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研究生: 莊家維
Chuang, Chia-Wei
論文名稱: 大氣邊界層內超高撓性結構體受偏轉風之風荷載分析:LES模擬
LES simulations of the wind loads of aloft twisting wind on ultra-high flexible structures in the atmospheric boundary layer
指導教授: 方中
Fang, Chung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 195
中文關鍵詞: 大渦流模式科氏力流固耦合
外文關鍵詞: aloft twisting, LES model
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  • 本研究使用ANSYS中Fluent及Transient structral之數值模擬套裝軟體,以大渦流模式之暫態分析的方式,探討高樓結構之高度達到大氣邊界層厚度時之影響,並對入口風速加以科氏力之效應,對結構周圍之速度向量、壓力以及風阻合力等加以研究;同時,增加流固耦合之概念,將結構物分為剛體及非剛體,探討兩者之間的差異性,結構位移產生之影響;而結構模型則選為圓柱及方柱,並且增加漸縮斷面,以比較漸縮及非漸縮時,風阻合力、力矩及位移之差異;本文之驗證則採用文獻的k-ε模式與大渦流模式兩相比對,得其兩者曲線之趨勢相同。
    分析之結果顯示出,方柱所受之風阻合力及力矩比圓柱來得大,因此在結構材料為非剛體時,方柱之位移結果也大於圓柱之位移;在結構斷面為漸縮時,圓柱及方柱之合力皆可有效之降低,而在位移的部分,圓柱顯示出僅在順風向位移有受到抑制,方柱則在順風向及側風向之位移皆有受到良好之抑制。故作設計時,可根據使用者之需求,選擇所需之斷面結構做為高樓結構之外形。

    In the study, the wind loads induced by the aloft twisting winds on ultra-high structures approaching the atmospheric boundary layer thickness are investigated. To this end, the LES model is used to simulate the wind velocity and pressure fields around the structures numerically. Results show that the influence of the aloft twisting winds is more significant for the structures higher than 500 m. While the wind loads on the structures with square cross-section are larger than those with circular cross-section, the in- and lateral-flow deflections can greatly be reduced for the structures with shrinking square cross-section with respect to the structure height.

    摘要 i Abstract ii 致謝 v 目錄 vi 表目錄 viii 圖目錄 ix 符號說明 xix 第一章 風工程概論 1 1.1 風工程概述 1 1.2 風的特性 2 1.3 風通過結構物之行為 16 1.4 風洞試驗 22 1.5 研究動機 27 1.6 論文架構與大綱 28 第二章 大氣控制方程式 29 2.1 控制方程式 29 2.2 紊流模式 34 2.3 k-ε模式 36 2.4 大渦流模式 (Large Eddy Simulation, LES) 38 第三章 數值模擬套裝軟體 41 3.1 ANSYS之簡介 41 3.2 ANSYS Workbench之操作簡介 43 3.3 流固耦合分析介紹 47 3.4 Fluent分析介紹 49 3.5 結構分析介紹 61 3.6 Transient structral分析介紹 62 第四章 數值模擬及結果表示 71 4.1 問題定義 71 4.2 設定及參數 75 4.3 結果與討論 79 第五章 結論與未來展望 103 5.1 結論 103 5.2 未來展望 104 參考文獻 107 附錄A 111 附錄B 165 附錄C 185

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    下載圖示 校內:2015-08-29公開
    校外:2015-08-29公開
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