流固耦合模擬，探討了來流風速、屋蓋質量和初始預張力等參數(shù)對結構耦合振動特性的影響。劉振華[108]基于ADINA軟件實現(xiàn)了對三維膜結構流固耦合的數(shù)值模擬，但其準確性有待驗證。孫曉穎_lJ基于FLUENT軟件和動網(wǎng)格技術，實現(xiàn)了對鞍形和傘形膜結構的流固耦合模擬。Michalski等…Ul以一個29m傘形膜結構工程為背景，將現(xiàn)場實測的風速數(shù)據(jù)處理后輸入CFD軟件，計算膜結構的響應，并與實測位移響應對比，表明其數(shù)值模擬已能夠達到工程要求的精度。