棒状飞射物的飞行特性研究

论文摘要

台风、龙卷风是全球发生频率最高,影响最为严重的自然灾害之一。在台风中建筑的围护结构经常遭到严重破坏,而风致飞射物是引起围护结构破坏的一个主要因素。风致飞射物不仅会造成建筑物表面的破坏,还会产生一系列并发破坏,如把雨带入室内,损坏家具、设备以及造成内压骤增等。因此对风致飞射物飞行特性的研究是非常必要的。以往主要利用风洞试验对风致飞射物进行研究,研究对象多以块状和平板飞射物为主,通过对其飞行特性的系统研究,已经能够准确估算其飞行轨迹。相比之下,棒状飞射物研究较少,其气动力学特性复杂,因此如何准确地描述其运动状态和飞行轨迹,还有待于进行更加深入的研究。同时由于风洞试验的成本较高,试验难度大,很难用来作为一种系统研究的手段,因此,尽管这些研究在一定程度上揭示了风致飞射物空气动力学特性,但尚不足以用来作为工程设计的依据。这就有必要寻求新的研究手段对其进行系统研究。和结构抗风设计方面的研究相比,风致飞射物的研究开展较少,近年来国外的一些学者进行了相关研究,而我国至今尚未开展这方面的研究。因此,本文作者在阅读了大量国外文献的基础上,对风致飞射物问题进行了深入的研究,总结了该问题的研究现状,并提炼了关键的理论问题。在此基础上,确定了本文的研究内容:(1)本文首先探讨了利用CFD数值模拟技术研究风致飞射物问题的方法,通过对块状和平板飞射物的平面二维运动以及棒状飞射物的空间三维运动进行模拟,验证该方法的可行性。(2)提出了利用CFD计算风力系数,进而求解飞射物飞行行为的简化方法,并验证了其可行性。(3)利用上述研究方法,对棱柱棒和圆柱棒飞射物飞行特性进行系统的参数分析,研究了Tachikawa数K、几何参数D/B及初攻角等参数对棒状飞射物运动的影响。(4)在此基础上,建立用来描述棒状飞射物水平速度、水平位移和飞行时间之间关系的经验公式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 风致飞射物的研究方法
• 1.2.2 风致飞射物飞行特性的研究
• 1.2.3 风致飞射物对围护结构的破坏作用与灾害防治
• 1.3 本文主要研究工作
• 第2章 风致飞射物飞行行为的数值模拟方法
• 2.1 基于CFD技术的飞行行为数值模拟
• 2.2 风致飞射物的运动方程
• 2.2.1 块状飞射物
• 2.2.2 平板飞射物
• 2.2.3 棒状飞射物
• 2.3 数值算例
• 2.3.1 块状飞射物
• 2.3.2 平板飞射物
• 2.3.3 棒状飞射物
• 2.3.4 平板飞射物（简化方法算例）
• 2.4 本章小结
• 第3章 棱柱棒飞射物飞行特性研究
• 3.1 棱柱棒飞射物的风力系数
• 3.1.1 平行于来流风速的情况
• 3.1.2 垂直于来流风速的情况
• 3.1.3 算例验证
• 3.2 棱柱棒飞射物飞行特性研究
• 3.2.1 参数分析方案
• 3.2.2 计算结果分析
• 3.2.3 棱柱棒飞射物水平运动经验公式的建立
• 3.3 本章小结
• 第4章 圆柱棒飞射物飞行特性研究
• 4.1 圆柱棒飞射物的风力系数
• 4.2 圆柱棒飞射物飞行特性研究
• 4.2.1 参数分析方案
• 4.2.2 计算结果分析
• 4.2.3 圆柱棒飞射物水平运动经验公式的建立
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢