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本研究基于线性滤波法,结合四个风力等级,通过MATLAB编程,获得空间相关的脉动风速时程,并施加在CFX的风场的入口条件中,实现脉动风场的建立。采用植物分形理论,以山东省东营市人工刺槐林树龄为20年的刺槐(Robinia pseudoacacia)为研究对象,根据刺槐分枝长度、角度等指标,通过Matlab编程获得林木各个枝点空间坐标,并使用ANSYS(APDL)中的参数化快速建立树木力学模型。同时根据木材的正交异弹性特性,为力学模型分枝建立以各个分枝方向为Z轴方向的柱坐标系,并为各分枝定义的9个弹性常量,还原真实刺槐的材料特性。最后通过workbench+cfx软件实现脉动风场与林木有限元模型的双向流固耦合模拟求解。 模拟结果表明,风在树木结构周围的绕流作用导致了风场风速风压、风的运动轨迹的变化,同时验证了在风场入口成功加入具有空间相关性的脉动风速时程。脉动风随机动力特性使得树木模型产生不规则的摆动,由静止开始摆动幅度先达到最大值后逐渐减小;主干、1级分枝、2级分枝摆动位移趋势具有相似性,2级分枝位移最大;随着高度或风力的增加,树木位移变化越来越大。由于树木的横纹抗剪强度与横纹抗拉强度远低于其它极限强度,通过应力分析发现树木模型在10、11级风力下易发生横纹剪切和横纹抗拉破坏,且应力最大位置往往出现在分枝间节点处,这是由于树木节点处形状复杂不规则,横截面积突变,出现应力集中。因此节点处是除树木本身缺陷之外的又一薄弱点,可以适当采取一些的剪枝、节点加固等预防措施。最后通过对流固耦合模拟与实测风场变化数据进行对比,验证了模拟结果中林木对风场的影响基本符合实际情况,通过CFD数值模拟技术研究林木抗风是确实可行的 综上所述,基于CFD技术的林木与脉动风场的双向流固耦合模拟,能够更好地还原真实中树木的受风特性,有助于深入地了解树木受风破坏的机制并预测树木破坏的薄弱点,这将为森林的风灾预防与安全管理提供科学依据。