大跨度开合屋盖的风致干扰效应研究

采用计算流体力学(CFD)方法,研究了在不同开合情况下,受单体干扰建筑影响时大跨度开合屋盖结构的风压分布规律及风致干扰效应.首先采用TTU试验数据和风洞试验数据验证了CFD方法的准确性;然后研究了施扰建筑在不同条件下,目标大跨度开合屋盖表面的风压分布规律.研究结果表明:随着干扰建筑物与大跨度开合屋盖间距增大,结构表面的...     

流固耦合问题中基于单元变形的有限元网格更新方法

基于伪实体模型,根据引起单元变形的原因提出了一种网格更新方法.该方法将伪实体单元刚化矩阵中的刚化因数选为单元最大、最小主应变的指数函数,同时提出区分拉力和压力给单元变形带来的不同影响,引入修正因子修正刚化因数,最后得到刚化因数的函数表达式.将该方法应用于典犁的流同耦合问题,结果表明:本方法的正确性和优越性.提出的网格更新方法在防止网格单元极度变形,维持网格整体质量上是非常有效的.     

基于改进的神经网络的大跨度屋盖风压场预测

利用风洞实验测定大跨度屋盖的风压时,由于通常只能通过布置有限测点而获得有限的风压数据,因此采用准确高效的方法预测更多未知点的风压特性具有重要意义。本文在径向基函数神经网络的基础上,结合遗传算法和方差分析对大跨度屋盖的风压场进行了预测。引入整体度量估计作为遗传算法中适应度函数的估计,采用方差分析分解RBF的输出总方差,用求得的均方误差对RBF神经网络模型的权方差进行估计。将本文方法预测得到的大跨度屋盖的风压系数、升力系数等与实验结果和传统RBF方法预测结果进行了对比,并进行了误差统计分析。结果表明:本文方法预测的风压系数与试验结果符合良好,且均方误差小于RBF方法,平均相差约67.21%;在达到同样的收敛精度时,采用本文方法计算所需的时间要比传统RBF模型节省约40%。结合遗传算法和方差分析的RBF神经网络模型是预测大跨度屋盖风压场的有效工具。     

风与柔性结构流固耦合作用的预处理方法研究

针对强耦合方法求解风与柔性结构流固耦合作用时,大量计算资源都耗费在对强耦合方程求解中这一弊端,本文研究了强耦合方程的预处理求解方法。在风与柔性结构流固耦合作用的强耦合整体方程的基础上,将时空离散和线性化后的类似结构方程看成是鞍点问题,首先推导得到了类似结构方程的预处理矩阵;再基于此推导出了强耦合整体方程的预处理矩阵。首先采用预处理方法对经典二维流固耦合问题进行了计算,验证了提出的预处理矩阵的正确性;然后对风与三维膜结构的流固耦合作用进行了分析,评估了所提出预处理方法的相关计算参数。计算结果表明,所提出的预处理方法可使强耦合整体方程的求解在计算精度和计算效率上都得到较大提升,证明本文提出的预处理方法适用于风与柔性结构的流固耦合分析。     

风雪共同作用下大跨度双曲屋盖数值模拟研究

“风致雪漂”运动可能会造成建筑物倒塌,威胁到人身财产安全,因此风雪的共同作用在设计大跨度结构时是不能忽略的。本研究采用欧拉-欧拉方法,基于k-kl-ω湍流模型,选择的大跨度双曲屋盖结构的投影形状有4种,分别为矩形、正方形、椭圆形以及圆形,研究在风雪流共同作用下风向角不同时这4种结构屋盖表面的风致积雪压力系数曲线图和积雪分布系数云图,并进行了对比分析,得到积雪分布规律。结果表明：风致雪漂作用下4种形状屋盖结构表面风致积雪压力系数比单独风作用下的平均压力系数大;4种屋盖结构表面的风致积雪压力系数最大值出现的位置不同;风向角对屋盖表面的风致积雪压力有很大影响,当风向角不同时,屋盖表面压力从大到小的排列顺序依次为矩形、椭圆形、正方形和圆形屋盖。     

大跨度双曲屋盖结构表面风驱雨压力分布研究

强风来临时常常伴有强降雨,雨滴在风荷载的作用下会对结构产生较大的撞击力,并产生了风驱雨作用,加剧了结构所受荷载。但荷载规范中对大跨度屋盖结构的抗风雨设计值尚未给出明确规定。本文采用数值模拟的欧拉-欧拉方法,研究了正方形、矩形、圆形、椭圆形等四种常见大跨度双曲屋盖表面在风驱雨作用下的平均压力分布,并与已有风荷载作用的风洞实验结果进行了对比。研究发现:风雨作用下最不利双曲屋盖投影形状为正方形,其次为矩形;在风雨联合作用下双曲屋盖表面平均压力受到雨压力、风吸力、风压力共同作用,且都是屋盖前端处平均压力系数较大,变化梯度较大。研究得到了不同双曲屋盖风驱雨作用下的平均压力系数及其变化规律,为类似结构的抗风雨设计提供了参考。     

采用力法和遗传算法的结构非线性分析

考虑结构的材料非线性,采用力法、能量原理和遗传算法对结构进行了非线性分析.首先给出了基于力法和能量原理的线性分析问题的方程,推倒了结构的余能,并采用遗传算法使结构的能量达到最小的方法对结构进行分析.在此基础上,考虑结构的材料非线性,利用力法和遗传算法进行分析.最后用该方法对不同桁架结进行了分析,其结果与运用Castigliano方法所得结果一致,证明采用力法和遗传算法对结构进行非线性分析是准确有效的.     

基于小波方法的空间风速场模拟

为克服随时间变化模型基于适应过滤器和窗口估计方法中窗口长度不宜过大,产生的短时时间序列模拟准确性不够高的缺点,应用小波分解方法,结合线性滤波器法的向量过程自回归(AR)模型,给出了模拟空间脉动风场的一种新方法.该方法对于AR模型自回归系数在空间上进行小波扩展,采用最小二乘法来估计AR模型的自回归系数,并给出了该方法模拟空间风速场的实现步骤.将该方法应用于一空间结构的风速场模拟,并给出了模拟结果与目标值的对比,以及与向量过程AR模型模拟结果的对比,结果证实该方法可以减少风速时程分析在频域上的信息损失,对短时时间序列模拟具有较高的准确性,并具有较高的计算效率.     

采用量子粒子群优化算法的风荷载作用下伞形膜结构形态优化设计

为获取具有最优性能的张拉膜结构的形态,基于量子粒子群优化算法,开展伞形膜结构在风荷载作用下的形态优化设计.以矢跨比和脊索拉力作为优化变量,将应变能、应力波动系数和最大支座反力作为优化目标建立多目标优化模型. 通过分配系数法构造适应度函数,并以适应度函数为评价标准进行优化计算;然后,通过与粒子群优化算法优化结果的比较,证明量子粒子群优化算法的有效性和优越性.结果表明:风荷载作用下的最优伞形膜结构形态的脊索拉力、膜预应力和跨度之间的比值系数约为0.77,最优结构矢跨比为0.33~0.41,最优值主要集中在0.35左右.     

大增量有限元法及其在非线性分析中的应用

为克服位移法有限元法在计算效率方面的不足,基于一般逆矩阵理论,采用最优化理论,在不同坐标系内,即整体坐标系和局部坐标系内分阶段求解大增量有限元法控制方程,给出了用大增量有限元法求解单调荷载作用下弹性体系非线性分析的求解步骤。最后以非线性索膜结构为例,用该算法对其进行非线性分析,并将结果与用位移有限元法软件ANSYS得到的结果作比较分析。结果表明：大增量有限元法计算效率高,结果准确,可应用于弹性体系非线性分析中。