膜结构加工厂对大跨度膜结构风压的模拟技术

　　膜结构加工厂生产的大跨度膜结构是一种新型的大跨屋盖结构,具有自重轻、自振频率低而密集等特点,设计时,外荷载和自重之比通常比传统结构大很多倍,荷载的微小变化可能对结构的变形产生很大的影响。因此,对于作用在膜结构上的荷载大小及其分布需要仔细考虑,格外是风荷载这样的低频动荷载。

　　但是,由于其复杂的曲面外形,导致从现有国内外规范中通常不能得到所需的风荷载值。所以,如何确认大跨度膜屋盖结构的风压分布,以便进一步研究风对结构的作用显得越来越重要。

　　目前,膜结构加工厂确认大跨度复杂体型膜结构平均风荷载分布的方法主要有两类:风洞试验和计算流体动力学(CFD)数值模拟技术。

　　风洞试验技术已经比较成熟,但大多数风洞试验采用刚性模型,即不考虑由于膜面变形引起的风压重分布,对变形敏感的膜结构来说,刚性模型试验不是较适合的,却是目前唯一有价值的方法。因为虽然采用气弹动力模型越加适合模拟真实结构的反应,然而这种试验涉及到大量的相似参数和复杂的观测技术,模型通常难于加工,而且不能得出一致结论,国内外在这方面还处于研究阶段。

　　由于风洞试验耗时较长,往往不能在结构细部设计之前提供所需结果,如果风洞试验前估算的风荷载过于危险或者过于保守,都会对结构的设计产生负面影响。而且设计阶段结构的形状经常会发生变化,风洞试验模型应尽量与终端设计方案吻合,这对工程设计提出了较大的挑战。因此,CFD技术在风工程中的应用为风荷载研究提供了一个新的研究手段,其具有设计周期短、成本低、较精确预测设计阶段风荷载等突出优势,有着相当广阔的发展前景。

　　膜结构加工厂人CFD模拟方法风荷载数值模拟方法的理论核心是计算流体动力学(CFD),它是以风流动的连续方程和N-S方程为基本方程,对方程进行离散化处理,用数值方法获得风场的离散解。大量研究表明,对于建筑结构这类钝体结构绕流场问题,如果采用标准的k-紊流模型求解N-S方程,模拟效果较差。而大涡模拟对网格要求较高,计算量较大。所以,本文基于Reynolds时均N-S方程,采用剪切应力输送(SST)k-模型进行数值风洞模拟,利用有限体积法和SIMPLE压力校正算法来实现非线性离散化方程的解耦和迭代求解。