基于非协调边界元和涡方法的膜结构流固耦合研究
膜结构是一种轻柔空间结构，该类结构对地震具有良好的适应性，而对风作用非常敏感，风荷载是该类结构的控制荷载，如图1所示。膜材在风荷载作用下会有较大的位移、速度和加速度反应，使得结构发生剧烈的形状改变，而此变化又会反过来影响风场的分布，从而引起膜结构和风场之间的藕合作用。因此要对膜结构的风荷载以及风振响应做出准确计算，就需要考虑流固藕合的影响。基于非协调边界元和涡方法的联合应用对膜结构的流固耦合进行模拟.该算法可以精确计算三维粘性、不可压缩流场.采用本文方法可以得到每个时间步膜结构的单元节点流场压力,通过与ansys有限元模型提取出的整体刚度矩阵联合求解得到单元节点位移,并可以由单元节点位移求解出下一时间步的流场分布.由于本文引入了高效的预处理循环型广义极小残余迭代算法(GMRES),使得边界元法的优势得到了充分发挥,大幅度节省了计算时间.完成了方形平屋盖膜结构气弹模型风洞试验.采用本文算法对膜结构流固耦合效应计算得到的位移均值大部分与风洞试验吻合,计算结果表明本文提出的方法适用于膜结构流固耦合模拟,并且可以大幅度地缩减计算时间.
膜结构 风荷载 流固耦合 非协调边界元 涡方法 数值模拟
丁静鹄 叶继红
东南大学 混凝土与预应力混凝土教育部重点实验室,江苏南京,210096
国内会议
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2013-07-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）