风荷载下刺槐力学响应研究

发布时间：2023-08-26 00:59

　　随着生态环境的改善,我国林业经济发展的十分迅速,风灾作为主要的自然灾害之一,每年会给林业生产带来巨大的经济损失,同时严重破坏森林生态系统的稳定。因此研究林木在风荷载下的力学响应,并对林木所能承受的极限风速进行预测,对防风林等林业工程建设具有指导性意义。本文以山东省东营市军马五分林场的刺槐(Robinia pseudoacacia)为研究对象,在林场进行风速等实测试验,并挖掘刺槐的根系样本带回试验室埋入重塑土中进行拔出试验以获取模拟所需的根-土界面摩擦系数。基于植物的分形理论,根据刺槐标准木的树高、胸径等信息,利用MATLAB进行各枝点空间坐标的建立,并将坐标导入到ANSYS经典模块中使用命令流完成刺槐模型的快速建模,最后将建立好的刺槐模型导入到workbench中进行风场以及土体模型的建立。流场模拟基于workbench中的Fluent模块进行,利用线性滤波法通过MATLAB编程得到具有空间相关性的脉动风速时程数据,再使用Fluent中的UDF(User Define Function)功能将风速数据读取到风场的入口上实现脉动风场的模拟。最终通过workbench中的瞬态分析模块和Fl...

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究的背景与意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 林木抗风研究
        1.2.2 根系锚固研究
    1.3 研究内容、创新点及技术路线图
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 创新点
        1.3.3 技术路线图
2 材料与方法
    2.1 研究区概况
    2.2 研究材料
        2.2.1 试验仪器
        2.2.2 试验材料
    2.3 研究方法
        2.3.1 野外试验
        2.3.2 室内试验
3 刺槐根-土界面摩擦特性研究
    3.1 单根拔出破坏模式
    3.2 试验数据统计及分析
        3.2.1 试验数据统计
        3.2.2 刺槐根-土壤摩擦锚固性能F-S曲线以及试验过程受力分析
    3.3 影响刺槐根-土界面摩擦力学特性的因素
        3.3.1 单根直径对刺槐根-土摩擦锚固性能影响
        3.3.2 埋深对刺槐根-土摩擦锚固性能影响
        3.3.3 土壤含水率对刺槐根-土摩擦锚固性能影响
    3.4 刺槐根-土界面摩擦系数
        3.4.1 直径对刺槐根-土界面摩擦系数的影响
        3.4.2 埋深对根-土界面摩擦系数的影响
        3.4.3 含水率对根-土界面摩擦系数的影响
    3.5 本章小结
4 FLUENT中脉动风场的实现
    4.1 自然风的特性
        4.1.1 平均风速
        4.1.2 脉动风速
    4.2 基于MATLAB实现线性滤波法模拟脉动风场
        4.2.1 线性滤波法脉动风场计算
        4.2.2 MATLAB生成脉动风速数据
    4.3 脉动风场的建立
    4.4 本章小结
5 风荷载下含根林木的双向流固耦合数值模拟
    5.1 建立刺槐模型
        5.1.1 基于L系统利用MATLAB创建刺槐三维空间坐标
        5.1.2 利用ANSYS对刺槐模型进行快速建模并进行参数设置
    5.2 流固耦合操作过程以及参数设置
    5.3 双向流固耦合模拟分析
        5.3.1 脉动风对刺槐位移的影响
        5.3.2 土壤自然含水率下脉动风对刺槐应力的影响
        5.3.3 不同土壤含水率对刺槐位移及应力的影响
        5.3.4 脉动风对刺槐的破坏位置分析
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
个人简介
导师介绍
获得成果目录
致谢



本文编号：3843638