基于多层石墨烯薄膜的柔性传感器研究

为了在结构监测领域探索新型的传感材料和技术,对一种以多层石墨烯薄膜作为敏感材料的柔性传感器展开了研究,进行结构应变和冲击力信号监测。基于相似三角形的性质,设计了柔性传感器大应变范围内的标定实验,并通过悬臂钢梁实验对柔性传感器和电阻应变片的应变监测结果进行了比较。此外,还搭建了沙粒冲击实验平台,实现了沙粒在不同下落高度的冲击响应。实验结果表明:柔性传感器具有大变形的监测能力,可代替电阻应变片测量结构的应变,并可用于沙粒冲击力的测量,在结构监测领域具有广泛的应用前景。

玻璃纤维增强柔性冷水管截面设计及强度分析

海洋温差能因具有能源稳定、环保可持续等特点,而具有较高的开发利用价值.冷海水管设计是温差能电站建造的重要环节,为降低成本,提出一种分段设计方法.首先,利用ABAQUS软件对直径为1 m的大口径玻璃纤维增强柔性冷水管进行截面设计,并运用ORCAFLEX软件分析缓波形布置冷水管的整体受力情况;其次,根据整体受力分析结果将冷水管按深度分段,再通过ABAQUS软件建立局部分析模型,计算得到不同分段冷水管满足内压、外压、拉伸载荷及弯矩组合载荷强度要求的增强层最少纤维缠绕层数;最后,提出分段设计截面的方法.研究结果表明,采用分段设计截面的方法,可大幅减少冷水管纤维增强层材料的用量,降低冷水管的制作成本,为大口径玻璃纤维增强冷水管的设计提供参考.

基于流固耦合的单轴跟踪式光伏结构风致扭转研究

以某跟踪式光伏发电系统为研究对象,通过编写自定义程序代码UDF对Fluent进行二次开发,建立单轴跟踪式光伏结构的二维模型,研究其在风荷载作用下的扭转振动问题。研究结果表明:风速达到某一特值后,结构出现等幅周期性振动,发生软颤振现象,而其阻尼比对抑制扭转振动有一定的作用,这同实际情况较吻合;光伏组件倾角在0°~20°范围内时,倾角越大,扭转振动的临界风速越低。

基于二维代理模型的风力机尾流计算和风电场布局优化

针对现有风力机尾流采用计算流体力学方法(CFD)进行数值模拟遇到的网格数量多、计算资源需求大的问题,提出采用二维代理模型的风力机尾流数值模拟方法,并将此代理模型运用于风电场的布局优化中。首先对单台风力机的尾流进行数值模拟研究,并根据现场实测数据对模拟结果进行检验;其次将代理模型运用于多台风力机的风电场模拟中,分析风力机在不同来流风向角下尾流效应情况。最后结合风速风向玫瑰图计算多台等距矩形布置的风电场的年发电量,分析风电场与N(北)方向的夹角与风电场年发电量的关系。仿真表明:现场实测数据和模拟数据相关程度高且误差较小,验证了二维代理模型的可行性和计算结果的准确性。风电场与N(北)方向的夹角在0°~40°范围内时,夹角大于0°时的风电场年发电量均大于夹角等于0°时的年发电量;风电场布局优化时选择合适的风电场与N(北)方向的夹角有利于提高风电场的年发电量,提高经济效益。

基于无人机航拍的近地风场类别确定方法

应用无人机航拍城市地区地面的照片,通过对照片进行识别可快速获取地面建筑物信息,进而有效地获得测区内地貌状况并且实现参数化.通过建立地面粗糙度Z0与地面粗糙度指数α的对应关系可以确定该地区近地风场类别,同时应用无人机搭载风速仪对该地区的风场和风剖面进行实测并通过分析获得了该地区的近地风场类别,进而对采用两种方法获得的近地风场类别识别结果进行了比较.结果表明,通过这两种方法判定的场地类别一致,且相对误差在5%以内.该研究实现了依据实际地貌判定同目标建筑相关的风场类别,所用方法具有广泛的适用性,研究结果可为城市地区的建筑抗风设计提供新思路.

基于压电纤维复合材料的风沙冲击力传感器研究

沙尘暴是一种多发于沙漠等干旱地区的灾害天气,建(构)筑物常受其影响被侵蚀甚至产生破坏,这种破坏的本质是风沙两相流中沙粒对结构表面冲击产生细微损伤的积累。为了深入探索这种风沙两相流对结构的冲击作用和沙粒冲击力在结构表面的分布规律,研究了采用压电纤维复合材料作为力传感器来测量风沙流场中沙粒冲击力的方法,通过标定试验建立了压电传感器所受沙粒冲击力与其输出电信号之间的数学模型,构建了基于压电纤维复合材料的风沙冲击力传感器。分别采用高频测力天平和压电传感器测量低矮房屋迎风面在风沙风洞试验中所受到的沙粒冲击力,验证压电传感器测量沙粒冲击力的适用性和准确性。结果显示:两种测力方式的结果总体相差在-4.72%~5.80%,两种试验结果吻合良好;建筑物迎风面内侧所受到的沙粒冲击力大于外侧所受到的沙粒冲击力,沙粒冲击力的分布与表面风压力分布具有一定相关关系。研究成果可为结构防风沙灾害的相关研究提供参考。

基于超级计算的大规模跟踪式光伏发电阵列风压分布研究

首先对与跟踪式光伏组件结构相似的单个定日镜进行风洞测压试验和CFD数值模拟,然后将两种方法获得的结果进行对比,验证了该文所采用的CFD数值方法的可靠性。其次建立3种不同长宽比的跟踪式单体光伏组件模型,研究单体光伏组件在0°风向角下长宽比对其平均风压分布的影响。最后建立大规模太阳能跟踪器光伏阵列模型,对5种具有代表性意义的工况(来流风向角:0°、45°、90°、135°、180°)进行模拟研究,得到B类地貌风场条件下光伏组件群代表位置处光伏组件的平均风压系数分布规律。研究结果表明:来流风向角不同,光伏组件群中不同位置的光伏组件风压分布有所区别;45°和135°斜风向角下光伏组件所受平均风压最大,即45°和135°为最不利风向角;光伏组件群四周位置为组件群最不利受力位置。

基于实测风场的沿海风力机叶片流固耦合特性分析

采用无人机测风手段实测获得某沿海风电场的风场特征,将所测量的风场参数应用到后续数值模拟中。以某2 MW风力机叶片全尺寸模型为研究对象,基于Workbench平台建立流固耦合系统进行计算,通过对比近尾流风速分布的数值模拟结果与实测结果来验证数值计算的准确性,进而计算额定风速下旋转叶片的挥舞变形和等效应力等响应。结果表明:风力机叶片的挥舞变形在0°方位角时最大,最大变形为1916.4 mm,接近静力加载试验最大挥舞工况结果2299 mm;相同方位角下的挥舞变形沿着叶片展向呈非线性增大,0.60倍风轮半径处变形增长速度明显提高。叶片等效应力集中区位于大梁和前缘侧交界处,最大值出现在60°方位角下0.78倍风轮半径处,同时在风轮高度方向上呈非对称分布。

基于均匀设计法的定日镜群镜风力系数变化规律研究

根据部分工况的试验数据,通过均匀设计法和回归方程来得到全部工况的数据,以达到简化定日镜风洞试验、提高试验效率的目的,并在此基础上对定日镜群镜平均风力系数进行研究。首先,根据风洞试验得到群镜13个工况的平均风力系数值;其次,分别确定二元非线性回归方程,利用回归方程计算出全部工况下群镜的平均风力系数回归值;再次,通过对典型工况下平均风力系数进行研究得到其变化规律,并分析出全部工况下群镜平均风力系数整体的变化规律;最后得出群镜平均风力系数与单镜平均风力系数变化规律基本一致等相关结论。

浙南滨海丘陵地貌台风近地风剖面特性实测研究

基于浙江苍南滨海丘陵地貌测风塔(100m),实测获得了台风"莫拉克"登陆历程中不同高度风速及风向数据,并进一步研究了不同高度的平均风速和风向角、湍流度、阵风因子、相干系数、湍流积分尺度和功率谱密度等风剖面特性参数。研究表明:在测风塔所置浙南滨海丘陵地貌,台风作用下不同高度处的10min平均风速和风向角的变化非常同步,指数律能较好的反映风速沿实测高度范围内的分布规律;随着高度的增加,湍流度、阵风因子呈逐渐减小的趋势,湍流积分尺度均值呈逐渐增加的趋势;湍流度与我国规范差异较大,国家规范偏于保守;湍流度与阵风因子之间基本为线性关系,随着湍流度的增大,阵风因子相应增大,且随着高度增加,线性关系的离散度逐渐变小;顺风向湍流积分尺度的中位数剖面与日本规范较为接近;脉动风速的功率谱密度在顺风向与Von Karman谱在拟合较好,尤其是100m处,而在横风向相差较大;随着风速仪间距增大,相关性迅速变弱,同等间距时,高处要比低处的相关性好。

台风“玛莉亚”作用下风场结构特征现场实测研究

研究台风下不同环境风场结构特征变化规律对分析建筑结构的风效应和防灾减灾具有重要的指导意义。本文基于2018年8号台风“玛莉亚”过境时温州实测点A多普勒声雷达及实验楼B屋顶风速仪的风速实测数据,依据对数、指数和D-H模型理论,运用统计学的积差法及假设检验方法进行相关性分析,并对实测点A水平及竖向风剖面曲线进行变化规律探索,分析总结得到如下结论:不同地貌类型下高度相同两个相距6.21km实测点的水平平均风速及风向线性变化具有高度相关性,风速越大、时段越短,则相关性越强;水平方向风剖面拟合曲线在影响期与指数律模型相当接近,在稳定期则趋于D-H模型,风剖面拟合粗糙度指数a随水平平均风速的增加而减小;由风廓线样本计算获得的边界层高度平均值为1421m,较荷载规范取值及良态风计算值分别增大3.06倍、1.78倍;相对水平方向,竖直方向平均速度变化激烈,竖向风廓线指数律拟合指数随竖向平均速度的增加而增大。

基于Revit的二次开发在脚手架设计中的应用研究

通过借助于Revit API函数,重点研究基于Revit平台的扣件式钢管脚手架程序开发.具体方法是创建脚手架所需族构件,以C#作为程序开发的语言来编程,借助于Revit API把零散琐碎的脚手架建模工作自动化,实现快速建模,同时将脚手架的计算功能集成到Revit中,达到在BIM平台下脚手架专项工程安全计算和智能建模目的.并以一个工程实例来测试程序的稳定性与适用性.程序最终能够实现在较短的时间一键智能创建符合工程要求的脚手架三维可视化模型,且模型携带丰富的工程信息,大大提高了设计人员和施工人员的工作效率.

树木风荷载与流场特性的风洞试验

【目的】研究不同树木布置方式下风荷载与风速的关系,同时分析树后流场特性,以期初步探明树木间存在相互干扰时的风荷载与流场特性,进而为树木防护和树木抗风提供依据。【方法】以豆瓣黄杨为试验树木,通过风洞试验,探讨单株、一排和一列3种布置方式下树木风荷载与风速的关系,同时对单株和一排布置下树后特定平面的流场特性进行研究。【结果】3种布置方式下树木所受到的阻力与倾覆力矩均随风速的增大呈幂函数增大;一排布置下树木的受力略小于单株布置情况,但两者差值随着风速的增大呈减小趋势,一列布置下树木的受力显著减小,其阻力值仅为单株布置时的1/3;单株和一排布置下树木的阻力系数与倾覆力矩系数均随风速的增大呈幂函数减小,一列布置下树木的阻力系数基本不受风速变化影响,倾覆力矩系数则随风速增大近似线性增加;在10 m·s^-1的来流风速下,单株布置下树后横风向平面内相对风速最小值为0.47,相对湍流度最大值为2.1,相对风速与相对湍流度的等值线均以树冠为中心呈辐射状分布,一排布置下树后横风向平面内相对风速最小值为0.42,相对湍流度最大值为2.2,相对风速与相对湍流度的等值线均以树冠为中心呈平行带状分布,2种布置下树后顺风向平面内相对风速与相对湍流度的等值线均以树冠为中心呈椭圆线分布【结论】树木风荷载随风速的增大近似呈幂函数增加,但树木间的相互干扰会对树木风荷载产生影响。风速相同时,单株、一排和一列三种布置方式下树木所受到的阻力和倾覆力矩均依次减小。树木的背风面存在风影响区,此区域的流场特性会发生显著改变,体现为风速降低和湍流度增大。单株布置时树后风影响区为以树冠为中心的辐射状区域,一排布置时树后风影响区为相对连续的区域。

强风作用下树木周围流场的数值模拟研究

为了研究强风作用下树木的周围流场,将树木树冠简化为多孔介质,采用附加源项法模拟树木对风场的干扰作用,开展数值仿真研究。研究结果表明:在同一风速下,树木对树后流场的影响数值模拟结果与风洞实验结果一致,在顺风向,以树冠为中心,呈椭圆形以放射状向四周扩展,距离树冠中心越远,树木对风速的削弱效果越小,对湍流度的影响也越小;在横风向,树后1倍树高平面(X=H)内,树木遮蔽区域的形状与树冠的轮廓线相重合;在不同风速下,随着风速增加,树木孔隙率逐渐增大,阻力系数也相应减小,距离树干后1倍树高处风剖面的相对参考点风速最小值逐渐增大,相对参考点湍流度最大值逐渐减小。综合上述结论,模拟的风场与风洞试验测量的风场类似。

非同步采样的高层建筑模态识别

鉴于结构模态识别对采样时间同步性的高要求,本文提出了一种在环境激励下利用同步性未知的脉动响应信号来识别结构模态的新方法。该方法首先对非同步采样下某高层建筑多个楼层的振动加速度时程信号进行插值和滤波处理,并利用相关系数完成了参考楼层与移动测量楼层加速度时程信号间的校准,纠正了不同楼层之间加速度的时间差异。结果表明同步后的加速度时程能够识别高层建筑振动的前3阶振型与自振频率,且该振型满足正交性要求,证明了该方法在结构模态研究中的适用性和有效性。

应用等离子体激励抑制风力机叶片噪声的数值仿真研究

为研究如何降低风力机叶片表面风压与噪声,应用数值模拟方法研究在风力机叶片前缘表面施加等离子体激励对风力机叶片表面风压与噪声的抑制作用。结果表明:叶片的噪声主要产生在叶尖压力面前缘负压区。如施加前缘射向后缘方向等离子体激励,叶片压力面前缘负压峰值及中部负压略微增大,噪声声功率级增大;而施加后缘射向前缘方向等离子体激励,叶片压力面前缘负压峰值及中部负压减小,噪声声功率级减小。来流风速为10 m/s,风力机叶片在17.5 r/min转速下施加前缘射向后缘方向等离子体激励后风力机叶片噪声最多可降低7.72 dB(12.19%),在14 r/min转速条件下施加后缘射向前缘方向等离子体激励后风力机叶片噪声最多可降低7.56 dB(15.25%)。

等离子体流动控制试验与仿真对比研究

采用数值模拟与风洞试验相结合的方法,研究了当来流风速为7 m/s、湍流度小于10%时,在4种不同方向的等离子体射流激励下,低矮房屋平屋面上流动分离的规律.研究结果表明:施加顺风向等离子体激励,能减小屋面的平均风压系数和极值风压系数;施加逆风向等离子体激励,能增大屋面前檐的平均风压系数和极值风压系数,同时减小屋面中部及后檐的平均风压系数和极值风压系数;施加引起由中间射向两边的等离子体激励,能增大屋面前檐的平均风压系数和极值风压系数,能减小屋面后檐的平均风压系数和极值风压系数;施加引起由两边射向中间的等离子体激励,能减小屋面前檐以及屋面后檐的平均风压系数,同时能增大屋面中间的平均风压系数和极值风压系数.

某高层建筑结构风致扭转响应特性研究

应用RA013新型扭转角加速度计,实测了海口某高层建筑第8、16、24、32层的扭转角加速度响应。通过对扭转角加速度信号的时域统计分析,发现扭转信号波峰因数与峰度呈正相关的线性关系,在台风作用下扭转向响应不能忽略,且随着平均风速的增大扭转信号趋向于高斯分布。时域上的相关性分析和频谱特性分析表明在台风作用下的扭转振动中一阶振型起绝对主导作用。通过RDT(随机减量法)识别出的一阶扭转振型阻尼比随信号幅值增大而增大,二三阶阻尼比离散性较强未有明显趋势,表明高层结构风致扭转响应主要依靠一阶振型耗散能量。有限元模型前三阶频率与振型和实测信号FDD(频域分解)法识别结果符合良好,随着阶次上升,振型频率差异增大。

六旋翼无人机旋翼转动对测风准确性的影响研究

旋翼无人机可以代替桅杆实现风场的定点或多点同时测量,但是旋翼转动引起的扰流会对测风的准确性产生影响。利用不同高度的支架,在六旋翼无人机上搭载超声波风速仪进行风洞试验,探究旋翼转动对无人机中心上方各高度处风场的影响以及不同风向角和机身倾斜对测量准确性的影响。结果表明:除个别工况外,旋翼转动均会引起较大的风速相对误差;旋翼转动引起的风速误差随高度呈先增大后减小的趋势;机身水平时,随高度增加,各工况下的风速绝对误差趋于一致,且控制风速大于6 m/s时,风速相对误差随风速增大而减小;旋翼转动对风向角测量基本没有影响。研究结果可为多旋翼无人机搭载测风仪器直接测风的实际应用提供参考。

农作物抗风研究综述

我国幅员辽阔且海岸线蜿蜒变化,每年由大风引起的农作物(香蕉、小麦、水稻、甘蔗、玉米等)倒伏、减产呈上升趋势,经济损失巨大,因此农作物抗风研究的开展具有重要的经济意义。通过回顾农作物近地面风场、农作物弹性模量与倒伏特性、以及农作物风荷载与风致响应在国内外的研究现状,总结了农作物抗风研究中存在的不足与问题,据此提出了进一步的研究方向。