风与结构耦合作用的理论及数值模拟研究

来源 :同济大学土木工程学院 同济大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wzs
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风与结构的耦合作用是自然界中广泛存在的一种现象,从本质上看,它是两个物理场之间相互作用又相互影响的物理现象。在建筑工程中,大跨屋盖及索、膜等结构,大多质量轻、刚度小,这使得结构对风荷载的敏感性增强,传统的风工程理论已不能满足工程实际的需要,因此建筑结构与风的耦合作用得到了学者们的广泛关注。   风的本质是流体的流动现象,因此文中将风抽象为流体进行研究,同时对流体与结构的耦合作用研究采用弱耦合算法,主要的工作有以下三个方面:   1.提出了弱耦合算法理论框架,这一理论框架是对弱耦合分析过程和方法的总结,它使流体域和固体域各自成熟的求解器能够得到充分的利用。   2.首次提出在流一固耦合问题分析中应用CBS(Characteristic-Based Split)算法求解不可压缩流体,详细论述了CBS算法的基本理论,并基于CBS算法推导了流体力学基本控制方程的有限元离散格式,开发了用于三维层流和湍流问题分析的有限元程序。   3.首次提出将随动有限元法应用到三维流-固耦合问题的分析中,推导了适用于节点具有六个自由度的三角形平板壳单元的随动有限元方程,详细论述了通过随动有限元方程将线性壳单元应用到几何非线性分析的过程。通过将具有面内转动自由度的膜单元与DKT薄板单元组合,成功的构建了节点具有六个自由度适用于几何非线性分析的壳单元;改进了辛科维奇等提出的随动有限元动力分析方法,并将文中推导的新型壳单元用于动力分析,在满足计算精度的前提下,使其公式推导更加简洁,具有更高的效率。   文中的对流-固耦合问题的研究是初步的,更加通用和完善的流-固耦合分析方法和程序有待于进一步研究和发展。
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