单钢管避雷针高柔结构横风向风致响应研究

单钢管避雷针结构横截面为圆形且基频较低，在运营过程中容易发生风振现象，采用双向流固耦合方法对其进行3维数值风洞模拟，探讨7种风速下钢管避雷针结构受力性能及风振响应，并与现行的国家规范条文对比。分析结果表明：在典型风速下避雷针结构两侧所受横风向风压力最大为1.03 kPa,是顺风向风压力的1.72倍，且在不同节段钢管连接处风压力突变现象显著；当风速大于10 m/s时，避雷针结构所受横风向风压大于规范提供的风荷载标准值，两者相差42%,且结构顶端位移相差30.6%;当风速大于20 m/s时，避雷针结构横风向振动频率与避雷针结构高阶自振频率接近，避雷针结构易发生高阶弯曲振动，存在安全隐患。     

大跨度连廊钢结构受风载荷数值模拟

为研究大跨度连廊结构在风载荷作用下的影响,应用ADINA有限元分析软件对大跨度连廊结构进行流体—结构耦合的数值模拟计算不同风速大小、不同风向角作用下分析结构,流场的位移应力.得到结构体沿高度变化的位移,结构表面应力分布及流场应力分布和速度矢量.结果表明:在风载荷作用下,结构位移最大出现在结构中心以下位置.结构表面压应力分布状态与载荷大小无关,结构迎风面压力为正值,背面压力为负.软件的分析有利于更好地认识到流固耦合作用对结构体的影响.     

薄膜结构与风的流固耦合作用

作用在薄膜结构上的风荷载,除与气流本身的特性有关外,还与结构在风荷载作用下的位移、速度、加速度等有关.薄膜结构与风环境之间存在着较强的流固耦合作用,并且这种耦合作用往往对薄膜结构的振动起控制作用.将两者的耦合作用分为静力耦合作用和动力耦合作用,并主要针对静力耦合作用所涉及的几个因素运用解析公式的说明方法进行了初步分析总结,为进一步的风致动力响应研究和风洞试验研究奠定了理论基础.     

运动雷暴冲击风下输电线风载计算参数

基于雷暴冲击风场风速剖面的经验函数,结合矢量合成法和谐波叠加法,构建了风场参数可变的瞬时运动雷暴冲击风场的计算方法.运动雷暴冲击风为短时强风,采用10 min平均风速无法准确地反映风场的时变特征,因而提出了平均时距较短的3 s阵风风速来表达冲击风场的设计风速.从输电线风载计算参数的实际表征意义出发,对10 m高度的3 s阵风风速、风压高度变化系数、风压不均匀系数、风荷载调整系数与冲击风风场参数的对应关系开展了全面的研究.结果表明,冲击风射流直径对风高系数的影响较大,风压不均匀系数和风荷载调整系数则主要受线路所在高度的湍流度支配,其中前者还与线路的档距有关.在此基础上,采用最小二乘法对风高系数和风压不均匀系数的经验公式进行拟合,给出风荷载调整系数的推荐取值,得到了基于3 s阵风风速的输电导线风荷载的完整表达式,并与中、美规范中常规边界层风场和冲击风场下的输电线风荷载进行对比,结果显示,近地面范围内,前者的计算值要高于后者.     

熔盐集热塔风致响应研究

为研究熔盐集热塔风荷载作用下的结构响应，基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)技术建立了熔盐集热塔结构数值风洞，开展了单向和双向流固耦合分析。通过风场计算域尺寸、湍流模型及初始风速条件的合理设置，获得了风场速度、风场压力和集热塔响应分布规律。集热塔在风荷载作用下以第一振型为主。集热塔位移、速度和加速度前期变化幅度较大，后期呈现稳定衰减趋势。顺风向基底剪力是结构总剪力的主导部分。分析结果可以为集热塔的设计和相关研究提供依据。     

大长宽比平单轴光伏板风荷载试验研究

针对大长宽比的平单轴光伏板风荷载特性展开风洞试验研究，分别考虑了单体和阵列布置形式、0°至60°下7种光伏板倾角和7个来流风向，分析了光伏板的最不利来流风向、单体模型和阵列模型的风荷载分布，讨论了阵列布置时风荷载的干扰效应，与四个国家或地区的抗风规范进行了对比并给出了分区体型系数建议值. 研究发现：0°与180°为光伏面板阻力和倾覆弯矩的最不利风向；局部体型系数的分布及大小、绕转轴的弯矩系数和整体体型系数受到光伏板倾角及来流风向的影响. 对于绕转轴倾覆弯矩系数，小倾角的平单轴光伏板相对于大倾角的平单轴光伏板数值更大，对于光伏面板阻力，大倾角的平单轴相对于小倾角的平单轴光伏板更不利. 局部体型系数分布沿来流风方向呈现梯度变化，气流分离导致迎风拐角位置处的局部风荷载发生剧烈变化且出现极大值.     

稳态冲击风作用下高层建筑风荷载特性试验研究

雷暴冲击风风场与大气边界层风场差异较大.为研究雷暴冲击风作用下高层建筑风荷载特性,采用静止型冲击射流装置模拟稳态雷暴冲击风风场,进行高层建筑刚性模型测压试验,讨论了不同径向位置处高层建筑局部和整体风荷载时域和频域特性.结果表明:建筑表面平均风压最大值出现的位置与径向风速峰值一致.同时,迎风面风压最大值出现在底部,明显不同于大气边界层风场中最大值靠近顶部位置的风压分布特性;径向层风荷载均值最大值出现在建筑中部,横风向和扭转向层风荷载均值为0.径向和横风向层风荷载谱沿高度不变,而扭转向层风荷载谱沿高度变化明显.     

考虑风浪流作用下的深水桥墩动力响应分析

考虑到跨江跨海大桥桥墩经常受到的是风浪流的共同耦合作用,在进行江海的深水桥墩结构设计时,除了波浪荷载作用之外,还需考虑风浪流环境荷载的影响是必不可少的。基于此,本文在流固耦合研究成果和流体理论基础上,考虑附加质量和流固耦合效应的同时,运用ANSYS有限元软件的流固耦合模块计算深水桥墩在流速及风荷载影响下的响应,并利用数值编程工具MATLB对不同工况下的桥墩响应结果进行分析比较。结果表明:当激励荷载为风浪流时,输入风、浪及流的频谱特性以及风、流的速度都将对深水桥墩结构的动力响应产生不同程度的影响。因此在深水桥墩结构设计时,应该针对待建桥梁所处的地理水文条件,合理的选择环境荷载进行设计计算,以提高结构的安全度。     

基于便携式高频地波雷达风场的反演

针对天线口径小、便携式雷达系统具有很宽的波束,大大增加了远距离处海面风和浪参数反演难度的问题,导出了有效浪高与风速之间的经验关系,结合改进后的风向反演算法,即可实现海面风场的获取,而不需要任何先验信息实现远距离风速的反演.风场中同时包含了风速和风向信息,为了验证风场的可靠性,将多个浮标的数据与风场数据进行比对.结果表明:风速比对的相关系数均在0.85以上,均方根误差约为3 m/s;在限定风速大于5 m/s时,风向比对的均方根误差会低于20°.风速与风向的比对结果验证了风场的可靠性.     

铝合金塔架抗风优化研究

运用ANSYS有限元软件对风荷载作用下不同工况的铝合金塔架结构的受力性能进行了分析,并对塔架结构进行了优化.结果表明:风向角对铝合金塔架结构受力性能影响较大,0°风向角下,采用固接或铰接方式时,塔架结构所受应力均较小;45°风向角下,采用固接方式,塔架结构所受应力较大,导致结构破坏,采用铰接方式,塔架结构所受应力明显变小,可以满足设计要求.     

考虑流固耦合的变截面圆柱壳钢塔风振分析

为了明确变截面圆柱壳钢塔的风振响应规律,基于流固耦合理论建立有限元计算模型,采用自回归模型(autoregressive model, AR)法对不同重现期基本风压对应的脉动风速进行了模拟,成功利用数值风洞方法计算了变截面圆柱壳钢塔在脉动风作用下的动力响应,并通过现场风振监测对数值结果的可靠性进行了验证。结果表明：在脉动风作用下,位移响应幅值沿着高度方向逐渐增大,风速越大,结构的位移响应越大,其中50年与100年重现期风速作用下结构响应差别较小,总体上没有超过结构的位移限值。应力沿高度方向逐渐减小,且在变截面位置存在应力突变的现象。风速越大,应力越大,沿着高度方向应力的差别越来越小,其中50年与100年重现期风速作用下超过脱硫塔在工作温度下的材料许用应力值(113 MPa)。因此,对于该类钢塔的抗风性能评估,底部和变截面处以应力控制为主,顶部以位移控制为主。     

风电机组叶片流固耦合的数值模拟方法

 以某5 MW 风电机组叶片模型为对象,研究一种适用于风电机组叶片流固耦合数值模拟的风轮旋转模拟方法。以风切变形式模拟风轮旋转及来流风速的综合效应,对叶片各截面翼型的扭角进行修正,建立风电机组叶片的风轮旋转模拟模型,利用有限元法模拟风电机组叶片的风洞流场实验,仿真模拟旋转效应下风电机组叶片的周围气压、绕流分布、表面压力及结构位移,并进行数据交叉迭代求解,得到风电机组叶片的流固耦合结果。与额定风速均匀来流条件下的初始模型计算结果和文献实验结果进行对比分析,验证了风轮旋转模拟方法的可行性。     

旋转作用下水平轴风力机气动性能分析

为研究水平轴风力机在大气边界层近地面非定常来流作用下气动耦合特性,建立基于剪切应力传输(SST)湍流模型的计算流体力学(CFD)模型和静力结构模型。为模拟风轮在近地面的气动状态,通过单向流固耦合方法对流场均匀入流风速和旋转效应作用下不同工况进行数值耦合计算,求解风力机流场中的速度场、压力场、结构响应状态以及输出功率,分析对比流场不同方向风力机周围速度变化、表面压力分布、结构应力应变规律、整体变形情况和功率变化。结果表明：在均匀来流和旋转共同作用下,流速和压力主要沿风轮径向变化,沿叶片展向至叶尖速度逐渐增大；整机结构附近有明显的气流扰动变化；停机工况和旋转工况(考虑旋转效应)塔影效应干扰下叶片变形在上下风区波动较大；入流风速大小对风力机输出功率有显著影响。     

瀑布沟水电站充水保压蜗壳结构模型试验

为了研究瀑布沟水电站充水保压蜗壳结构在设计内水压力反复作用及超载作用下的结构应力变形规律和超载能力,采用几何比尺为1：10的整体结构模型,对该水电站充水保压蜗壳结构进行了试验研究．结果表明,瀑布沟水电站采用充水保压蜗壳结构型式,在设计荷载2．45MPa内水压力的反复作用下,外围混凝土不会开裂,机墩变形较小;在7．0MPa的超载作用下,结构依然具有较好的整体性,具有较高的超载安全度试验结果还表明,充水保压措施有利于发挥铜蜗壳的承栽能力,有利于降低蜗壳外围混凝土的应力水平,减小机墩变形     

矩形渡槽流固耦合体系风致的动力性能

以排架矩形渡槽为研究对象,建立三维渡槽水流固耦合计算模型,通过自回归滑动平均(ARMA)模型模拟脉动风,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体的耦合相互作用问题,针对不同水深工况、不同渡槽截面高宽比,计算分析渡槽流固耦合体系在风荷载随机动力作用下的横向位移、倾覆力矩及动水压力.研究结果表明:不同高宽比的渡槽随着槽内水深的变化,其流固耦合体系风致动力性能的变化规律性相近;在等流量水深工况下,截面高宽比的变化对渡槽结构的振动和稳定性有显著影响,在渡槽抗风设计中应予以重视.     

营口雾霾的地面形势和风速特征

利用2005~2012年辽宁省营口市的能见度、相对湿度、降水、地面形势场资料,对雾霾天气时的地面形势和风速进行了统计分析。结果表明:雾霾发生时地面形势分为倒槽型、锋面气旋型、地形槽型、冷高压前部型、低压内部型、鞍型场型、均压场型和高压内部型8种类型。雾霾天气在高压内部型、鞍型场型、冷高压前部型和均压场型出现频率较高,分别占26.3%、17.6%、12.9%和12.5%。在高压内部、地面倒槽和冷高压前部容易出现雾;而轻雾易出现在鞍型场、高压内部和均压场;霾出现在高压内部型、鞍型场型、冷高压前部型和锋面气旋型的概率较高。雾霾时风速都较小,冷高压前部型、高压内部型、均压场型和倒槽型的雾霾易在风速小(0~4 m/s)的情况下形成和维持;鞍型场型和低压内部型的雾霾易在风速较小(1~5 m/s)的情况下形成和维持;锋面气旋型雾霾易在风速适中(2~6 m/s)的情况下形成和维持。     

碟式太阳能聚光器气动特性和最大风压分布仿真分析

针对碟式太阳能聚光器最佳避风姿势问题,采用流体控制方程建立了碟式太阳能聚光器流场模型,并将计算得到的流场流速和压力再加载耦合到碟式太阳能聚光器前后表面,对碟式太阳能聚光器气动特性和风压分布进行仿真分析.结果表明:1风速对碟式太阳能聚光器表面中心区域最大风压影响很大,应适当提高碟式太阳能聚光器中心处的强度和刚度;2碟式太阳能聚光器的升力、阻力、侧向力和最大表面风压随风速增加而增加,且最大表面风压增加幅度尤显明显,但是风力系数随风速变化甚微;3不考虑流固耦合作用时碟式太阳能聚光器的升力系数、阻力系数、侧向力系数和最大表面风压的计算值存在较大的误差,在之后的计算中,应考虑流固耦合作用;4碟式太阳能聚光器表面最大风压随高度角和方位角的变化复杂,高度角为0°、方位角为45°姿势时达到最大.     

风洞结构对试验段静压系数和静压梯度的影响

静压系数和静压梯度是评估汽车风洞试验段流场品质的重要参数.以数值仿真为主,风洞试验为辅的方法研究了风洞结构对试验段静压系数和静压梯度的影响.通过研究发现,使用包含2个拐角的计算模型进行静压系数和静压梯度仿真,可以得到真实的结果.无论是大喷口还是小喷口,收集口高度为270mm时,对应试验段静压系数和静压梯度最平缓,试验段可用长度最长,对试验测量影响最小.对于大喷口,随着收集口高度降低,收集口处静压系数和静压梯度不断下降;当收集口高度为240mm时,靠近收集口处的静压系数和静压梯度变为负值.对于小喷口,收集口面积远大于喷口面积,气流到达收集口的速度有所减少,当地静压系数和静压梯度均为正值.     

Numerical Simulation of the Slit-Trap Dam Based on Fluid-Structure Interaction

Debris flow can cause serious damage,and it is a part of the study of fluid-structure interaction(FSI).FSI analysis was established on the interaction between unsteady flow and the slit-trap dam's vibration,with a coupling bench which can transfer fluid pressure and structure displacement.Debris flow can be seen as the Bingham body of incompressible.Based on ANSYS and CFX softwares,unidirectional and bidirectional coupling methods were used to study the transient interaction between debris flow and dam.The comparison between lateral fluid pressure states under different velocities and the equivalent stresses of the dam under different coupling conditions was made.The result shows that fluid-structure coupling becomes stronger with the increase of flow velocity.The maximum equivalent stress appears at the dam foundation,while the minimum equivalent stress appears at the dam abutment.With the increase of height,the fluid pressure decreases.The fluid pressure based on unidirectional FSI analysis is larger than that based on bidirectional FSI analysis and the maximum appears on the joint of the dam foundation and channel.The maximum equivalent stress of the dam based on the former is less than that based on the latter.