基于风压分布特性的折叠网壳结构形状优化研究

针对风敏感结构折叠网壳存在抗风不利区域和风压梯度变化较大的力学行为,为优化其在风荷载作用下的表面风压分布,降低结构的风致响应,基于流体动力学基本原理和大气边界层基本理论,运用Fluent软件对折叠网壳结构风压分布进行数值模拟的基础性研究,对比风洞试验结果,确定复杂体型结构数值模拟的计算域尺寸、计算域离散和湍流模型等关键参数的选取。在此基础上对8种折叠网壳结构形状优化方案进行分析,得到其分区体型系数和体型系数的标准差,对比结构初始形态表面风压,最终得到具有良好抗风性能的最优方案,化解了结构的不利风压分布。结果表明,CFD数值分析技术能够有效地解决风敏感结构在风荷载作用下的形状优化问题,为结构体型优化和研发新型野营房屋提供了一个设计方法和理论依据。

风致折叠网壳结构表面积雪分布CFD模拟

为研究风致折叠网壳结构表面积雪的分布规律,基于Euler-Euler方法和空气相与雪相单向耦合的基本假设,运用通用计算流体动力学软件ANSYS Fluent的Mixture多相流模型理论,并考虑壁面上积雪的侵蚀与沉积,建立风致雪漂的数值模型。首先,模拟立方体周围积雪分布并与实测结果对比,探讨与分析数值风洞的关键技术与参数,证实三方程k-kl-ω湍流模型能更好地对风雪两相流进行模拟。在此基础上,以风速和风向角为分析参数,模拟折叠网壳结构表面积雪分布。结果表明,10 m/s以下较低风速的持续作用对积雪分布尤为不利,受风向角变化影响,结构表面积雪的侵蚀与沉积发生在不同分区,其中迎风面被大面积侵蚀、背风面局部沉积,在不同的风向角下同一分区的积雪分布系数相对改变量最高达1.28。模拟获得结构表面在全风向角下的最不利积雪分布系数,为近似体型结构的抗风雪设计理论提供参考依据。

折叠网壳结构风压分布特性的神经网络预测研究

为了全面分析轻型可移动折叠网壳结构的风压分布特性,基于BP神经网络的基本原理,运用Matlab软件对野营折叠网壳结构风压分布特性进行了神经网络预测;并结合折叠网壳结构风洞试验,分析了其在不同风速和不同风向角下的风压系数分布规律和表面风压分布特性,将结果与风洞试验进行对比,两者吻合较好。结果表明:将风洞试验技术与神经网络方法相结合,基于有限的风洞试验数据可以预测结构未知点的风压系数;通过对测点进行插值计算可以全面掌握结构的风压分布特征,为结构抗风的精细化分析和设计提供一个有效方法。这为轻型可移动折叠网壳结构安全合理设计和改进建筑气动外形提供了理论依据。

折叠网壳结构的初步设计评述

基于折叠网壳的使用功能要求,系统综述了折叠网壳的各种结构形式、基本单元及节点种类,全面评述了折叠网壳结构初步设计中几何设计、结构选型、节点设计等步骤的设计方法及主要控制因素,为折叠网壳结构的设计奠定了理论基础。

折叠网壳结构在不同参数影响下表面风压分布系数规律研究

为研究风敏感结构折叠网壳在风荷载作用下不同参数影响的分布规律,基于流体动力学基本原理和大气边界层基本理论,运用F luent软件对折叠网壳结构在不同风速、风向角、结构单元长度、端门倾角影响下,探讨和分析了折叠网壳结构表面平均风压系数分布规律,确定其影响形体优化和研发的关键参数。结果表明:结构单元长度、端门倾角是影响折叠网壳结构表面平均风压系数分布规律的关键参数,为折叠网壳结构体型优化和研发提供设计方法和理论依据。

局部开洞的折叠网壳结构表面风压分布研究

为了研究局部开洞的折叠网壳结构表面风压分布,基于流体动力学基本原理,探讨了房屋局部开洞下计算域的选取,计算方法、边界及壁面条件的确定。运用计算流体动力学软件Fluent6.3建立了计算模型,数值模拟得到开洞结构内外表面风压系数等值线的分布。在此基础上,分析了开洞结构房屋在不同风速,不同风向角,不同开洞位置及大小等主要因素下风场的分布规律,并与未开洞结构表面风压分布规律和内压系数估算公式所得到的结果进行了对比,其规律性吻合较好。通过内外表面风压系数,得到净体型系数的分布,提出应用于抗风设计的净体型系数分布表。

野营折叠网壳结构表面定常风场的数值模拟研究

基于流体动力学基本原理和大气边界层基本理论,运用计算流体动力学软件Fluent6.3对野营折叠网壳结构表面风压分布进行数值模拟技术的基础性研究,对比与风洞试验数据,确定复杂体型结构数值模拟时的计算域尺寸、网格划分方式、网格数量、湍流模型等基本参数设定,得到野营折叠网壳在不同风向角下的表面风压分布及其结构体形系数,同风洞试验结果对比,吻和较好。分析表明风速对结构风荷载体形系数影响较小,而风向角对风荷载体形系数的影响较大;所得结构的体形系数,为类似体型结构的抗风设计提供依据。

交错布局折叠网壳帐篷群的风致干扰效应研究

为研究交错布局折叠网壳帐篷群的风致干扰效应,基于流体动力学和大气边界层基本理论,运用FLUENT软件并借助单体帐篷的风洞试验,探讨与分析湍流模型、离散格式和求解算法等关键技术及参数,建立交错布局帐篷群的数值风洞.以两列交错和三列交错布局下的5个风向角、3种横向疏密系数和4种纵向疏密系数为参数,对96种工况帐篷群中目标帐篷进行表面风压分布特性数值模拟研究,得到不计干扰效应的帐篷群间临界间距,以及目标帐篷各分区的干扰因子.在此基础上,对比分析3种规则布局和交错布局中各帐篷表面的风压分布特性,得到干扰因子变号的区域及适用于群体帐篷的风荷载体型系数.在所选5个风向角下,交错布局折叠网壳帐篷群的风致干扰效应不可忽略,90°风向为最不利风向角.所得结果可为折叠网壳帐篷群体的设计、规划布局及使用提供理论依据.

基于抗风设计的折叠网壳房屋外形优化研究

为改善复杂体型折叠网壳房屋的抗风性能,使其在风荷载作用下具有合理外形,基于计算流体动力学(CFD)的基本理论,运用FLUENT软件进行数值模拟,与风洞试验数据对比验证,探讨与分析轻型折叠网壳房屋的合理数值风洞,包括边界条件、计算域尺寸、网格划分方式、离散格式、求解算法、湍流模型等基本参数和技术的确定。按照《空间网格结构技术规程》(JGJ 7—2010)与野营房屋使用功能要求,以矢跨比、端门倾角、端门高为尺寸参数,设计出28种建筑体型,以0°,30°,45°,60°,90°风向角为分析参数进行140种工况的数值模拟,得出轻型折叠网壳房屋不同体型表面风压分布特性与风荷载体型系数。在此基础上以风压分布最均匀与体型系数标准差最小为优化目标,对轻型折叠网壳房屋进行基于抗风设计的体型优化分析,得到抗风性能良好的合理外形。结果表明,经优化的外形可有效化解房屋表面的不利风压分布,极大提高折叠网壳的抗风性能。

折叠式网壳足尺寸试验

通过对某机构研制的折叠式网壳结构的足尺寸试验,揭示该结构的特有破坏机理及变形过程,验证该结构设计的合理性。