基于粒子成像测速技术的刚性与柔性平屋盖流场及风压场研究
发布时间：2021-12-11 14:15
随着现代社会经济的飞速发展,工程技术的不断进步,大跨度屋盖结构已经广泛应用于各类大型体育场馆、展览中心等建筑结构中,而风荷载是这类建筑的主要控制荷载之一。本文通过风洞测压试验、PIV测速实验,详细研究了不同风向角下封闭与开敞的刚性与柔性屋盖的流场特性以及风荷载特征。首先,对刚性屋盖模型与柔性屋盖模型在0°和90°风向角封闭与开敞条件下进行PIV实验,得到可视化的特征流场数据。针对流场数据分析对比柔性屋盖相对于刚性屋盖的流场变化规律。其次,通过解对应流场条件下的离散Poisson方程,实现基于流场求解风压场。然后将求得的压力场数据与同步的风洞测压实验数据进行对比验证,确认了压力场的准确性。最后,将PIV实验所得的流场数据全部转化为压力数据,并在各个可视化平面对比分析其平均风压分布情况。对比分析柔性屋盖与刚性屋盖沿横风向与顺风向的风荷载发展规律,并研究开敞相对于封闭条件对于柔性屋盖和刚性屋盖的影响。
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 平屋盖的流场特性
1.2.2 大跨度平屋盖风荷载特性
1.2.3 柔性平屋盖结构风荷载特性
1.3 本文主要工作
2 实验装置及粒子成像测速技术
2.1 实验装置介绍
2.2 粒子成像测速技术
2.2.1 测量原理
2.2.2 PIV实验装置
2.3 PIV算法
2.3.1 互相关理论
2.3.2 PIV中的互相关
2.3.3 快速傅里叶变换实现互相关分析
2.4 PIV的应用
2.5 本章小结
3 刚性平屋盖与柔性平屋盖的流场分析
3.1 风洞实验概况及数据处理方法
3.1.1 风洞试验模型
3.1.2 风洞试验风速、样本长度及采样频率
3.1.3 测压管道修正
3.1.4 数据处理方法
3.2 封闭刚性屋盖与封闭柔性屋盖的流场分析
3.2.1 可视化平面划分
3.2.2 0°风向角下封闭刚性与封闭柔性屋盖流场分析
3.2.3 90°风向角下封闭刚性与封闭柔性屋盖流场分析
3.3 开敞刚性屋盖与开敞柔性屋盖流场分析
3.3.1 0°风向角下开敞刚性与开敞柔性屋盖流场分析
3.3.2 90°风向角下开敞刚性与开敞柔性屋盖流场分析
3.4 本章小结
4 刚性平屋盖与柔性平屋盖风压分析
4.1 基于PIV速度场求解压力场
4.1.1 POISSON方程法求解压力场
4.2 实验测量数据对比
4.2.1 刚性测压实验数据
4.2.2 速度场求解风压场数据与测压实验数据对比验证
4.3 封闭刚性屋盖与封闭柔性屋盖表面压力分析
4.3.1 0°风向角下封闭刚性与封闭柔性屋盖表面压力分析
4.3.2 90°风向角下封闭刚性与封闭柔性屋盖表面压力分析
4.4 开敞刚性屋盖与开敞柔性屋盖表面压力分析
4.4.1 0°风向角下开敞刚性与开敞柔性屋盖表面压力分析
4.4.2 90°风向角下开敞刚性与开敞柔性屋盖表面压力分析
4.5 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PIV技术的平屋盖表面分离泡流动结构研究[J]. 孙虎跃,叶继红. 工程力学. 2016(11)
[2]薄膜结构流固耦合的CFD数值模拟研究[J]. 孙晓颖,武岳,陈昭庆. 计算力学学报. 2012(06)
[3]不同风场下大跨平屋盖表面锥形涡诱导的风压特性研究[J]. 董欣,叶继红. 土木工程学报. 2012(10)
[4]开敞式拱形波纹钢屋盖的风压分布及体型系数研究[J]. 贾永新,张勇,李斌. 建筑结构学报. 2010(S2)
[5]四面开敞建筑的屋盖平均风压特征[J]. 全涌,王莹,顾明,倪建公. 中国工程机械学报. 2009(03)
[6]大型机库屋面风荷载特性研究[J]. 顾志福,杨乐天,陈青松,李燕,裴永忠. 北京大学学报(自然科学版). 2008(04)
[7]薄膜结构与空气环境静力耦合作用的试验研究[J]. 杨庆山,王基盛,朱伟亮. 土木工程学报. 2008(05)
[8]单向悬挂屋盖结构的风致气弹耦合效应数值模拟[J]. 武岳,孙晓颖,沈世钊. 计算力学学报. 2007(05)
[9]大跨悬挑平屋盖结构风荷载特性的试验研究[J]. 傅继阳,谢壮宁,倪振华. 土木工程学报. 2003(10)
[10]薄膜结构附加质量的计算方法[J]. 王基盛,杨庆山,武岳,张亮泉. 空间结构. 2003(03)
博士论文
[1]薄膜结构的风振响应分析和风洞试验研究[D]. 王吉民.浙江大学 2001
硕士论文
[1]开敞式大跨平屋盖风荷载特性[D]. 王林杰.北京交通大学 2015
本文编号：3534827
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 平屋盖的流场特性
1.2.2 大跨度平屋盖风荷载特性
1.2.3 柔性平屋盖结构风荷载特性
1.3 本文主要工作
2 实验装置及粒子成像测速技术
2.1 实验装置介绍
2.2 粒子成像测速技术
2.2.1 测量原理
2.2.2 PIV实验装置
2.3 PIV算法
2.3.1 互相关理论
2.3.2 PIV中的互相关
2.3.3 快速傅里叶变换实现互相关分析
2.4 PIV的应用
2.5 本章小结
3 刚性平屋盖与柔性平屋盖的流场分析
3.1 风洞实验概况及数据处理方法
3.1.1 风洞试验模型
3.1.2 风洞试验风速、样本长度及采样频率
3.1.3 测压管道修正
3.1.4 数据处理方法
3.2 封闭刚性屋盖与封闭柔性屋盖的流场分析
3.2.1 可视化平面划分
3.2.2 0°风向角下封闭刚性与封闭柔性屋盖流场分析
3.2.3 90°风向角下封闭刚性与封闭柔性屋盖流场分析
3.3 开敞刚性屋盖与开敞柔性屋盖流场分析
3.3.1 0°风向角下开敞刚性与开敞柔性屋盖流场分析
3.3.2 90°风向角下开敞刚性与开敞柔性屋盖流场分析
3.4 本章小结
4 刚性平屋盖与柔性平屋盖风压分析
4.1 基于PIV速度场求解压力场
4.1.1 POISSON方程法求解压力场
4.2 实验测量数据对比
4.2.1 刚性测压实验数据
4.2.2 速度场求解风压场数据与测压实验数据对比验证
4.3 封闭刚性屋盖与封闭柔性屋盖表面压力分析
4.3.1 0°风向角下封闭刚性与封闭柔性屋盖表面压力分析
4.3.2 90°风向角下封闭刚性与封闭柔性屋盖表面压力分析
4.4 开敞刚性屋盖与开敞柔性屋盖表面压力分析
4.4.1 0°风向角下开敞刚性与开敞柔性屋盖表面压力分析
4.4.2 90°风向角下开敞刚性与开敞柔性屋盖表面压力分析
4.5 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PIV技术的平屋盖表面分离泡流动结构研究[J]. 孙虎跃,叶继红. 工程力学. 2016(11)
[2]薄膜结构流固耦合的CFD数值模拟研究[J]. 孙晓颖,武岳,陈昭庆. 计算力学学报. 2012(06)
[3]不同风场下大跨平屋盖表面锥形涡诱导的风压特性研究[J]. 董欣,叶继红. 土木工程学报. 2012(10)
[4]开敞式拱形波纹钢屋盖的风压分布及体型系数研究[J]. 贾永新,张勇,李斌. 建筑结构学报. 2010(S2)
[5]四面开敞建筑的屋盖平均风压特征[J]. 全涌,王莹,顾明,倪建公. 中国工程机械学报. 2009(03)
[6]大型机库屋面风荷载特性研究[J]. 顾志福,杨乐天,陈青松,李燕,裴永忠. 北京大学学报(自然科学版). 2008(04)
[7]薄膜结构与空气环境静力耦合作用的试验研究[J]. 杨庆山,王基盛,朱伟亮. 土木工程学报. 2008(05)
[8]单向悬挂屋盖结构的风致气弹耦合效应数值模拟[J]. 武岳,孙晓颖,沈世钊. 计算力学学报. 2007(05)
[9]大跨悬挑平屋盖结构风荷载特性的试验研究[J]. 傅继阳,谢壮宁,倪振华. 土木工程学报. 2003(10)
[10]薄膜结构附加质量的计算方法[J]. 王基盛,杨庆山,武岳,张亮泉. 空间结构. 2003(03)
博士论文
[1]薄膜结构的风振响应分析和风洞试验研究[D]. 王吉民.浙江大学 2001
硕士论文
[1]开敞式大跨平屋盖风荷载特性[D]. 王林杰.北京交通大学 2015
本文编号：3534827
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