【摘 要】
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大跨柔性屋盖被广泛应用于国内外的体育场馆、机场航站楼、会展中心等大型建筑中,以膜结构为典型代表,具有自重轻、刚度小的特点。正是由于这种特点,在风的作用下,其会产生大振幅的振动位移变形,使得其变形会同时对流场产生影响,产生非定常气动效应,多个屋盖失稳破坏案例表明,非定常气动效应是造成大跨柔性屋盖失稳破坏的主要原因。然而,现有大跨屋盖设计方法中,屋面设计风荷载均是通过刚性模型风洞试验确定,未考虑对屋盖
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大跨柔性屋盖被广泛应用于国内外的体育场馆、机场航站楼、会展中心等大型建筑中,以膜结构为典型代表,具有自重轻、刚度小的特点。正是由于这种特点,在风的作用下,其会产生大振幅的振动位移变形,使得其变形会同时对流场产生影响,产生非定常气动效应,多个屋盖失稳破坏案例表明,非定常气动效应是造成大跨柔性屋盖失稳破坏的主要原因。然而,现有大跨屋盖设计方法中,屋面设计风荷载均是通过刚性模型风洞试验确定,未考虑对屋盖的非定常气动效应影响。目前对于屋盖非定常气动效应的研究较为缺乏,屋盖非定常气动机理仍不明确,因此,对大跨柔性屋盖的非定常气动特性进行深入研究以改善其抗风设计显得尤为迫切。本文基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamic,.CFD）数值模拟方法开展了大跨柔性屋盖的非定常气动特性研究,以大跨柔性平屋盖为研究对象,主要工作包括以下三个方面:（1）定性解释大跨柔性屋盖非定常气动机理。基于强迫振动理论开展定常以及非定常气动屋盖的CFD数值模拟,在结合已有实验验证了数值模拟准确性的基础上,通过分析屋盖的非定常气动参数特征、流场-结构振动相关性以及结构振动对流场的影响,定性分析大跨柔性屋盖非定常气动的特征以及机理。（2）量化特征湍流、屋盖振动以及来流湍流之间相互作用影响,明确相互作用机制。基于时空相干（Space-time characteristics）分析方法,将流场及风压中的自激成分、特征湍流成分及来流湍流成分区分开来,实现屋盖绕流场-风压场时空相干特性分析,从模态能量的角度量化分析非定常气动特征,进一步明确流场-结构相互作用机制。并且同时采用了本征正交分解（Proper Orthogonal Decomposition,POD）、动力模态分解（Dynamic Mode Decomposition,DMD）两种模态分解方法进行分析,且对比了两种方法对于大跨度屋盖非定常气动问题的适用性。（3）研究不同来流湍流度下屋盖非定常气动特征。通过分析不同来流湍流度条件下大跨平屋盖的风压、非定常气动参数以及绕流场特征,研究来流湍流度对于屋盖的非定常气动特性的影响,并且通过分析屋盖上方旋涡对流速度对不同湍流度情况下屋盖发生非定常不稳定振动的临界风速进行了预测。
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