目前国内学者对建筑结构流体—结构耦合作用的风致动力响应分析没有形 成—套完整系统的理论体系，国内计算风工程(CWE)领域也没有一套具有自主 知识产权的计算流体动力学(CFD)软件。国外的CFD软件(如CFX，FLUENT， ADINA等)已相对成熟，但是从目前有关文献和软件的相关资料中无法找到这些 软件相应的系统的、详细的计算理论和方法。本文基于ADINA软件的思想探索 性地建立了流体—结构耦合作用的计算理论框架，针对张拉膜结构流体—结构 耦合作用(Fluid—Structures Interaction)风致动力响应分析的实际情况，详细推 导了流体和结构以及流体—结构耦合作用求解所涉及到的控制方程和相应的有 限元公式以及相应的算法，首次提出了使用ADINA软件进行张拉膜结构流体— 结构耦合作用风致动力响应的分析方法。 本文采用Lagrangian方法来描述结构动力学控制方程，且假定膜结构材料 为线弹性各向异性材料，所考虑的结构变形为大位移小应变的几何非线性问题。 假定流体为粘性不可压缩流体(气体)，而采用ALE方法来描述流体流动的动力学 控制方程,所采用的湍流模型为标准的K-ε湍流模型。 根据Galerkin虚速度原理推导了粘性不可压缩流体流动控制方程的有限元 公式，采用基于流动条件插值(FCBI)的三维单元的稳定有限元求解技术，来 避免数值计算的不稳定性。根据Galerkin虚位移原理推导了几何非线性结构基 于全Lagrangian方法的有限元公式。本质上，对于流体和结构问题的有限元方 程求解的时间积分都采用TR—BDF法，该方法具有二阶精度。结构线性方程组 使用稀疏矩阵求解器求解，而流体线性方程组使用右预条件广义最小残差方法 (RPGMRES)进行求解。 基于ALE坐标下流体的控制方程和Lagrangian坐标下结构的控制方程， 提出用于几何非线性膜结构流体—结构耦合作用计算的有限元公式，流体是不 可压缩粘性流体，流动可以是湍流也可以是层流。根据流体流动的ALE描述， 提出流体网格更新的策略，采用伪结构法进行运动网格处理。同时提出了流体 和结构界面网格间的协调性和信息传递的映射策略及FSI耦合系统的求解算法， 离散以后的耦合方程采用分区域迭代方法进行求解。在界面处交换流体和结构 应力、速度和位移信息。对应于结构和流体的线性方程组的求解分别采用稀疏 矩阵求解器和右预条件广义最小残差方法(RPGMRES)进行求解。 斜置平面膜结构和水平放置带垂度的条形膜结构的流体—结构耦合作用风 致动力响应数值模拟计算结果与风洞试验结果的对比表明，数值模拟方法能够 有效地计算出结构的风振系数，且能模拟出水平放置带垂度的条形膜的风致动 力响应特性的实际情况，这可为将来相关抗风方面的数值模拟计算提供对比和 依据。本文还对简单张拉平面膜结构和鞍形膜结构进行了数值计算。分析了结 构在不同风速下的风致动力响应，得出了结构的风振系数和体形系数，可供工 程设计人员参考使用。最后对本文的研究工作进行了总结和展望。 关键词：张拉膜结构，k-ε湍流模型，不可压缩粘性流体N-S方程，流体—结 构耦合作用，风致动力响应，FCBI单元，网格更新技术，风振系数， 压力体型系数