بررسی عددی رفتار آئروالاستیک ساختمان های بلند با لحاظ اندرکنش سازه و باد

کاربرد دینامیک سیالات محاسباتی به منظور ارزیابی عددی آثار باد بر ساختمان های بلند با توجه به افزایش توان محاسباتی رایانه ها در سال های اخیر در حال توسعه است. با توجه به ریزش های گردبادی پیرامون ساختمان های انعطاف پذیر، لاغر و بلند ناشی از جریان باد با اعداد رینولدز نسبتا بالا، بررسی رفتار آئروالاستیک ساختمان های بلند امری ضروری است. در این مقاله، جریان آشفته باد با ۴ سرعت متفاوت پیرامون ساختمان بلند استاندارد CAARC به صورت عددی شبیه سازی شده است. از مدل شبیه سازی گردابه های بزرگ برای لحاظ اثر آشفتگی در حل معادلات جریان استفاده شده و پاسخ ساختمان های بلند به نیروهای حاصل از باد با حل معادله دیفرانسیل حرکت تعیین شده است. به منظور انتقال داده ها بین دو حوزه حل سیالاتی و سازه ای در هر گام زمانی، از روش کوپل شدگی دوطرفه استفاده شده است. طبق نتایج حاصل از شبیه سازی عددی، ضرایب فشار، خطوط جریان و میدان فشار لحظه ای پیرامون ساختمان بلند مطابقت خوبی با مشخصه های متداول جریان پیرامون اجسام هوابند دارد. سرعت بحرانی متناظر با پدیده قفل شدگی در این مساله با استفاده از عدد استروهال، برابر با ۱۰۰متر بر ثانیه محاسبه شده است. همچنین تاریخچه زمانی جابه جایی بام ساختمان در جهت باد و عمود بر امتداد آن به ازای سرعت های متفاوت وزش باد استخراج شده و به ترتیب میانگین و انحراف معیار آنها محاسبه شده است. افزایش مداوم دامنه نوسان های عرضی ساختمان تحت وزش باد با سرعت ۱۰۰متر بر ثانیه مشاهده شده است. این نکته بیانگر کارآیی و قابلیت فرآیند عددی حاضر در تشخیص ناپایداری آئروالاستیک به ازای سرعت پیش بینی شده است.

کلیدواژه ها:

Computational Fluid Dynamics ، Fluid-Structure Interaction ، Wind Engineering ، Lock-in ، Large Eddy Simulation ، دینامیک سیالات محاسباتی ، اندرکنش سازه و سیال ، مهندسی باد ، قفل شدگی ، شبیه سازی گردابه های بزرگ