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《北京交通大学》 2008年
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基于ANSYS的数值风洞模拟初探

郑本有  
【摘要】: 本论文研究的内容为中国京冶工程技术有限公司设计院公司研究项目的一部分——复杂体型结构风荷载的确定。论文主要针对高层及大跨结构周围的流场分布、结构表面压力及流固耦合等问题进行研究。 高层及大跨结构对风荷载是比较敏感的,准确确定结构表面的风压对建筑物的抗风设计有很重要的意义。目前建筑物风荷载的确定主要有现场实测、风洞试验、理论分析和风工程数值模拟等方法,随着计算机硬件技术的迅速提升,数值模拟技术已成为人们研究的热点。但利用数值模拟技术计算在大气边界层中建筑物的风压分布及响应还是有很多的困难。本文主要的研究内容为: (1)选取了CAARC标准模型作为研究对象,对其建立了模拟风洞试验的三维实际尺度的计算模型,使用通用有限元软件ANSYS计算其在大气边界层中的风场分布。计算用的湍流模型是标准k-ε模型。分别建立刚性模型和弹性模型。根据对刚性模型的计算,得到结构表面的风压分布情况,并与同济大学所做的风洞试验结果进行比较。分析表明数值计算结果与风洞试验基本一致。 (2)选取了“高层民用建筑钢结构技术规程”中几种典型体型的高层建筑,采用上述数值模拟的方法,计算了它们的体型系数,并且与规范中的数值进行比较,对工程设计提出建议。 (3)在模拟标准弹性模型时,得到结构的风振系数和体型系数,并与刚性模型的结果进行对比,说明了流固耦合作用对高层及大跨结构有着明显的影响,在设计中应该充分考虑到。 (4)模拟了呼和浩特白塔机场新建航站楼的风场分布,得到了有代表性的几个不同风向角时的风压、风速图。最后将数值计算结果与风洞试验结果进行对比、分析,总结了此结构屋盖的压力分布规律。 由以上研究结果可以看出,用ANSYS软件数值模拟的结果与风洞试验结果吻合良好,得到的结构表面压力分布规律为结构抗风设计及解决计算流体力学问题提供了一定的参考依据。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TU973.2

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