一种基于多场耦合的建筑火灾温度场数据转化方法与流程

技术特征：

1.一种基于多场耦合的建筑火灾温度场数据转化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：火场数据收集；

步骤2：火热耦合数值仿真及分析

在软件中进行建模，输入火源信息，并设置火源燃烧类型，建立模型实体，其尺寸、位置与火灾现场保持一致，划分结构化六面体网格并在每个网格中布置温度测点后进行仿真，仿真结束之后，获取所需的温度场数据；

步骤3：温度场数据处理与转化

对所获取的温度场数据进行处理，使其既能满足有限元软件的输入需要，也能完整地描述火灾发展过程，包括：

根据有限元软件中分析载荷步的数目与划分的网格后的结构节点数目，计算每个载荷步持续时间与温度场中两个温度点的间距；

编写程序，将每个时间步的该温度值作为该载荷步下有限元软件的温度载荷，对每个载荷步进行相同的处理，结果保存在多个数组中，然后再根据不同的有限元软件所需的格式输出，此时，有限元软件即可直接进行读取；

步骤4：有限元软件数值仿真及分析

在结构场仿真中，对建筑物进行热力结构耦合分析，将热分析得到的温度场数据经过处理后，作为边界体载荷施加在建筑结构中，并结合结构分析的其它荷载，得到结构对火灾的反应。

2.根据权利要求1所述的基于多场耦合的建筑火灾温度场转化方法，其特征在于，步骤2中，建模并仿真在开源软件FDS中进行。

3.根据权利要求1所述的基于多场耦合的建筑火灾温度场转化方法，其特征在于，步骤2中火热耦合仿真使用的湍流模型为大涡模拟：Smagorinshy亚网格湍流模型；火源燃烧类型设置为单一燃料混合分数燃烧模型和多步反应燃烧模型。

4.根据权利要求1所述的基于多场耦合的建筑火灾温度场转化方法，其特征在于，步骤2中，离散的非线性温度通过以下公式迭代获取：

$T_m^n=\frac{p_m^n}{{\mathrm{\ρ}}_m^{n}R\underset{\mathrm{\α}}{\Σ}\frac{Z_{\mathrm{\α}}}{W_{\mathrm{\α}}}}$

式中分别为第m个网格第个n时间步的温度，压强和密度；

Z_α为第α种气体占该网格中所有气体的质量比；

W_α为第α种气体的摩尔质量。

5.根据权利要求4所述的基于多场耦合的建筑火灾温度场转化方法，其特征在于，剩余点温度通过插值法获得：

$T(x,y,z)=T(x_0,y,z)+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{1}{i!}\frac{1}{{\mathrm{\Δx}}^i}{\mathrm{\Δ}}^{i}f+R_n\left(x\right)$

式中T(x,y,z)为离散温度场中任意一点的温度；

Δx为x坐标方向的离散温度点的间距；

Δⁱf为以▽x为步长的i阶差分；

R_n(x)为差值余项。

6.根据权利要求1所述的基于多场耦合的建筑火灾温度场转化方法，其特征在于，步骤3中，每个载荷步持续时间与温度场中两个温度点的间距：

Δt＝t_simulation/n_step

$\mathrm{\Δ}d=\sqrt[3]{V/n_{mesh}}$

其中Δt为每个载荷步的持续时间；

t_simulation为建筑火灾在软件中的模拟时间；

n_step为有限元软件中设置的载荷步数目；

Δd为所需温度点之间的间隔；

V为某一结构体的体积；

n_mesh为该结构体在有限元软件中所划分的网格数目。

7.根据权利要求2所述的基于多场耦合的建筑火灾温度场转化方法，其特征在于，将温度场数据转换为有限元软件可直接使用的场变量的转换方法为：采用Python语言编写程序，利用PYTHON中的CSV库，用reader函数读取FDS对建筑火灾数值模拟后生成的温度场数据文件，再根据这些获取的离散的温度点运行插值法或拟合函数法得到所需的温度场数据，并将其保存在多个数组中，最后转化为相应的有限元软件输入文件。

8.根据权利要求2所述的基于多场耦合的建筑火灾温度场转化方法，其特征在于，其中作为ABAQUS边界载荷格式或ANSYS表格变量的形式导入输出格式分别如下所示：

x y z temperature(ABAQUS)

node number x y z temperature(ANSYS)。

9.根据权利要求5所述的基于多场耦合的建筑火灾温度场转化方法，其特征在于，步骤4中，将程序处理后的数据作为场变量，或者边界载荷直接导入到不同的有限元软件中，进行墙体或其他结构体的热力耦合分析。