基于TMD的大跨度斜拉桥风致随机振动控制研究

本文开展基于TMD的大跨度桥梁风致随机振动控制研究.建立了随机风荷载作用下桥梁—TMD系统随机振动响应分析的虚拟激励分析程序.提出了随机振动响应控制的TMD参数优化方法.以西固黄河大桥为背景,开展了实际桥梁的风致振动控制分析.结果表明:基于本文方法TMD参数优化后振动控制效率可提高近9倍,横向随机位移响应的控制效率可达到28.83%,横向随机加速度响应的控制效率可达到28.8%.

风浪作用下海上风电结构动力响应数值仿真

为了能够更好利用海洋资源,提高发电效率,提出了风浪作用下海上风电结构动力响应数值仿真方法。建立波动力平衡方程获取海波谱,计算出风场平均波高与周期。利用离散频谱逼近目标随机过程,用互功率频谱密度矩阵求拟脉动风场的风速时程曲线,将平均风速和谐波叠加风速相加,得到单位高度风荷载。按照拟层流风波产生机理,构建波浪谱模型,采用莫里森公式计算结构波浪荷载,考虑风浪间的相关性,将波浪参数代入风浪谱,得到风电结构响应数值。通过仿真得出在不考虑波面高度变动的情况下,波面力在波峰处被低估,在波谷处被高估,波面高度的变化会对风电结构动态响应产生一定影响,得出结果可以为保障电能效益提供参考。

基于改进Cao算法的SSA与误差修正的超短期风电功率预测

针对风电历史信息运用不充分和未充分挖掘机器学习模型潜力的问题,提出一种特征奇异谱分析和模型误差修正的超短期功率预测。首先,利用随机森林分析不同特征对输出功率的影响程度,并利用累积贡献率进行特征提取。其次,通过改进的Cao算法确定奇异谱分析最佳嵌入维数,对提取的特征实现降噪处理,从而构建风电功率预测模型。最后,利用预测值与真实值的误差构建误差预测模型,通过预测的误差来修正功率预测的结果。以国内某小型风电场算例结果表明,所提方法较卷积神经网络-长短期记忆(CNN-LSTM)预测模型均方根误差(RSME)和均方误差(MSE)分别降低45%和53%,验证了所提模型的有效性。

随机风谱研究及其在海岸工程应用述评

作为海岸工程重要动力因素之一的风是随机的,但在实际应用中大多仍作为恒定过程考虑。介绍了随机风谱研究的基本状况、理论基础和常用的一些谱形式并进行适当地评述,对今后海岸工程随机风谱研究及应用进行展望,可供海岸工程设计和研究参考。

多国荷载规范中阵风荷载因子的比较研究

将我国的《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001)与美国(ASCE7-98)、日本(RLB-AIJ2004)、加拿大(NBC1990)和澳大利亚(AS1170.2)几国规范进行了比较研究.首先总结了各国规范所采用的Davenport提出的经典抗风设计方法——阵风荷载因子法(GLF),然后对包括平均风速剖面、湍流强度、脉动风速谱类型进行了比较.美日加澳都将GLF取为一个恒量,相当于"位移风振系数",中国规范中的风振系数却是随高度变化的量,相当于"惯性力风振系数".

风暴中船舶安全池破损问题

选用实际在航货船船型,运用理论和模型试验相结合的方法确定非线性横摇运动方程各系数,研究了随机波浪和随机风中船舶安全池的破损问题。引入定量分析方法,考虑扰动波谱(例如ITTC谱)对安全池破损的影响以及脉动风速谱的作用,进一步揭示了安全池破损的内在机理及影响因素。本文认为,计算安全池时应选择合适的扰动波谱,风速脉动特性的影响是不能忽略的。

实测风场的随机Fourier谱研究

根据国内某大桥桥址处实测风速资料,获得了该地区风场10 m高平均风速U10、地面粗糙度z0的统计概率特征,以及纵向脉动风速Fourier谱曲线;基于Kolmogrov理论,提出了随机Fourier谱经验公式,应用随机建模理论和非线性优化技术,获得了实测风场的随机Fourier幅值谱函数以及基本随机变量的概率密度函数。与实测资料Fourier谱样本集合的比较表明,本文建立的随机Fourier谱能够很好地表征实测资料Fourier谱的随机性。同时,通过实测风速资料,进一步验证了本文提出的随机Fourier谱具有很好的通用性。

基于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟

为了准确确定作用于桨叶和塔体的风荷载,研究了基于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟问题.依据随机过程的随机函数描述,提出了基于物理机制的旋转Fourier互谱,有效地考虑了桨叶旋转效应和桨叶上不同点风速之间的相关性.然后,对旋转Fourier谱(随机Fourier谱)作逆Fourier变换,实现了桨叶(塔体)的风场模拟.最后,结合典型的1.25 MW三桨叶变桨距风力发电高塔系统,进行了纵向风速场数值仿真研究.算例表明,该算法可以准确地模拟给定风环境的风力发电高塔系统脉动风速时程.

带悬吊质量摆减振系统的建筑结构随机风振响应的解析解法

通过建立悬吊质量摆减振体系的一般运动方程,将主体结构按第一振型展开,并针对所得方程为非经典阻尼运动方程,用复模态理论解耦,利用随机振动理论获得结构风振响应的解析式,并将建立结构分解为系列等效单自由度体系方法,继而利用等效单自由度体系的随机风振响应的解析解,获得了带悬吊质量摆的建筑结构基于Dav-enport谱随机风振响应和等效风荷载取值的解析解.

雷暴风三维脉动风速场数值模拟

基于壁面射流模型,将雷诺应力模型(RSM)计算得出的Reynolds应力张量引入Letchford谱和Panofsky谱,利用大涡模拟(LES)计算得出的脉动风速结果对其进行验算.对偏差较大的风谱函数进行进一步修正,得到与LES计算结果较吻合的自功率谱函数.结合随机流场生成技术和快速傅里叶变换技术,提出满足不可压缩条件和点相干函数的适用于雷暴风三维脉动风速场的高效的数值模拟方法.为了验证该方法的合理性,选取流场中水平径向风速较大处在高度方向上逐点生成三维脉动风速,对每个点的模拟结果从自功率谱函数和时间相关函数两方面进行验证.模拟值与目标值的吻合效果良好,说明采用提出的方法可以高效、准确地模拟出雷暴风的三维脉动风场.

非平稳脉动风速的数值模拟

非平稳脉动风速的数值模拟关键因素是要获得时变功率谱。根据进化谱理论,时变功率谱可以通过某个确定性调制函数对现有平稳功率谱(例如kaimal谱、Davenport谱或Simiu谱)进行调制而获得。但是,目前并没有值得认可的功率谱调制函数,以至于非平稳脉动风速的模拟很少被关注。为了获得合理的调制函数来实现非平稳脉动风速的模拟,首先,将某一段时间[0,T]内的非平稳脉动风速离散成n=T/Δt段足够短时间Δt内可以近似为平稳脉动风速的时间序列;其次,当Δt→0时,通过组合n段平稳脉动风速的功率谱来获得时变功率谱;最后,通过将获得的时变功率谱等于进化谱而推导出相应的调制函数,并运用谐波合成法模拟了三个空间点的非平稳脉动风速。

随机风浪荷载作用下近海风机塔架动力响应分析

近海风机在随机波浪荷载作用下的动力反应是近海风机结构设计中的关键问题之一。用谐波叠加法研究了随机风、浪荷载时程的模拟方法,并探讨了考虑波浪波面高程变化时的波浪力计算方法。分两种荷载工况,采用动力有限元法计算了海上风机在随机波浪荷载作用下的动力反应,探讨了波面高程变化对于海上风机动力响应计算的影响。计算结果表明,当不计波面高程变化时,波浪力在波峰位置被低估,在波谷位置被高估,波面高程变化对风机塔架动力响应计算结果将产生影响,在实际工程中应予以适当考虑。

随机Fourier谱风场仿真算法的验证

在随机Fourier谱风场仿真算法的基础上,进一步考察随机仿真风速场能否体现给定风环境的随机特性.这一考察建立在仿真风场与目标风场之间的随机Fourier谱和随机相干函数的均值谱、标准差谱的对比之上.实例分析表明,随机风场数值仿真算法可以准确地反映风场的随机性.

基于特征变权的超短期风电功率预测

针对当前风电功率预测过程中历史信息利用不充分及多维输入权重值固定忽略了不同时间维度的特征重要性的问题,提出一种基于特征变权的风电功率预测模型。该方法利用随机森林(RF)分析不同高度处的风速、风向、温度等气象特征对风电输出功率的影响程度,并利用累积贡献率完成气象特征的提取。对提取的特征及历史功率信息利用奇异谱分析(SSA)去噪,以去噪后的数据作为输入建立级联式FA-CNN-LSTM多变量预测模型对超短期风电功率进行预测。通过在CNN-LSTM网络中增加特征注意力机制(FA)自适应挖掘不同时刻的特征关系,动态调整不同时间维度各输入特征的权重,加强预测时刻关键特征的注意力,从而提升预测性能。基于某风电场实测数据的算例分析表明,所提方法可有效提高超短期风电功率预测精度。

风力发电高塔系统风致随机动力响应分析

介绍了一种高精度且高效的随机动力系统分析方法—广义概率密度演化方法。基于广义概率密度演化方法,结合随机脉动风场物理模型和"桨叶-机舱-塔体-基础"一体化有限元模型,分别对1.25MW风力发电高钢塔和钢筋混凝土风力发电高塔进行了风致随机动力响应分析,并将分析结果同确定性动力响应分析结果进行比较。研究表明,随机性对风力发电高塔系统结构风致动力响应分析的影响非常显著。

带粘滞阻尼器结构随机风振响应分析

本文针对带粘滞阻尼器的高层建筑结构的随机风振响应和等效静态设计风载取值进行了系统研究。采用复模态理论解耦,并利用随机振动理论获得结构风振响应的解析式,建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,继而利用等效单自由度体系随机风振响应的解析解,获得了带粘滞阻尼器的高层建筑结构基于现行规范Davenport谱随机风振响应的解析解,并给出算例,从而建立了非经典阻尼非对称的被动控制结构基于Davenport谱随机风振响应和风载取值的一般解析方法。

基于EMD和小波变换的结构风振高阶参振模态识别

为了确定结构随机理论求解中的高阶参振模态数目,采用经验模式分解(EMD)与小波变换相结合的方法分析结构气弹模型自激响应数据信号的时-频-谱联合特性,从原始信号中分解出固有模态函数(IMF),再对各个IMF进行小波变换提取信号特征参数,从而识别出结构风振随机计算所需的高阶参振模态截止频率,并将识别结果与直接采用随机理论对不同参振模态的计算结果进行对比验证.结果表明:该方法能够准确地识别出结构风振高阶参振模态,并能在任意敏感的频段捕捉到信号变化的局部特征,能更清晰地刻画信号能量随时间、频率的分布.通过数值模拟和对结构响应的随机理论计算论证了该方法的有效性和实用性.

大跨度输电线的脉动风荷载模拟

以湛江地区某大跨度输电塔线体系为实际工程背景,研究大跨度输电线的脉动风荷载模拟问题。基于随机振动理论的输电线多维脉动风荷载模拟方法和脉动风荷载模型,采用有限元方法建立了该塔线体系的导线分模型,并考察其振动基频和振型。模拟结果表明:随着输电线节点竖向高度的增大,其脉动风速迅速增加;某一输电线的跨中节点脉动风速明显小于两端节点的脉动风速。

风荷载作用下石油井架的动力可靠性研究

用概率统计与结构动力学理论相结合的方法研究了石油井架在风荷载作用下的随机响应。根据首次超越概率理论,分别用Poisson公式和Vanmarcke修正公式求得了3200m前开口井架的动力可靠度,用计算实例证明了此方法及计算程序的可行性。

脉动风速连续随机场的降维模拟

基于标准正交随机变量的波数谱表示,通过定义标准正交随机变量集的随机函数形式,建立了连续时空随机场模拟的波数谱-随机函数方法。同时,引入快速傅里叶变换(FFT)的算法,极大地提高了波数谱-随机函数方法的模拟效率。在波数谱-随机函数模拟方法中,仅需两个基本随机变量即可在概率密度层次上描述时空随机场的概率特性,并利用数论方法选取基本随机变量的代表性点集,实现对连续时空随机场模拟的降维表达。数值算例表明,当模拟相同数量的样本时,综合考虑模拟的效率和精度两方面,该文方法与传统的波数谱表示方法不分伯仲,但该文方法所需的基本随机变量最少,生成的代表性样本数量少且构成一个完备的概率集,从而可结合概率密度演化理论实现结构随机动力反应及动力可靠度的精细化分析。最后,结合Kaimal风速谱及Davenport空间相干函数模型,模拟了水平向脉动风速连续随机场,验证了该文方法的有效性和优越性。