复杂空间结构表面风压的数值模拟——筒壳分析

摘要

随着近代科学技术和建筑技术的进步，复杂空间结构尤其是网壳结构被广泛应用。这种复杂体型结构对风荷载十分敏感，于是风荷载往往成为设计中的控制因素，特别是对于此类大型公共建筑有时起着决定性的作用。 现场实测是最直接的研究手段，但显然现场实测费时、费钱、费力；而风洞试验费用较高昂、周期较长。计算流体力学CFD(computationalfluiddynamics)可以对复杂体形结构的风场进行数值模拟，进而获得复杂体形结构的表面风压，也可以确定结构的风荷载体型系数，并能为复杂体形结构设计的风荷载取值提供依据，而且其成本低、速度快，具有模拟真实和理想条件的能力，具有很大的理论意义和使用价值。 本文将采用基于计算流体动力学的数值模拟方法，利用ADINA数值模拟软件来研究筒壳表面风压和周围风场的分布特性，并同国内外规范进行对比，以期得到这类建筑表面风压的分布规律，为这类结构的抗风研究和设计提供依据。 通过这种数值模拟方式为以后的各种复杂体型建筑进行风荷载分析，确定其体型系数以应用到设计中。

目录

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第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2风工程的研究现状

1.2.1国外方面

1.2.2国内方面

1.3本文研究内容和方法

第二章自然风及风压分布的特点

2.1自然风的特性

2.1.1自然风的形式

2.1.2自然风的等级

2.1.3平均风剖面

2.2风压分布的特性

2.2.1风速和风压关系

2.2.2结构上的平均风压及体型系数

2.2.3风压分布特点

2.3本章小结

第三章计算流体力学理论基础

3.1紊流的基本方程

3.2三维N-S方程模型的计算方法

3.3紊流模型

3.3.1零方程模型

3.3.2一方程模型

3.3.3二方程k-ε模型

3.3.4k-ε紊流模型的修正

3.3.5雷诺应力方程模型

3.3.6代数应力模型

3.3.7k-εRNG紊流模型

3.3.8k-ω紊流模型

3.4数值离散的方法

3.5本章小结

第四章采用ADINA软件计算复杂空间结构表面风压

4.1 ADINA软件介绍

4.2单层柱面网壳表面风压的数值模拟

4.3ADINA软件紊流有限元法建模及网格划分

4.3.1封闭式落地拱形屋面

4.3.2开敞式落地拱形屋面

4.4风压分布系数比较

4.4.1封闭式落地拱形屋面

4.4.2开敞式落地拱形屋面

4.5本章小结

第五章数值模拟与国内外规范比较

5.1数值模拟结果与国内规范的比较

5.2数值模拟结果与国外规范的比较

5.3数值模拟竖直墙面外风压结果与规范的比较

5.4本章小结

第六章结论和展望

6.1本文的主要结论

6.1.1数值模拟分析结论

6.1.2规范对比分析结论

6.2进一步工作的展望

参考文献

致 谢

在读期间发表的学术论文与研究成果