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膜結構設計中風荷載CFD數值模擬方法

風的運動存本質上是一種流體現象，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值再現流固耦合振動過程。對流固耦合效應的數值模擬一直是數值計算中極具挑戰性的問題，涉及到湍流模擬、動網格技術、耦合邊界的數據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態變形，這種方法的特點是可將流體計算與結構計算分開處理，通過一些參數的傳遞來實現兩部分計算的耦合，從而有利于研究人員分別開發程序，并可以最大限度地利用現有的計算軟件。武岳等。基于弱耦合算法和大渦模擬技術實現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對結構耦合振動特性的影響。劉振華[108]基于ADINA軟件實現了對三維膜結構流固耦合的數值模擬，但其準確性有待驗證。孫曉穎_lJ基于FLUENT軟件和動網格技術，實現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，將現場實測的風速數據處理后輸入CFD軟件，計算膜結構的響應，并與實測位移響應對比，表明其數值模擬已能夠達到工程要求的精度。