基于流固耦合分析支撑架对云杉抗风性的影响

在强风作用下新移栽的树木可能发生歪斜、倒伏等破坏，造成经济损失与人员伤亡，因此，树木的抗风性以及提高树木抗风性研究具有重要意义。以云杉为例，对设立支撑架前、后的云杉分别进行三维简化建模，树高8 m，冠幅4 m，主干基部直径0.3 m，并赋予模型对应的力学性能，再进行流固耦合数值模拟。结果表明：无支撑时，云杉树梢位移、枝干所受剪切应力和树底弯矩均随着风速的增强而增大。在20 m·s^-1风速下，云杉横纹方向剪切应力最大值为2.6 MPa，大于云杉横纹抗剪强度的85%，云杉可能发生剪切破坏，通过后处理发现破坏危险点位置在1级分枝与主干的交界处，云杉的枝干易被折断。分别在云杉树高的1/8、2/8、3/8处设立支撑架，对比无支撑架时云杉的风致响应，云杉的树梢位移、枝干所受剪切应力和树底弯矩均有所减小，云杉发生横纹剪切破坏的风险降低，发生倒伏的概率大幅下降。当支撑架置于树高2/8处时云杉所受的剪切应力最小，相对无支撑架时减小了50%，云杉枝干被折断的风险大幅下降。然而，处于支撑架上方的云杉部分随风摆动的振频较无支撑时有所增大，云杉的稳定性下降，长时间的高频振动亦会增大枝干折断...