《高層建築風致振動耦合效應的數值模擬與試驗研究》是依託哈爾濱工業大學，由徐楓擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高層建築風致振動耦合效應的數值模擬與試驗研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐楓
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
將綜合運用數值模擬、風洞試驗和現場實測方法，基於通用的計算流體動力學（CFD）和有限元商業軟體平台，開展超高層建築物的風荷載及風致流固耦合振動研究。首先，構建以脈動風和大渦模擬（LES）為核心、可並行計算的、高效率的流固耦合計算平台；然後，針對標準高層建築模型的剛性模型進行數值模擬和測壓試驗研究，精確模擬平均和脈動風荷載；然後，採用流固耦合計算平台模擬標準高層建築的氣彈模型在不同折減風速下的位移，同風洞試驗測振結果比較來驗證該數值仿真平台研究流固耦合問題的可行性；最後，選擇經常遭受強/颱風的東南沿海某實際超高層建築，將數值模擬得到結構回響和現場實測結果進行對比分析，給出該仿真平台套用於實際工程的合理化建議。本項目研究成果可為實際工程中超高層建築的舒適性和結構抗風設計提供技術平台，同時可以套用於土木工程其它柔性結構或構件的流固耦合問題，具有重要的學術意義和廣闊的工程套用前景。
結題摘要
在嚴格遵守項目計畫的前提下，課題組針對超高層建築風致耦合振動這一問題，通過現場實測、CFD數值模擬和風洞實驗相結合的研究方法開展了系統、深入研究。目前，已圓滿完成了各項既定研究內容，取得了系列創造性研究成果，並完全滿足項目結題驗收要求。 1、研究CFD數值模擬中湍流來流邊界的實現方法，根據平均風剖面和脈動風速譜，利用線性濾波法中的自回歸（Auto-Regressive, AR）模型來生成人工脈動風，並將生成脈動風進行無散修正（divergence free）以滿足連續性方程，並將修正後的風速用UDF加入到CFD計算的來流入口，通過單圓柱的繞流結果揭示出流場的脈動特性。 2、將實現的脈動風來流邊界套用於實際工程結構，建立具有模擬真實大氣邊界層環境的3D數值風洞技術，基於該數值風洞技術預測超高層建築表面的平均風壓和脈動風壓，並與風洞實驗結果進行比較；達到精確預測超高層建築表面風荷載的目的，為超高層風致振動耦合效應的數值模擬研究奠定基礎。 3、進一步對超高層建築的平均風致流固耦合振動進行數值模擬，並與常態風和颱風作用下該超高層建築的現場實測結果進行對比，重點分析了結構的振動回響和氣動力隨高度和時間的變化規律，通過不同高度處的旋渦脫落分析結構振動對流場的影響。 4、研究了三維柱體結構的脈動風致振動耦合效應，基於ANSYS的Workbench平台實現了風場與柱體結構雙向流固耦合振動的數值模擬，採用LES湍流模型，分析了結構表面風壓分布、流場渦脫模式及結構的振動位移特性；進一步研究了湍流來流對流固耦合作用的影響和耦合效應對結構氣動力特性的影響。 5、以高度在400m量級的超高層建築為研究對象，設計製作了正方形截面氣彈模型並進行了詳細的風洞實驗研究，通過測量得到了不同風向和不同折減風速下結構頂部加速度時程回響和尾流的風速特性，成功地在實驗中再現了橫風向渦激共振這一典型的風致振動耦合現象。
