强耦合法在膜结构风振流固耦合分析中的程序实现与应用

研究强耦合整体方法在膜结构风振流固耦合效应分析中的程序实现与应用。基于强耦合整体式方程,介绍了采用Fortran语言编写膜结构流固耦合效应计算程序的实现过程,以及程序实现中需要的数值计算方法。对计算程序中的重要求解步骤进行了分析,介绍了相应程序的实现过程。最后将强耦合整体方法计算程序应用于典型膜结构的风振流固耦合计算中,得到了结构在不同风向角下考虑和不考虑耦合效应时的风压系数,其结果与已有风洞试验结果基本一致。同时计算了膜结构的风振响应和周围流场的分布。结果证明所提出的强耦合整体方法程序适用于计算膜结构风振中的流固耦合效应,结果正确可靠。

基于预处理方法的风与膜结构流固耦合效应研究

采用强耦合整体方法求解风与膜结构的流固耦合作用在精度和稳定性方面都具有优势,但求解强耦合整体方程时的巨大机时耗费成为了限制其应用的主要问题之一。本文提出采用预处理的方法处理Newton-Raphson方法线性化后的强耦合整体方程,以改善矩阵的条件数,提高计算效率和精度。强耦合整体方程中采用了线弹性有限元模型处理流体域的变形,结合强耦合整体方程,在雅可比矩阵中使用块状结构,推导了指定边界条件的线弹性模型预处理矩阵以及强耦合整体方程的预处理矩阵。基于广义极小残余法(generalized minimum residual,简称GMRES),给出了采用预处理的强耦合整体方法的求解步骤。最后将该方法应用于风与膜结构的流固耦合分析,比较了采用预处理前后的相关参数变化,结果表明采用预处理方法后计算精度和效率大大提高,计算时间节约40%以上。结果表明预处理方法在强耦合整体方法中的采用是稳定有效的。

膜结构风振中流固耦合效应的数值模拟研究

对膜结构风致振动中的流固耦合效应进行了数值模拟研究。采用数值模拟方法中的强耦合整体方法,引入伪实体模型,通过伪实体模型方程,流体方程与结构方程的隐式弱形式来构成整个体系的强耦和整体式方程。采用该方法对双坡型膜结构在考虑和不考虑耦合效应下的风振响应等重要参数进行了计算分析,并将计算结果与已有风洞试验结果进行对比,结果符合良好。同时计算了结构周围空气的风速矢量、压力场分布,得到了空气流体场的变化规律。结果表明采用强耦合整体方法计算所得的解具有很好的收敛性,可以较准确地预测膜结构的风致动力响应。