复杂地形风能评估的CFD方法

为解决传统方法不能评估复杂地形风能分布的问题,从某复杂地形的实测记录中选定两次风向稳定的强风过程为研究工况,建立了该地形40m×40m和20m×20m两种网格分辨率的六面体结构网格模型,采用SSTk-ω及RNGk-ε两种湍流模型模拟了风速场分布.157°和83°两个风向的模拟结果表明,SSTk-ω模型优于RNGk-ε模型,20m水平间距的网格精度更高,其中SST(20m)的模拟结果和实测风速的平均相对误差分别为6.46%和5.50%.最后,综合CFD模拟的风速比分布与当地的常年气象资料,提出了复杂地形全风向风能评估方法.

基于近海海面观测的台风黑格比风特性研究

根据在博贺海洋观测站测得的0814台风黑格比三维风速时程,首先探讨了实测数据质量的判别准则及处理方法,进而研究了平均风场特性:风剖面、风攻角、梯度风高度以及脉动风场特性:湍流强度、阵风因子、时间尺度、积分尺度、脉动风速谱等。研究结果表明:近海海面指数律风剖面指数a远小于建筑结构荷载规范推荐值;台风风场结构本身存在3°～7°正攻角;在近海海面上阵风因子均值为1.23;顺风向湍流强度平均值为0.10,三向湍流强度的比值为1∶0.80∶0.43;水平向时间尺度基本上均小于30s,竖向时间尺度均小于10s;纵向和横向积分尺度较为接近,大于竖向积分尺度;不同区域的实测风速谱与各经验风速谱均存在一定差异,与von Karman谱吻合相对较好。

台风湍流积分尺度与脉动风速谱——基于实测数据的分析

基于4个台风过程中的长时间序列风速、风方向观测数据,分析研究了近地台风的湍流积分尺度和脉动风速谱等脉动特性。介绍了湍流积分尺度的几种常见的计算方法,基于实测台风数据,分析研究了台风过程中湍流积分尺度的变化以及不同计算方法的稳定性。根据实测数据计算了纵向脉动风速谱,并与Von-Karm an谱、Davenport谱、S im iu谱和Harris谱等经验谱进行了比较,给出了最适合描述台风纵向脉动风速谱的经验谱。还计算了横向脉动风速功率谱,并与基于各向同性湍流理论推导出的水平横向脉动风速谱进行了对比。

缺陷和损伤对导管架式海洋平台结构极限承载力的影响

首先讨论海洋平台结构缺陷和损伤的特点及在平台结构极限承载力分析中的考虑方法;其次根据平台结构完好和有损状态的极限承载力,定义了平台结构的储备强度和剩余强度;最后,采用导管架式海洋平台结构极限承载力近似分析程序UAP,分析了裂纹类缺陷、凹痕类缺陷、腐蚀、海生物附着、地基土冲刷等对导管架式海洋平台结构极限承载力和安全性的影响,从而为海洋平台结构的维修决策提供了依据。

海洋平台结构实时安全监测系统

阐述了海洋平台结构实时计算模型的建立和修正方法 ,确定了在海洋环境监测的基础上本系统实时环境荷载 ,提出了海洋平台结构实时安全评估的方法 ,采用Delphi开发工具 ,开发出了Windows应用程序“海洋平台结构实时安全监测系统”。该系统于 1998～ 1999年和 1999～ 2 0 0 0年冬季两次在渤海JZ2 0 - 2MUQ平台上试运行 ,实时监测了JZ2 0 - 2MUQ平台两个冬季的安全状况。

导管架式海洋平台结构阻尼隔振体系及其减振效果分析

导管架式海洋平台结构是当前应用最广的一种平台结构形式。本文研究导管架式海洋平台结构阻尼隔振体系及其减振效果。针对导管架式海洋平台结构的型式与特点 ,为了充分发挥阻尼器的耗能减振作用 ,提出了在平台结构导管架端帽和甲板之间设置柔性阻尼层的新型阻尼隔振方案。针对渤海JZ2 0 2MUQ平台结构 ,建立了海洋平台结构阻尼隔振体系简化计算模型 ,研究了隔振层参数与结构阻尼比的关系以及它们对结构整体和隔振层层间相对位移的控制效果 ;进行了多种冰荷载工况和地震工况的数值模拟。结果表明 。

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。

基于风浪联合概率模型的海洋平台结构系统可靠度分析

基于多变量极值理论的联合概率模型,根据BZ28-1油田一年多的风浪同步观测资料统计得到风浪联合概率分布及其参数,讨论了海洋平台结构系统可靠度分析的等效荷载方法,在此基础上分析了JZ20-2MUQ平台结构的系统可靠度,并与不考虑风浪相关性影响的JZ20-2MUQ平台结构的系统可靠度比较,得到了风浪相关性对系统可靠度的影响情况。

龙卷风风场特性的CFD数值模拟

基于计算流体动力学方法建立了龙卷风发生装置的数值计算模型,对具有单涡结构的龙卷风风场特性进行了研究。分析了切向风速沿径向和高度的分布规律,并将切向速度沿径向的分布与Rankin涡模型和参数化气旋模型理论公式进行对比,验证龙卷风风场数值模拟结果的合理性。进一步研究了入口风速和入口角度改变对龙卷风风场特性的影响,并给出了各个数值计算模型近地面核心半径、最大切向风速和涡流比,进而可以获得不同尺度和不同强度的龙卷风风场。该方法为龙卷风风场模拟提供了新的研究途径,并可应用于建筑物的抗龙卷风设计研究。

高耸结构TMD接触非线性阻尼振动控制研究

调谐质量阻尼器(TMD)能有效地控制高层建筑结构的风致振动,而TMD子结构往往将产生过大的冲程,且由于荷载不确定性决定其冲程也是不可确定的,故必须进行限位设计。鉴于此,对TMD的限位控制进行研究,提出了大阻尼TMD系统、开关阻尼限位控制和离位阻尼限位控制三种不同的限位策略。以广州新中轴线电视塔结构为分析模型,结合TMD系统在运动过程中的8个工作状态,给出了在考虑开关阻尼限位控制和离位阻尼限位控制两种限位控制策略下系统的运动方程,并进行了风载激励下的数值仿真分析。数值分析的结果表明:不同限位间距时,两种限位工况对系统位移、加速度响应的峰值和均方值控制效果规律不尽相同;对于开关限位控制,当限位距离为TMD最优控制下摆幅的36%时,在控制效果损失约4%的前提下,TMD的摆幅与最优控制下的摆幅相比,减少了约45%;当TMD摆幅相同时,与大阻尼TMD系统相比,其控制效果高8%;离位限位控制对结构加速度峰值有更好的控制效果。恰当地选择限位距离和限位阻尼系数,既能改善风致振动下结构的舒适度,又能减小TMD的摆幅。

基于数值模拟的台风危险性分析综述(Ⅱ)——随机抽样模拟与极值风速预测

台风危险性分析是台风损失估计及防灾减灾的基础。对基于数值模拟的台风危险性分析所采用的随机台风概率模型、随机抽样模拟方法和极值风速预测进行了回顾与评述,包括台风关键参数概率模型及其相关性、台风路径模型、台风登陆衰减和海陆风速转换模型以及台风极值风速概率模型,并针对我国东南沿海地区台风危险性分析数值模拟采用的相关模型给出了相关建议。

基于实测动冰力时程的海洋平台结构冰振反应分析

冰激平台结构振动是影响渤海石油钻采平台冬季正常生产和安全的主要因素。本文采用实测冰压力时程，对渤海辽东湾北部的ＪＺ２０－２ＭＵＱ平台结构进行了冰振反应分析，计算了不同设计冰厚、不同冰作用方向和标高及平台桩腿有无正倒锥体（一种破冰装置）的结构反应，探讨了正倒锥体对减轻冰力和结构反应的作用，发现了结构冰激振动的一些特征。

基于数值模拟的台风危险性分析综述(Ⅰ)——台风风场模型

台风风场是基于数值模拟的台风危险性分析的重要组成部分。基于现有文献资料,以台风风场内空气微团的运动平衡方程为出发点,对现有的基于平衡运动方程的参数化风场模型进行了评述,并建议选用CE风场;回顾了对风场预测结果有重要影响的两个输入参数的信息获得途径,重点就国内台风区城市应该如何处理这两个参数提出了建议;然后从台风边界层的物理意义出发,评述了现有的边界层模型,建议采用Thompson和Cardone所提的具有物理意义的边界层模型;最后对今后工程风场的发展方向提出了一些看法。尽管从气象学角度来看,三维风场是精度很高的模型,但是其工程实用性还有待考证;在满足工程精度的前提下,简单易行的模型是目前进行台风危险性分析的风场数值模拟的较好选择。

基于ARMA模型和自由振动提取技术的海洋平台结构参数识别

用随机减量方法提取海洋平台结构在随机环境荷载非白噪声输入下的自由振动信号和用ARMA(Auto Regressive Moving Average)模型对自由振动数据建模。为了消除平台输出信号中有色噪声的影响,在随机减量系统中加人了一个虚拟系统,并采用导通条件和前导点技术使自由振动提取过程仍在有色输人的状态下进行。同时为了消除参数识别的多值性,提出了采用MA系数修正技术识别海洋平台结构的频率和阻尼动力参数的方法,最后用该套技术对海洋平台结构试验模型进行了参数识别,结果表明该方法具有较好的效果和在线识别使用价值。

导管架式海洋平台结构极限承载力分析的整体推进法及其软件

根据非线性有限元逐步分析的思想，以已有的结构弹性分析软件为计算核心，提出了一种近似分析结构极限承载力的方法——整体推进法；采用整体推进法，以导管架式海洋平台结构线弹性分析软件ＥＮＳＡ为计算核心，考虑结构构件的损伤影响和维修加固效果，编制了导管架式海洋平台结构极限承载力近似分析软件ＵＡＰ，为导管架式海洋平台结构的安全度评定提供了方法和手段；

内外共振联合作用下索-梁组合结构非线性振动分析

研究内共振和外共振联合作用下的索-梁组合结构非线性振动问题。利用Hamilton原理推导索-梁组合结构非线性动力学方程,同时考虑索的垂度以及由梁和索之间模态耦合引起的非线性影响。利用Galerkin方法将索-梁组合结构非线性运动偏微分方程离散为一组常微分方程。最后对数学模型进行数值计算,得到了不同内外共振联合作用下梁和索的模态时程曲线。研究表明,梁的稳态运动呈现周期性振荡,而索在不同的内外共振联合作用下,分别呈现出混沌或周期性振荡,并且索和梁之间持续的模态交替现象只能在特定的内外共振下出现。

建筑屋盖表面及其周围积雪分布研究

准确预测建筑屋盖表面和建筑周围的积雪空间分布形式是防止雪灾发生的重要手段。基于Euler-Euler方法,假定空气相和雪相均为连续相,运用计算流体力学软件FLUENT 17.0,采用Mixture多相流模型和k-kl-ω湍流模型模拟了立方体周围和高低屋盖表面的风致雪漂移。首先采用四组网格,以立方体为研究对象进行网格无关性验证;随后模拟了立方体周围风场并比较了迎风中线的平均风压系数,结果显示k-kl-ω湍流模型与实测结果吻合较好;最后模拟了立方体周围和高低屋盖表面的积雪分布并与实测和风洞试验结果进行了对比,侵蚀、沉积趋势一致。

基于设计基准条件的台风边界层脉动风速谱建模方法研究

利用在博贺峙仔岛观测站实测的台风黑格比数据,在莫宁-奥布霍夫相似理论框架内提出了一种数据驱动的考虑设计基准条件的台风边界层脉动风速谱建模方法。首先基于均匀各向同性湍流能谱需满足的基本模型准则,将六参数脉动风速谱统一模型简化为四参数谱模型;之后基于高频区和低频区脉动风速谱特征建立了四个谱参数的理论表达式,并利用实测的台风黑格比数据将谱参数理论表达式进行参数化处理,进而提出基于设计基准条件的脉动风速谱建模方法;最后利用台风黑格比过程中任意选取的四个1 h时长样本对上述脉动风速谱建模方法进行了验证,表明其与实测样本的风速谱具有较好的一致性。

考虑结构尺寸效应的台风场阵风因子特性分析

为了克服现行固定时距阵风因子在进行结构抗风设计时潜在的不足,提出一种基于性能设计的阵风因子确定方法。首先,在极值理论所建立的阵风因子基础上,通过引入滑动平均滤波器与气动导纳函数等效的方法建立了考虑结构尺寸效应和平均风速的阵风时距确定方法;之后对常见的5种气动导纳函数进行分析得到了等效阵风时距计算公式;最后利用2006年到2008年间影响中国的三次台风过程实测数据,分别建立了A,B两类场地不同时距阵风因子曲线。研究结果表明:由Vickery通过实验测得气动导纳函数确定的等效阵风时距最大,由Newberry等实测得到的脉动风压相干函数经验式确定的等效阵风时距最小;综合五种气动导纳函数的计算结果,等效阵风时距可取为1.33倍的结构宽度与平均风速比值;随着场地粗糙度增加,阵风因子显著增大;实测台风场阵风因子大于规范给出相应场地类别推荐值。

极值风浪联合概率模型参数估计的简化方法

介绍了多变量极值理论及在其基础上建立风速和有效波高的极值联合概率分布的方法。由于该分布参数估计过程复杂,而且对工程师有较高的要求,因而不便于工程应用。通过相关系数估计该分布的相关模型参数的方法,推导了相关样本产生及其相关系数的检验方法;通过该方法产生相关样本,分析得到了风速和有效波高间相关系数对其极值变量的Logistic相关模型参数的影响规律,建立了它们之间的函数关系式。根据该公式可大大简化风速和有效波高极值联合概率分布的参数估计,使基于多变量极值理论的极值风浪联合概率模型实用化。