中文摘要：

建筑因强风作用而受损或破坏的现象呈增长趋势，但对结构受灾损毁的风作用和风效应仍缺乏科学认识。本项目以建筑抗风安全性为研究目标，以计算流体动力学、结构动力学和结构风振理论为手段，以典型形体钝体建筑风绕流及其新型数值方法、气弹耦合作用的理论建模和求解新算法及其应用为主要研究内容，开展高效高精度稳定化流体有限元法和基于此方法的改进大涡模拟的理论研究，并构建风与大跨索膜空间结构耦合风效应的新型力学模型，提出复杂界面下流体域网格生成、大移动量界面下的流场高精度高稳定性动态网格更新和两域网格信息双向交换的新方法，提出基于预估-多步校正策略、同步交替求解的强耦合分区新算法，并运用于气弹耦合效应分析。基于上述，以期揭示典型建筑尤其是大跨空间建筑钝体周围特征湍流的绕流性态、时空演化规律及其相应的风压风载分布和变化，风与大跨索膜结构建筑之间的气弹耦合效应及其作用机制，为建筑结构的抗风设计计算提供方法和依据。

结论摘要：

土木工程长大化、柔性化增强了来风（流）与结构的耦合作用，建筑结构受强/台风作用而损毁的事例屡见报道。结构物截面构型多样性和毗邻结构的干扰性对结构来流受载特征、流致响应有重要影响。正确认识结构周围流场特性、气动特征、耦合效应和干扰作用对结构设计和安全有重要应用意义，对认识钝体结构绕流和涡激振动等科学问题有重要学术价值。本项目着重研究新型高精度稳定化流体有限元法与流固耦合算法、典型形体结构的风绕流、风压分布和耦合风效应。提出了求解雷诺平均N-S方程的流体有限元新格式，解决了流动分析的数值振荡问题；提出了基于半隐式 CBS 稳定化思想的三种流体稳定化有限元新型格式3-TCBS，ICBS和ICBS-SA，更好地平衡了稳定性、精度和计算效率三者关系，为计算多钝体绕流问题提供了更有力算法；构建了稳定化体有限元大涡模拟新方法，对湍流速度场和压力场稳定效果显著，减小了因对流项引起的数值振荡；提出了动态大涡模拟新型方法和一种快速非结构化流体网格滤波方法。提出了改进型联合交界面边界条件方法（CIBC），以更有效求解刚体流固耦合问题；建立了适用于流固界面大移动情形下的子块移动技术(MSA)与正交半扭转弹簧近似法结合的网格生成与更新方法，可防止流体网格质量下降并缩短流固耦合计算耗时；提出了显式、半隐式和隐式分区流固耦合新型算法，半隐式算法计算效率高且几乎不损失稳定性；构建了求解多钝体流固耦合问题的流体有限元ICBS-ALE新型格式，解决了刚体多周期双向运动后的流体网格失效问题。揭示了结构关键几何特征对绕流性态和气动力特性的影响，静止圆柱群和方柱群、静止方柱-双自由度运动圆柱的绕流性态，流体—圆柱结构系统耦合效应规律及相邻结构对耦合系统效应的影响，静止和强迫转动三角柱钝体绕流与流致效应。揭示了大悬臂挑蓬屋盖风压分布规律和风绕流性态与特征，漏斗型形体膜结构、山脉组合形体膜结构的风致耦合效应，带檐口直面与曲面双坡、带檐口曲面四坡的低矮建筑屋面风压分布。研究成果有助于推动流体有限元方法和流固耦合问题研究的进步，并为结构物抗风（浪）设计计算提供依据。