鈍體高柔結構橫風向氣彈失穩(wěn)機理的數(shù)值研究.pdf

1、高柔結構的風致振動問題是一個典型的風與結構相互作用的問題.在某些情況下代表阻尼作用的氣動力可能由表現(xiàn)為正阻尼轉變?yōu)樨撟枘?若結構從風力中吸收的能量超過了其自身的阻尼耗能,則結構將發(fā)生發(fā)散式的失穩(wěn)振動,這種振動現(xiàn)象又稱為橫風向馳振或顫振.由于高柔結構的發(fā)散式失穩(wěn)振動容易導致結構在短時間內發(fā)生破壞,國內外研究者對這種振動的發(fā)生條件、作用機理、參數(shù)識別、計算方法等進行了多方面的研究.但是由于問題本身的復雜性以及研究條件和研究方法的局限等,迄今

2、對不同形式失穩(wěn)振動的發(fā)生機制特別是與氣流形態(tài)相關的作用機理還缺乏深入的揭示和理解.本文的主要目的是通過計算流體動力學(CFD)的數(shù)值模擬方法,研究矩形截面鈍體高柔結構(超高層建筑或高聳結構)風致橫風向失穩(wěn)式振動(馳振)的空氣動力學和氣動彈性力學特性以及激發(fā)這些失穩(wěn)振動的氣流形態(tài)和作用機理. 為反映結構運動對流動風場的影響,本文除建立固定不動的計算區(qū)域外,還建立一個所謂的物理區(qū)域,該區(qū)域隨著結構運動在每一時間步均同時發(fā)生運動,而計

3、算區(qū)域是固定不變的.通過坐標變換將物理區(qū)域中的流動風場控制微分方程變換到計算區(qū)域中,即可建立引入結構運動影響的流動風場控制方程.結構本身簡化為等截面的豎直剛體,其整體彈性特性通過底部假想的彈性支座實現(xiàn),求解過程中,對流動風的控制方程和結構運動方程在每一時間步中進行交替和獨立求解,各方程中的相互作用部分在每一時間步上得到更新,以此模擬結構與風的相互作用. 本文基于結構化正交網格,采用變量同位存儲的同位網格體系和標準SGS大渦模型,

4、研制開發(fā)了建筑物繞流風場的數(shù)值模擬程序WSSG.程序采用FORTRAN語言編制,可以模擬矩形截面鈍體高柔結構(超高層建筑或高聳結構)風致橫風向失穩(wěn)式振動(馳振)的空氣動力學和氣動彈性力學特性,以及激發(fā)這些失穩(wěn)振動的氣流形態(tài)和作用機理等,適用于三維計算. 采用編制的數(shù)值模擬程序首先對靜止鈍體結構繞流風場進行了計算,結果表明本文的程序可以準確模擬建筑物表面的平均風壓和脈動風壓,并且可以獲得風場結構分布.然后將該程序應用到高柔結構的風