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温室建筑是工厂化农业最主要的设施之一,温室结构的安全性直接决定温室能否正常工作,直接影响农业生产的经济效益。由于温室结构自重较轻、刚度较小,因此在我国大多数地区,风是影响温室结构安全性的主要因素。在工程设计中,风荷载对温室结构的影响未被给予足够重视,顺风向脉动风力对温室结构的动力效应甚至被忽略。我国2002年发布的《温室结构设计荷载》国家标准也没有考虑风振对温室结构的影响。
根据大气边界层风的特性,本文借助大型通用有限元分析软件ANSYS,采用N-S方程、湍流κ-ε模型以及壁面函数法对湍流进行数值模拟,温室结构采用杆件有限元法进行离散。在论文中,分别使用ANSYS软件和PKPM软件对温室结构自振周期进行了计算,并且给出了简化计算方程。本文还着重从温室结构自身特点出发,利用CFD方法,对温室结构进行风振数值分析,对平均风下的固定温室结构进行数值风压分析,并通过考虑流-固耦合作用,对平均风下的弹性温室结构进行了数值风压分析。最后采用达文波特谱对北京地区脉动风进行了数值模拟,对脉动风下的弹性温室结构进行了风振分析。
通过分析,在平均风压作用下,计算模型相同的情况下,考虑流-固耦合作用时,温室结构背风面的回流区域更加清晰、显著。总体看来,在平均风压作用下,考虑耦合作用时结构表面的风压较不考虑耦合作用时的风压值有较大变化,其中迎风面风压力减小、背风面风吸力增大。考虑温室结构流-固耦合作用时,脉动风压作用下与平均风压作用下的压力相差较大。在计算温室结构风压作用时,风振效应对温室结构的影响较大;因此在计算温室结构的风压时,考虑风振对温室结构的影响是非常有必要的。