低矮结构的风压控制及抗风可靠度研究

• 作 者: 马冬
• 出 处: 湖南大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 等离子体 流动控制 风洞实验 数值模拟 槽式聚光镜 可靠度

我国沿海地区经常遭受台风的影响,低矮结构经常因风灾而发生破坏,其抗风问题已经成为风工程领域研究的热点问题。风灾可能导致低矮结构不能完成预定的功能甚至发生破坏,不仅造成巨大的经济损失,还可能对人们的生命造成威胁,因此研究低矮结构抗风可靠度以及减小风灾对低矮结构造成的破坏非常重要。等离子体流动控制技术是是近年来新兴的一种流动控制技术,目前在航空航天领域已经得到了广泛的关注,并取得了很多的研究成果。本文将等离子体流动控制应用于低矮房屋上,通过风洞实验和数值模拟研究了基于等离子体流动控制对平屋顶低矮房屋屋面风压的影响。同时为了能够评价低矮结构抗风的可靠度,本文使用响应面法计算了槽式聚光镜结构的抗风可靠度。首先,制作了可以用于低矮房屋的等离子体激励器,并将其安装在低矮房屋的屋面上,对其进行风洞实验,研究了等离子体激励前后屋面风压系数的变化,结果表明等离子体激励能够对屋面的风压系数产生明显的影响。然后,本文通过将等离子体激励简化为体积力的模型,并将等离子体体积力添加到Fluent软件中模拟了等离子体激励对低矮房屋屋面风压的影响,并根据数值模拟的结果得出了等离子体激励前后低矮房屋周围的流场结构,结果表明数值模拟的结果和风洞实验的结果基本吻合,等离子体激励能够对屋面风压系数产生明显的影响,同时等离子体激励明显改变了低矮房屋屋面上的流场结构。最后,本文结合Midas有限元软件和响应面法,对低矮结构物抗风可靠度进行了分析,结果表明响应面法能够对功能函数复杂的结构进行可靠性分析,聚光镜结构的可靠概率为99.79%,能够满足结构的可靠性要求。