基于计算流体力学的体育馆风驱雨环境数值模拟分析

实际大气边界层近地面风驱雨效应会影响开敞体育场建筑外立面挡雨设计和观众看台舒适性,在方案设计阶段应用计算流体力学技术可以为该类建筑挡雨设计提供分析支撑。采用欧拉-欧拉多相流计算模型,针对实际开敞大跨悬挑体育场馆建筑开展了风雨环境三维数值模拟分析,重点研究了不同等级风力和主导风向对悬挑屋盖建筑外立面风驱雨强度特征影响,分析了不同粒径雨滴风驱雨作用下观众看台区域的等效覆雨面积指标。研究表明,考虑风驱雨作用后体育场馆看台区域的雨滴捕获率可达到1.2,超过仅考虑垂直降雨的雨滴捕获率;风向和风力等级对体育场馆观众看台的风驱雨强度分布规律影响较大,而降雨强度对观众看台位置的单位降雨量雨滴捕获率影响较小;建议在方案设计阶段通过风驱雨数值分析方法评估主导风向风速下建筑风驱雨强度,同时评估最不利风向的建筑遭受的整体单位时间降水量。研究可为同类型体育场馆建筑抗风雨设计提供相关技术参考。     

左旋聚乳酸纳米纤维膜的热处理研究

研究了热牵伸和热定型处理对静电纺丝左旋聚乳酸平行纳米纤维膜力学性能和微观结构的影响。拉伸试验表明,在100 ℃热空气条件下,沿纤维排列方向上牵伸300%、热定型10 min的纤维膜力学性能最佳,其抗拉强度和模量分别达到103 MPa和1.83 GPa。扫描及透射电子显微镜观察显示,经热牵伸后,纤维的直径随牵伸率的增加而减小,其致密及平行程度相应提高,纤维内部转变为垂直于纤维轴且平行排列的片晶结构。差示扫描量热分析结果表明,纤维膜的结晶度随牵伸率的增加而增大,随热定型时间先增加后减小。广角X射线衍射和小角X射线散射分析可知,纤维膜经热处理后的结晶为α型,其微晶尺寸及晶面间距均随牵伸率的增加而减小,随热定型时间先增加后减小,而纤维内部的针状微缺陷随着牵伸率的增加而变得更加狭长有序,使得纤维膜的力学性能得以提高。     

基于LBM的城市建筑群系统洪水灾害模拟

极端气候变化背景下,东南沿海地区遭受的潜在洪水灾害风险不容忽视。基于格子玻尔兹曼计算流体力学方法,针对沿海城市建筑群系统开展了海啸冲击情景下内涝过程三维仿真研究,对理想建筑群洪水冲击实验开展了数值模拟方法可靠性和准确性验证。研究结果表明：沿河道、海岸线布置的建筑群的遮掩效应明显,城市内部建筑群受洪水的影响较小;建筑的布置方向和间距分布对洪水路径影响明显。开展的大尺度洪水情景下城市建筑群小尺度模拟分析方法,解决了二维模型不能计算复杂流场、地形、湍流等问题,克服了建筑群三维网格划分困难,为当前基于城市信息模型的洪水灾害应急管理和城市建筑规划提供技术参考。     

新型明胶纳米纤维毡的制备及其细胞培养

以水为溶剂通过静电纺丝法制备出了新型明胶纳米纤维。结果表明，当明胶的质量分数为33%和体系温度为40℃时，所得明胶纳米纤维毡具有均匀多孔的微观形貌，纤维直径分布在120～210nm。用质量分数为1.5%的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺（EDC）/N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）的乙醇/水溶液对纤维毡进行交联，所得明胶纳米纤维毡中纤维的形态得到较好的保持，且其焓值降低，耐热性和力学性能均有所提高。将制备的明胶纳米纤维毡进行牙周基质细胞（PDLCs）培养实验，初步的结果表明PDLCs能够在该纳米纤维毡上粘附、伸展和繁殖。     

体育场馆膜建筑平均风压数值模拟及验证分析

为评估沿海某体育场大跨张拉膜建筑的外形合理性,将参数化建筑设计与开源计算流体力学方法结合,开发了针对稳态大气边界层建筑数值风洞的批量计算模块,能够自动建立考虑周围建筑和地形的计算网格模型,快速评估复杂膜建筑的平均风压分布规律。定量分析了底部看台、周围地形和建筑群对膜表面净风压分布规律的干扰以及不同张拉膜形体参数对建筑风荷载影响。结果表明：膜表面平均风压数值计算结果与风洞试验吻合一致;体育场馆底部观众看台会改变膜表面净风压整体分布规律,明显增加负风压;通过局部调整张拉膜形体参数,可以大幅度减少局部风压最大值和整体风荷载。本研究可为类似膜建筑外形设计提供参考,建议在评估膜外形方案合理性时考虑底部看台和周围建筑影响,采用风洞试验和计算流体力学方法确定风荷载。     

横观各向同性层合板理论编程实现与验证

板式构件因自身特殊的几何形状,进行结构分析时,通常采用比实体单元效率更高的板（壳）单元。文章基于MATLAB编程,对刨花板材料构成的板式结构进行了有限元数值分析与静力荷载试验。首先,将横观各向同性材料本构方程应用于板式构件,得到了以刨花板为代表的三层结构复合材料层合板的力学性能本构关系。随之,介绍了基于Kirchhoff薄板及Mindlin-Reissner中厚板理论的DKT、DKQ、DST、DSQ板有限单元的构造方法,并验证了各个板单元有限元数值解与理论精确解的收敛性能;通过将板构件在空间内组装,说明了材料参数及节点自由度在单元局部坐标系与空间整体坐标系间的转换方法。最后,通过对比板结构静力试验测量值与有限元模型数值解,分析了不同板单元对有限元计算结果的影响。