北墙不同外倾角对日光温室表面风压与体型系数的影响

为探明日光温室北墙外倾角的改变对其屋面风压系数和风荷载体型系数的影响,该研究基于计算流体力学原理,采用数值模拟方法,考虑北风和西北风2种风向,研究了不同北墙外倾角下日光温室表面风压分布规律,并给出不同北墙外倾角情况下的细化分区风荷载体型系数。结果显示：1）风压分布规律为：北风和西北风时日光温室前屋面和后屋面上半部风压系数为负,屋脊处和东、西边缘风吸力集中;随北墙外倾角减小,前屋面上部和后屋面风压系数绝对值明显减小,前屋面下部风压系数无显著变化。2）风荷载体型系数规律：北风时,以北墙外倾角90°（即竖直）为参照,外倾角减至30°可使前屋面上部体型系数的绝对值减小16%～26%,可使前屋面下部体型系数的绝对值增大6%～57%,可使后屋面体型系数绝对值减至0左右;西北风时,前屋面上部和后屋面体型系数绝对值均为西端大、东端小,前屋面下部体型系数绝对值为中间大两端小,屋面风荷载体型系数随北墙外倾角的变化不显著。因此,北墙外倾角的变化导致日光温室屋面风荷载分布发生变化较大,对日光温室结构的抗风性能影响较大,建议日光温室屋面风荷载计算应考虑北墙外倾角的影响,抗风设计时可合理选择北墙外倾角以减小屋面风荷载,边榀骨架结构和围护结构的边缘处需加强。     

塑料温室薄膜承载性的非线性有限元分析

该文通过温室薄膜单轴拉伸试验,确定材料的计算参数和本构模型;应用非线性有限元与引入人工刚度的方法,建立温室薄膜荷载效应分析的计算模型;并结合相关规范,探讨温室薄膜承载计算的安全系数的取值问题。在此基础上,对温室薄膜在风载与雪载工况下作实例计算,确定承载薄膜的第一主应力与变形值,同时也分析不同薄膜预张力对承载性的影响,以及薄膜第一主应力的具体分布。该研究为温室设计合理选用农膜,提供参考计算模型与分析方法。     

薄膜承载力及其对日光温室结构稳定性能的影响

为研究薄膜对日光温室结构抗灾害垮塌性能的影响,采用 ANSYS 有限元分析软件,模拟了单片薄膜受风雪、冰雹荷载作用情景,分析了薄膜厚度、尺寸（长度×宽度）、预张力和外荷载对单膜承载力的影响,建立了日光温室结构单榀拱架、无膜空间整体骨架、覆膜空间整体骨架3种计算模型,得到了风雪灾害下日光温室结构破坏全过程以及覆膜日光温室结构空间系数,探讨了薄膜厚度、弹性模量、预张力等参数改变时,薄膜张拉刚化效应对日光温室结构稳定性能的影响。结果表明：薄膜尺寸（长度×宽度）和厚度是影响其承载性能的主要因素,同时应适当考虑薄膜长宽比影响;0.2 mm厚的薄膜可满足特强冰雹的防灾要求;薄膜张拉刚化效应有助于提高日光温室结构抗风承载力,对抗雪承载力影响不大;各分析参数中,薄膜弹性模量对日光温室结构空间系数的影响不明显。研究结果为覆膜日光温室结构抗风雪、抗冰雹灾害设计提供参考。     

华南型单栋塑料温室风荷载模拟试验研究

该文对华南型单栋塑料温室的风荷载特性进行了风洞模拟试验研究,测量了在16种不同风向角下温室风荷载体型系数大小和分布规律,详细讨论了屋檐、天窗等外伸部位对温室风荷载分布的影响。试验结果表明,华南型温室中的屋檐和天窗使其风荷载分布与建筑结构荷载规范的规定有较大区别,屋檐、屋脊、两端和天窗均为风荷载集中的部位。抗风设计应主要考虑与温室侧墙垂直的风荷载,在温室端部应设置支撑或提高屋檐和屋脊结构强度     

拉索加强式温室单层球面网壳稳定性分析

双向网格型单层球面网壳透光好、耗材小、作为温室结构设计具有广泛的应用前景。但是结构面内刚度和面外刚度较低,过度增大跨度易发生大变形导致结构失稳。为了提高结构的稳定性能,针对30、40、50 m跨度的单层球面网壳提出了在双向网格对角处即面内布置拉索及和面外不相邻节点处布置斜拉索的方案,开发了刚性网壳和柔性拉索组成的拉索加强式温室空间结构体系。利用有限元程序ANSYS以及自编的前后处理程序,针对不同跨度温室球面网壳进行了弹性、弹塑性全过程分析,考察了拉索布置形式、拉索预应力、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对温室网壳稳定性的影响规律,并结合结构的屈曲模态、塑性发展分布等特征响应,进一步揭示了结构的失稳机理。在此基础上,分析了材料非线性对温室网壳稳定性的影响规律,通过对网壳结构的弹性、弹塑性临界荷载的统计,重新核定了此类温室结构体系的"塑性折减系数"。结果表明:拉索充分发挥了材料的抗拉性能,布置拉索后使原结构极限荷载提高了29%~92%,对拉索施加30 k N预应力后极限荷载最大可提高43%,论证了该结构形式的合理性;塑性折减系数在0.7~1.0之间,说明材料非线性对此类温室结构稳定性的影响不大,以上研究成果对该结构体系的工程实践提供了技术参考。     

考虑薄膜积灰的日光温室前屋面采光效率模型构建及应用

为确定自然环境下日光温室前屋面的采光效率,通过实测数据获得杨凌地区冬季长时间无雨状态下棚膜表面的灰尘积累分布情况以及不同太阳入射角及积灰程度下的棚膜透光率,构建了积灰分布模型及棚膜透光率衰减模型,在此基础上结合太阳入射角计算模型,采用MATLAB作为开发工具编写日光温室前屋面透光率的计算程序。通过输入温室地理坐标、日期时间、采光面曲线形状、朝向、棚膜材料种类,模拟出采光面上的透光率,并在杨凌地区对模型进行验证与应用。结果表明:同时考虑灰尘和太阳入射角的影响,建立的透光率模型与实测值的模拟精度较高,3个测点的模型计算值与实测值平均绝对误差分别为0.90%、2.13%和2.02%;以杨凌冬至日高采光效率为设计目标,将距温室前屋面底端0.8 m处的点作为控制点,确定2种曲线形状的温室,其前屋面控制点高度分别为0.6和0.8 m;朝向为南偏西5°时,在冬至日正午前后2h内,采光面的太阳入射角处于合理采光角范围内,采光效率较高;在弱光低温的冬季,为保障温室内较高的光照强度,建议选用的前屋面覆盖材料为白色PO膜。该研究可为日光温室棚膜表面采光效率的计算及采光面结构的设计优化提供依据。     

秸秆抛送装置抛送叶轮的振动特性分析

针对叶片式秸秆抛送装置工作时的振动、噪声以及叶片疲劳断裂等问题,为减少共振的发生,利用有限元分析软件ABAQUS对抛送叶轮的自由模态与预应力模态进行了数值计算,其中预应力模态采用单向流固耦合方法对流场和叶轮结构响应进行求解,获得了该系统的前12阶模态频率以及振型,并利用扫描式激光测振仪对抛送叶轮进行了模态试验,验证了理论分析和数值计算的准确性。在分析了系统外部激振频率特点的基础上,对影响叶轮振动特性的结构参数进行了对比模拟。研究结果表明:预应力使叶轮的1和2阶频率提高幅度较大,对振型没有影响;叶片数对模态频率和振型影响最大,叶轮是否加筋对频率的影响其次,叶片厚度对低阶频率影响最小;三叶片叶轮最不易发生共振,四叶片次之,五叶片最易发生共振;叶片厚度为4 mm时最不易发生共振,5 mm时次之,6 mm时最易发生共振;叶轮加筋可以改善其动态性能,不易发生共振。该研究可为叶片式抛送装置结构振动特性的描述及动态性能的优化提供参考。     

Venlo温室的荷载效应特征及其在工程中的应用

Venlo型温室是世界上硬质覆盖材料温室中使用量最大的结构形式，在中国也已经成为玻璃温室和PC板温室的首选结构。该文以Venlo温室钢结构中控制性关键构件边柱和相邻中柱为例，利用温室结构设计专用软件、采用结构有限元分析的方法对边柱和中柱在6种不同荷载组合方式和7种不同跨度下的荷载效应进行了计算，分析其在不同荷载组合和跨度数下的内力变化规律，将结果运用于温室柱网布置、构件材料分布、节点构造等工程设计中，可以有效提高Venlo型温室结构设计的科学性、安全性、降低结构用钢量。     

五连拱温室的结构计算

多连拱温室结构计算是需要研究的问题。应用结构力学知识，建立了五连拱温室受风雪载荷时的半结构计算模型，用有限元法进行了结构优化，求出了它的内力、应力和位移。对规范中没有说明的附加风载、风载高度变化系数和多连拱形屋面的风载体型系数等也作了分析。研究结果表明，该温室结构合理，具有优良的力学特性。     

大型潜水轴流泵转子部件湿模态数值模拟

为了得到大型潜水轴流泵在水介质中的模态分布,并分析水介质对结构模态的影响,该文采用UDF二次开发,运用ANSYS WORKBENCH和APDL命令流耦合的方法,对特大型潜水轴流泵的轴系转动部件进行了考虑预应力情况下的湿模态数值模拟,分别计算了定常和非定常状态下预应力和不存在预应力情况下的固有频率和振型,以及转子部件在真空（干模态）和清水介质（湿模态）中的固有频率和振型,研究了预应力和清水介质对结构模态的影响。分析了不同情况下造成模态分布差异的原因,为下一步进行更加复杂的动力学分析、疲劳分析以及结构优化奠定基础。     

型钢拱架日光温室结构稳定性能及参数分析

型钢拱架日光温室结构的主要受力构件长细比大,暴雪等极端灾害天气下易引发结构失稳灾变。针对此问题,该研究利用弹塑性力学理论和非线性有限单元法,建立型钢拱架日光温室结构精细化有限元模型,开展雪荷载下日光温室稳定性能分析;通过对型钢截面类型（平椭圆形截面、箱形截面和几字形截面）、温室跨度（8、10和12 m）、雪荷载分布形态（分布厚度不均匀和分布区域不对称）等参数下进行日光温室失稳全过程分析,分别确定日光温室稳定承载力,揭示雪荷载分布对日光温室稳定承载力的量化影响;结合日光温室的荷载系数-位移全过程曲线和不同加载时刻点的变形图、应力图、轴力图与弯矩图,从直观现象和内在本质两个层面深入探明日光温室的静力失稳机理。分析结果表明：在保证不发生平面外整体失稳的前提下,当型钢截面面积和翼缘宽度相同时,相较于箱形截面型钢、几字形截面型钢,采用平椭圆形截面型钢拱架的日光温室稳定承载力分别提高了19.2%和44.2%;跨度对日光温室稳定承载力的影响较大,与8 m跨度相比,10、12 m跨度的日光温室的荷载系数分别下降了27.1%和57.9%;相较于均匀分布雪荷载,在非均匀分布雪荷载下日光温室的稳定承载力最大下降63.8%;相较于不设置拉杆和撑杆的情况,单独设置拉杆的日光温室稳定承载力最大可提高9.0%,单独设置撑杆的日光温室稳定承载力最大可提高66.8%。该研究得出的结果和给出的建议可为型钢拱架日光温室结构抗雪设计、稳定性研究和防灾分析提供技术指导和理论参考。     

考虑覆盖材料蒙皮效应的温室结构稳定承载力计算

为研究覆盖材料蒙皮效应对温室结构稳定承载力的影响,该文在考虑温室结构的实际工作状态、材料非线性和几何大变形的前提下,采用ANSYS有限元分析软件,选取华北型、文洛型和日光型3种温室结构类型,建立了单榀骨架、整体骨架、整体骨架覆盖薄膜、整体骨架覆盖玻璃和整体骨架覆盖PC板5种计算模型,模拟了风雪灾害下温室结构破坏的全过程,得到了其破坏模式和荷载与位移关系曲线,分析了温室结构的稳定承载力和空间作用效应,并给出了其极限荷载系数和稳定承载力提高系数。结果表明:考虑覆盖材料蒙皮效应时,雪荷载作用下温室结构易发生失稳破坏,风荷载作用下温室结构稳定承载力较高,温室结构抗雪灾能力低于抗风灾能力;荷载工况由风荷载控制时,覆盖材料使日光温室结构稳定承载力提高20%~50%,设计时可考虑相应蒙皮效应;荷载工况由雪荷载控制时,覆盖材料使华北型和文洛型温室结构稳定承载力分别提高1~2倍和1~4倍,设计时可考虑相应蒙皮效应;覆盖玻璃使温室结构稳定承载力提高20%~280%,覆盖PC板使之提高20%~240%,覆盖薄膜使之提高0~40%。研究成果可为温室结构抗风雪灾害设计提供参考。     

温室风压通风室内外流场的粒子图像速度(PIV)试验(简报)

该文采用粒子速度场仪,研究互插式连栋温室利用风压通风时室内外的流场。结果表明：在时均流场中,互插式连栋温室利用肩窗与侧窗通风时,室外顶部风速最大,天沟处风速最小;温室内部流场风速较小,且顶部风速最小,因而温室室内通风效果不好,热量会聚集在屋顶。在瞬时流场中,分析涡的瞬态过程,得到了回流涡的运动情况;根据温室室外涡量分布图,计算出温室的阻力系数为0.565;从互插式连栋温室室内涡旋运动图中可以看出,沿气流方向涡旋在拱1中的变化慢,在拱2、拱3中的变化快。     

塑料温室拱结构雪载工况下极限承载力的非线性有限元分析

该文阐述了应用非线性有限元理论,对塑料温室拱结构在考虑初始缺陷条件下,进行极限承载力分析的方法。初始缺陷的模型是根据一致缺陷模态法,按最小特征值屈曲模态分布,并控制其最大值的方法确定。结构分析考虑双重非线性情况,采用弧长法跟踪整个荷载—位移全过程的平衡路径,确定极限承载力。该文以华东型连栋塑料温室在雪载工况下作实例分析,其计算结果与产品标定的承载力基本吻合,表明该方法具有较好的适用性。     

多联栋温室框架结构的弹塑性计算

应用力学知识和工民建规范,建立了多联栋温室受风雪载时半结构计算模型,并进行了荷载组合。利用有限元法和建筑规范中的有关规定,对该温室进行了弹塑性计算,求出了温室结构的一阶二阶弹塑性应力、框架柱稳定系数和整体稳定系数。由计算出的框架的最不利位置进行了相应的结构改进。验算结果表明,改进后的温室结构合理,具有优良的力学特性     

Airflow and microclimate patterns in a one-hectare Canary type greenhouse: An experimental and CFD assisted study

This study presents an analysis of air circulation and microclimate distribution during daytime in a 1-ha Canary type tomato greenhouse in the coastal area of southern Morocco. The investigation of the climate inside the greenhouse is based on a numerical simulation using a finite volumes method to solve the mass, momentum and energy conservation equations. The main novelty of this simulation lies in the realism of the 3D modelling of this very large agricultural structure with (i) a coupling of convective and radiative exchanges at the surface of the plastic roof cover, (ii) simulation of the dynamic influence of the insect screens and tomato crop on airflow movement, using the concept of porous medium, (iii) simulation, in each grid cell of the crop canopy, of the sensible and latent heat exchanges between the greenhouse air and the tomato crop, and (iv) detailed simulation of climate parameters in a 1-ha real-scale commercial greenhouse.The model simulations were first validated with respect to temperature and relative humidity fields measured inside the experimental greenhouse for fairly steady-state outside conditions marked by a prevailing sea breeze around the solar noon. A good agreement was observed between the measured and simulated values for inside air temperatures and specific humidity. It was next used for exploring the details of the inside air temperature and humidity fields and plant microclimates and transpiration fluxes throughout the greenhouse space. Simulation for a wind direction perpendicular to the side and roof openings shows that the insect screen significantly reduced inside air velocity and increased inside temperature and humidity, especially in the vicinity of the crop canopy. It revealed the details of the flow field within the greenhouse. At the windward end of the greenhouse, the flow field was marked by a strong windwise air current above the tomato canopy which was fed by the windward side vent, and a slow air stream flowing within the tomato canopy space. Then, from the first third of the greenhouse to the leeward end, the flow field was marked by the combination of wind and buoyancy forces, with warmer and more humid inside air which was evacuated through the upper roof vents, while colder and dryer air was penetrated through the upper roof vent openings. Based on these simulations, design studies of the greenhouse crop system were performed to improve inside air temperature and humidity conditions by simple modifications of orientation of the crop rows.