大跨屋盖的模型修正、风压模拟及抗风优化设计

发布时间：2017-03-28 08:15

  本文关键词：大跨屋盖的模型修正、风压模拟及抗风优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着结构分析理论及施工技术的发展，各类形式新颖的现代大跨屋盖结构在城市中大量涌现。大跨度屋盖结构一般都阻尼小、质量轻、柔性大，因此，在结构分析和设计时，风荷载是大跨度屋盖结构的控制荷载。原型实测、风洞试验和数值模拟是当前风工程领域的主要研究方法。本文以现代大跨屋盖结构为例，基于以上几种方法，对大跨屋盖结构的有限元模型修正、数值模拟和抗风优化方法展开研究，主要内容包括： 1、基于原型实测获得的模态数据，应用数学规划方法—复形法对广州国际体育演艺中心的屋盖结构进行有限元模型修正研究，并与ANSYS一阶算法、改进BP神经网络算法和粒子群算法的修正结果进行对比分析，表明修正后有限元模型的模态频率与实测数据更加吻合，可为结构在风荷载下动力优化提供基准模型，且复形法的修正效果较好。 2、基于Reynolds时均N-S方程和SST模型，对一低层双坡门式刚架结构在不同风向角下的表面风压及周围风场进行CFD(Computational Fluid Mechanics)数值模拟，给出该门式刚架结构表面的风压系数，并将模拟结果与风洞试验结果进行比较。根据数值模拟结果，对门式刚架结构各表面的风压分布特性进行分析和归纳。 3、基于风洞试验，以结构最不利风荷载作为主要环境荷载，以结构杆件截面尺寸为设计变量，以结构构件强度要求为约束条件，以结构构件体积为优化目标，建立大跨屋盖结构动力优化数学模型。分别采用等效风荷载法、时程分析法、复形法对广州国际会展中心E区屋盖结构进行结构抗风优化研究,并对优化前后结构的动力特性进行对比分析。研究结果表明，进行抗风优化设计可减少结构总用钢量，使材料性能得到合理利用，，构件的内力状态得到较好协调，从而减小了结构挠度。
【关键词】：大跨屋盖结构 有限元模型修正 CFD数值模拟 抗风优化
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU312.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• Content10-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 大跨屋盖结构及其抗风研究13-17
• 1.1.1 大跨屋盖结构的发展13-15
• 1.1.2 大跨屋盖结构的抗风研究方法15-17
• 1.2 大跨屋盖结构的有限元模型修正17
• 1.3 大跨屋盖结构表面风压的数值模拟17-18
• 1.4 大跨屋盖结构的抗风优化设计18-19
• 1.5 目前研究存在的问题和本文研究内容19-21
• 1.5.1 已有研究存在的问题19
• 1.5.2 本文研究内容19-21
• 第2章 大跨屋盖结构的有限元模型修正21-45
• 2.1 有限元模型修正理论21-26
• 2.1.1 待修正参数21-22
• 2.1.2 目标函数22-24
• 2.1.3 有限元模型修正方法24-26
• 2.1.4 优化结果判别26
• 2.2 基于复形法的有限元模型修正研究26-37
• 2.2.1 广州国际体育演艺中心简介26-30
• 2.2.2 动力测试及结果分析30-32
• 2.2.3 有限元模型修正32-35
• 2.2.4 复形法修正结果35-37
• 2.3 基于其他方法的模型修正37-41
• 2.3.1 ANSYS优化算法37-38
• 2.3.2 BP神经网络方法38-40
• 2.3.3 粒子群算法（PSO）40-41
• 2.4 与复形法的比较41-42
• 2.5 本章小结42-45
• 第3章 大跨屋盖结构表面风压的数值模拟45-67
• 3.1 CFD数值模拟的基本理论45-48
• 3.1.1 湍流数值模拟方法45-47
• 3.1.2 湍流模型47-48
• 3.1.3 近壁面处理及边界条件48
• 3.2 门式刚架结构表面风压的数值模拟48-62
• 3.2.1 结构简介48-51
• 3.2.2 风压模拟过程51-52
• 3.2.3 墙面的风压分布特性52-59
• 3.2.4 屋盖的风压分布特性59-62
• 3.3 平均风压模拟的影响因素分析62-65
• 3.3.1 湍流模型的影响63-64
• 3.3.2 网格划分的影响64-65
• 3.4 本章小结65-67
• 第4章 大跨屋盖结构的抗风优化设计67-101
• 4.1 结构优化设计理论67-71
• 4.1.1 结构优化设计的分类67
• 4.1.2 结构优化设计数学模型67-69
• 4.1.3 结构优化设计方法69-70
• 4.1.4 ANSYS优化设计方法70-71
• 4.2 工程背景71-79
• 4.2.1 广州国际会展中心E区屋盖结构简介71-73
• 4.2.2 最不利风向角73-76
• 4.2.3 有限元模型76-78
• 4.2.4 优化数学模型78-79
• 4.2.5 非定常风荷载构造79
• 4.3 基于等效风荷载的抗风优化79-84
• 4.3.1 等效风荷载法优化过程80-81
• 4.3.2 优化结果及讨论81-84
• 4.4 基于时程分析的抗风优化84-94
• 4.4.1 风振响应时程分析84-86
• 4.4.2 时程分析法抗风优化过程86-88
• 4.4.3 优化结果及讨论88-94
• 4.5 基于复形法的抗风优化94-97
• 4.5.1 复形法优化过程94-95
• 4.5.2 优化结果及讨论95-97
• 4.6 几种优化方法的比较97-98
• 4.7 本章小结98-101
• 第5章 总结与展望101-103
• 5.1 本文的主要结论101-102
• 5.2 未来研究工作的展望102-103
• 参考文献103-109
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研服务项目109-111
• 致谢111

【参考文献】

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本文编号：271940