百叶窗结构风荷载及风致振动分析

发布时间：2017-10-07 20:34

  本文关键词：百叶窗结构风荷载及风致振动分析

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【摘要】：百叶窗广泛应用于一些高层建筑、大型厂房、重点工程结构、民居、大型舰船等的防热降温、节能减排和通风换气。常见的百叶窗是由若干片并列倾斜的薄壁片状结构组成,具有质量轻、刚度小的性质。在一定的风速下其叶片会产生较大的变形及较强的振动,在高风速下叶片甚至会发生塑性变形和损坏。然而,目前对于百叶窗的研究主要集中于通风、换气方面,对于其抗风性能的研究却少有报道。对薄壁叶片结构的风荷载研究以及深入了解其流固耦合机理,对于百叶窗的抗风设计、安全评估及维护运营具有重大实用价值。本文采用计算流体力学和有限元方法对百叶结构进行风荷载及风致振动的分析,主要的研究工作有如下几方面:第一,建立单片及多片并列百叶模型,使用计算流体力学软件Fluent对其风荷载进行了分析。研究分析了时间步长、网格质量、计算域设置对计算精确度的影响。得出百叶所受风荷载与风攻角、雷诺数、叶片数目及百叶片所在位置的关系,明确了多片并列百叶的气动干扰作用。第二,通过CFD求解的多个雷诺数下的风荷载对百叶结构进行单向流固耦合分析,得到百叶的位移响应。使用ANSYS软件对百叶窗叶片结构建模,进行模态分析。对单片及多片百叶的位移响应进行时域、频域、运动轨迹分析。并将各个雷诺数下的单片、多片百叶的位移响应值与风洞实验值进行对比,验证了分析的精确度。第三,改变百叶叶片间距和倾角,对多片百叶进行CFD模拟。从时域及频域上,研究了其对各片百叶阻力系数、升力系数及力矩系数的平均值和标准差的影响。分析了若干关于风荷载与叶片间距,风荷载与叶片倾角的规律。第四,将自编Newmark-β法C语言程序嵌入Fluent计算内核,实现每个时间步的双向流固耦合模拟。结合Fluent软件提供的动态网格技术,在考虑了非线性气动力的情况下,计算百叶窗叶片的位移响应。将单片及多片并列百叶结构的单向流固耦合、双向流固耦合与风洞实验结果进行对比,得出了非线性气动力对百叶风致振动影响程度,研究了各个叶片所受风荷载的规律。
【关键词】：百叶窗 风致振动 气动干扰 流固耦合 数值模拟
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU312.1
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 研究背景8-11
• 1.2 研究现状11-16
• 1.2.1 钝体绕流干扰效应的研究11-12
• 1.2.2 翅片结构流动特性及气动特性研究12-14
• 1.2.3 翅片结构风致振动研究14-16
• 1.3 本文内容16-18
• 2 百叶窗风洞试验及CFD模拟技术18-46
• 2.1 风洞试验19-24
• 2.1.1 实验风洞的介绍19
• 2.1.2 测量设备的介绍19-20
• 2.1.3 实验模型及实验方法20-23
• 2.1.4 实验数据处理及结果分析23-24
• 2.2 CFD模拟技术24-46
• 2.2.1 流体力学控制方程24-27
• 2.2.2 湍流数值模拟的方法27-31
• 2.2.3 离散方法和离散格式31-32
• 2.2.4 流场算法32-34
• 2.2.5 网格与时间步长34-39
• 2.2.6 流固耦合模拟技术39-43
• 2.2.7 Fluent动态网格技术43-46
• 3 百叶窗气动特性及单向耦合振动分析46-84
• 3.1 单片百叶窗模拟46-53
• 3.1.1 单片百叶雷诺数效应48-50
• 3.1.2 单片百叶不同倾角风荷载50-53
• 3.2 百叶片数对风荷载的影响53-59
• 3.3 5片百叶雷诺数效应59-61
• 3.4 单片及5片百叶单向流固耦合分析61-71
• 3.4.1 百叶结构三维有限元模型61-62
• 3.4.2 百叶结构模态分析62-63
• 3.4.3 单向流固耦合振动63-71
• 3.5 典型倾角下不同叶片间距的气动特性分析71-78
• 3.6 典型间距下不同叶片倾角的气动特性分析78-82
• 3.7 本章小结82-84
• 4 百叶窗双向流固耦合振动分析84-108
• 4.1 单片百叶双向流固耦合振动分析84-92
• 4.1.1 单片百叶计算模型设计84-86
• 4.1.2 百叶双向流固耦合风荷载分析86-89
• 4.1.3 百叶双向流固耦合振动分析89-92
• 4.2 多片百叶双向流固耦合模拟92-106
• 4.2.1 多片百叶计算模型设计93-95
• 4.2.2 多片百叶双向流固耦合风荷载分析95-100
• 4.2.3 多片百叶双向流固耦合振动分析100-106
• 4.3 本章小结106-108
• 5 结论与展望108-112
• 5.1 主要结论108-109
• 5.2 未来工作展望109-112
• 致谢112-114
• 参考文献114-117

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4 陈q，

本文编号：989937