膜結(jié)構(gòu)氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究.pdf

1、空間結(jié)構(gòu)作為一類新穎結(jié)構(gòu)體系，由于具有優(yōu)美的外形和能夠提供盡可能大的無(wú)內(nèi)柱空間等特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用?？臻g結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、柔性大、阻尼小等特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)荷載的作用非常敏感同時(shí)其往往比較低矮，在大氣邊界層中處于風(fēng)速變化大、湍流度高的區(qū)域，其繞流和空氣動(dòng)力作用變得十分復(fù)雜。因此，風(fēng)荷載是此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要控制荷載。目前，在進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)研究多采用風(fēng)洞試驗(yàn)方法和數(shù)值模擬方法。
　　 本文完成了菱形馬鞍屋面氣彈

2、模型風(fēng)洞試驗(yàn)。模型選取了兩種尺寸，矢跨比分別為1/6和1/12。模型按照力學(xué)等效原則分解成為受力索網(wǎng)結(jié)構(gòu)和覆面材料兩部分，滿足弗勞德數(shù)相似、斯托拉哈數(shù)相似和歐拉數(shù)相似等流動(dòng)相似準(zhǔn)則；滿足質(zhì)量相似準(zhǔn)則。試驗(yàn)流場(chǎng)為均勻流場(chǎng)和湍流場(chǎng)(模擬B類地貌的風(fēng)速剖面和湍流度剖面)，選取不同的風(fēng)速和來(lái)流方向，測(cè)量膜面各關(guān)鍵點(diǎn)的位移和加速度響應(yīng)。數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)矢跨比和風(fēng)向角對(duì)膜結(jié)構(gòu)平均位移的影響較大。再將氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)最終結(jié)果與邊界元(BEM)程序計(jì)算結(jié)果

3、進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在低應(yīng)力狀態(tài)下兩者之間的誤差較大，高應(yīng)力狀態(tài)下誤差較小，效果良好。
　　 數(shù)值模擬方法作為風(fēng)洞試驗(yàn)的一種有效的輔助手段，考慮利用CFD數(shù)值模擬來(lái)輔助相似準(zhǔn)則的選取，進(jìn)而指導(dǎo)風(fēng)洞試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。本文首先模擬了不同矢跨比的馬鞍面以及平屋蓋在4種截面堵塞度情況下的風(fēng)壓系數(shù)，并與課題組所做風(fēng)洞試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：建筑模型的數(shù)值模擬結(jié)果受截面堵塞度的影響較明顯，建議氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)中模型設(shè)計(jì)堵塞度應(yīng)小于3.6％。

4、然后，本文進(jìn)行了雷諾數(shù)為22000時(shí)二維、三維方柱繞流的數(shù)值模擬計(jì)算。從數(shù)值模擬的結(jié)果來(lái)看，對(duì)于結(jié)構(gòu)在展長(zhǎng)方向具有對(duì)稱性特征的斷面，三維的計(jì)算結(jié)果略好于二維，但其結(jié)果相差不很明顯，但計(jì)算效率卻相差數(shù)量級(jí)以上。因此，從工程應(yīng)用的角度看，對(duì)于此類結(jié)構(gòu)的流場(chǎng)分布，進(jìn)行二維的數(shù)值模擬計(jì)算具有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)。利用二維數(shù)值模擬對(duì)7種不同的雷諾數(shù)方柱繞流情況進(jìn)行了數(shù)值模擬，以此作出阻力系數(shù)均值、升力系數(shù)均方差和斯托拉哈數(shù)等繞流參數(shù)隨雷諾數(shù)的變化曲線。最后