脉动风速互随机Fourier谱函数

为了在随机Fourier谱中考虑风场的空间相关性,首先在经验物理关系的意义上定义了互随机Fourier谱,其表达式由两个随机过程的随机Fourier谱和一个可以反映风场空间相关性的随机相干函数组成;然后,利用现场实测风速资料,研究并建立了实际风场的随机相干函数的经验物理模型;最后,基于假设检验理论,确定了互随机Fourier谱函数中基本随机参数及其概率密度信息。实例表明,建立的互随机Fourier谱函数可以在概率的意义上很好地表征实际风场的空间相关性。

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。

基于随机Fourier谱的地震动合成研究

本文基于与物理随机模型相对应的随机Fourier谱,通过对地震动非平稳性及其所受影响机制的分析,建立了非平稳地震动合成的新方法。通过引入基本相位差谱,并将初始相角视为随机变量,以相位差谱的分布特性、随机地震动的统计特征以及对结构随机反应的影响为原则,利用计算机程序生成相位差谱,提出了基于随机Fourier谱的合成地震动方法。同时,利用快速FFT技术提高合成精度。根据本文提出的合成方法获得的地震动具有非平稳特性,将为后续研究工作提供合理的地震动加速度时程。

脉动风速功率谱与随机Fourier幅值谱的关系研究

功率谱密度函数是随机过程在频域内的重要特征量,但由于其本质上是平稳过程的频域数值特征,致使其很难全面反映原始随机过程的概率信息,这就需要从更本源的意义上考察随机过程。本文试图从Fourier随机函数的角度反映随机过程,将经典的功率谱密度函数中具有物理意义的可测变量看作随机变量,利用功率谱与Fourier幅值谱的关系,定义了随机Fourier幅值谱;以Davenport谱为例,证实当地面粗糙度服从对数正态分布、10m高度基本风速服从极值Ⅰ型分布时,可通过功率谱构造具有物理意义的随机Fourier幅值谱。通过实测风速Fourier谱与随机Fourier幅值谱的比较,证明随机Fourier幅值谱的概念具有合理性。

多点随机振动控制中的互谱矩阵研究

多振动台随机振动实验中必须设置完整的参考谱矩阵。针对控制点之间互谱和自谱的关系 ,本文提出了将参考谱矩阵的正定性作为其能否物理可实现的判定条件 ,并为具有控制点之间完全相干要求的谱矩阵建立了类似 Cholesky分解的方法。利用优化逆系统求解驱动信号 ,避开了传统控制方法中直接对频响函数矩阵求逆的过程。仿真算例表明对控制点之间互谱的控制效果令人满意。

基于随机Fourier谱的风场仿真

研究了由随机Fourier谱生成具有特定场地风荷载统计特性的样本函数的问题.首先对随机风场模型进行了描述,然后利用谐波合成的方法,在对互随机Fourier谱矩阵进行Cholesky分解的基础上,通过一组余弦函数的和对随机脉动风速场进行了模拟.最后,结合一20层平面框架结构纵向风速场的仿真问题进行了数值仿真研究.算例表明,所提算法可以准确地模拟给定场地特性的脉动风速时程.

脉动风速随机Fourier波数谱研究

从物理机制出发,建立了具有扎实物理基础的脉动风速随机Fourier谱模型.首先,基于大气湍流物理图景,阐述了湍流中的涡旋尺度和风速能谱不同子区的对应关系.以脉动风速在剪切含能子区和惯性子区所符合的不同幂次规律为基础,建立了随机Fourier谱模型,指出上述两个子区分界波长lc对应实际物理过程中含能大涡尺度和平衡范围涡旋尺度的分界值.本质上,lc是一个随机变量,影响lc的主要因素是湍流涡量和剪切率的比值.利用实测数据,建立了lc和剪切率以及Fourier谱模型中各参数的关系.最后,以地面粗糙度和10min平均风速为基本随机变量,湍流强度为牵连随机变量,得到了分界波长的分布以及以双线性函数为特征的随机Fourier波数谱.理论预测结果和实际观测结果符合良好.

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.

多维随机振动试验中的互谱控制技术

文章研究了多维随机振动试验控制中的互谱控制技术,给出控制策略及互谱控制算法,阐述了相关技术。介绍开发出的原理样机构成及控制原理,通过对二维系统的控制试验,验证了控制效果。试验结果表明:采用的控制算法可行,控制方案达到随机控制试验要求。

受控相位随机化的互谱估计用于双传声器降噪

相干函数在双传声器语音增强中被广泛用于抑制非相干噪声,但其对部分相干的扩散噪声和强相干的方向性干扰缺乏处理能力,经常需要额外算法步骤另行处理。本文提出在互谱估计的的过程中,引入对目标信号方向的先验,当单个互谱样点的相位处在目标区域之外时,将其相位随机化,然后进行时间平均,得到一个修改的互谱估计,进而可以得到修改的相干函数估计。其可以在基于双传声器的语音增强任务中,直接作为增益函数应用于幅度谱修正框架中,达到同时抑制非相干噪声和方向性相干干扰的目的。统计仿真实验和实际实验均验证了本文方法的有效性。

逆虚拟激励法；路面谱；随机振动；车辆振动模型

采用逆虚拟激励法对随机路面谱的识别方法进行了理论推导，并用确定性方法求解车辆平稳随机振动路面谱的识别问题．求解过程中通过给定车辆振动响应的自功率谱和互功率谱，反求路面激励功率谱，然后再计算得出车辆对路面激励的振动响应功率谱．通过模拟仿真，对比了计算路面谱与实际路面谱的差异，验证了推导结果的有效性．研究结果表明，逆虚拟激励法在求解车辆振动响应路面谱方面，具有很好的求解精度和计算效率．该方法为车辆振动平顺性的研究提供了新的思路和方法，具有很好的应用前景。

多向随机波浪的方向谱分析

针对由多点波面资料进行方向谱分析过程中发现的问题 ,利用数值模拟的方法研究了互谱分析中光滑点数、光滑次数、采样长度、采样间隔、波浪入射方向、波浪的多向性等因素对方向谱分析结果的影响 。

基于双通道DFRFT互谱法的Chirp信号时延估计

针对脉冲Chirp类信号的时延估计问题,理论推导了基于离散分数阶Fourier变换的脉冲Chirp信号的特性,分析了当时延参量等效的分数阶Fourier域的频率大于采样率时,脉冲Chirp信号的分数阶Fourier域谱产生混叠,造成时延估计模糊的问题,并提出基于离散分数阶Fourier变换(DFRFT)双通道互谱法进行时延估计,给出两个通道采样率选取的原则及算法的性能分析,实验结果表明,在一定的采样率下,算法能够快速精确地估计脉冲Chirp信号的时延参数.

支持向量机与谱表示法模拟随机场及在可靠度中的应用

本文在传统的谱表示法的基础上,引入基于马尔可夫链改进的支持向量机法与谱表示法耦合,提高了传统的谱表示法在模拟多维多元随机场参数间互相关性的精度,并将此方法用至武汉市轨道交通7号线一期工程,评价该地铁中过江段的可靠度。数值算例表明在样本数量较少的条件下,基于耦合算法模拟随机场不仅能有效的描述变量的自相关性,而且能够准确的描述变量间的互相关性,弥补了传统的谱表示法在模拟互相关性方面的不足,为解决小样本条件下模拟多维多元随机场提供了一种有效的途径。且基于马尔可夫链的支持向量机法收敛速度更快,能够明显减少计算次数,提高计算效率,更适用于实际工程。

影响随机噪声CCA法勘探的关键因素试验研究

随机噪声观测技术的潜在应用前景已被众多学者公认,但由于噪声源复杂、观测方式特殊等因素,导致随机噪声勘探法仍处于探索阶段。为推动随机噪声勘探法的实际应用,本文通过现场试验数据,计算了不同采样率、采样时长、台阵半径和不同应用场景中随机噪声的Fourier谱、功率谱密度和相关系数,分析了不同应用场景的信号特征,研究了不同因素对探测结果的影响规律,以期解决城市环境中常规物探方法难于开展或根本无法开展的难题。结果表明不同应用场景中,随机噪声呈现出不同的有效频带,详细了解这一特征有助于指导施工设计;采样率会影响观测精度,试验证实在满足采样定理的前提下采用较高的采样率能够获得更好的测量结果;较短的采样时长仍能获得高质量噪声数据,但受限于随机噪声复杂性,需要通过现场试验获得最佳采样时长;更小台阵半径仍能保证随机噪声的时空平稳性,有利于拓展随机噪声勘探法的应用领域。

人群跳跃荷载的互功率谱模型

将人群跳跃荷载视为联合平稳随机过程,提出相干函数并结合已有的自功率模型,构建跳跃频率一致和不一致两种典型情况下的互功率谱模型。利用三维动作捕捉技术克服了人群跳跃荷载试验中同步测试的难题,并验证结果与测力板方法的一致性。由试验数据获得人群跳跃频率的分布和相干函数参数的取值。利用所提出的互功率谱模型,由随机振动理论计算结构加速度响应的自功率谱和均方根值。理论预测结果与已建大跨楼盖的实测响应结果对比表明,所建议的互功率谱模型和计算方法合理,可用于人群跳跃荷载作用下结构响应的计算与分析。

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。

随机风场模拟的连续本征正交分解-随机函数方法

在时-空随机场的连续本征正交分解(POD)基础上,通过引入正交随机变量集的随机函数表达形式,提出了时-空随机场模拟的连续本征正交分解-随机函数法。基于互功率谱密度函数的连续POD法将时-空随机场表达为有限个本征模态的叠加,实现了对原时-空随机场的高效降阶处理;正交随机变量集的随机函数表达,则实现了仅用两个基本随机变量即可在二阶统计意义上对原时-空随机场的精确描述。与传统的POD方法相比,本方法所需的基本随机变量最少,且生成的脉动风速代表性时程可构成一个完备的概率集;最后,以Kaimal脉动风速谱为例,进行了水平向随机风场的模拟分析,验证了该方法的高效精确性。

信号调制噪声的单模激光随机共振

将噪声和信号以相乘的形式引入单模激光系统,采用线性化近似方法计算了具有色关联的色泵噪声和色量子噪声驱动下光强的相关函数,通过对相关函数的傅里叶变换,得到光强的功率谱及信噪比.研究结果表明,不仅信噪比随着泵噪声自关联时间τ1的变化可以出现随机共振现象,研究输出总信号功率随着泵噪声自关联时间τ1的变化时也发现了共振现象.并详细讨论了输入信号频率Ω及激光系统本身性质的参量γ对随机共振的影响.

基于拟层流风波生成机制的海浪谱模型

海浪谱的能量可以视为由具有不同相速度的谐波携带的能量所组成。基于对风波形成、发展过程的认识,认为各组成谐波的能量由谐波自平均风摄取而来,由此根据拟层流模型推导出谐波能量密度的计算公式,建立以等效风速和峰值频率等为基本参数的海浪谱模型——随机Fourier函数模型,并给出了确定谐波频率、波长、相速度、振幅以及等效风速等模型参数的原则和计算方法。在59个实测样本谱基础上,采用随机建模方法确定模型参数的取值及其概率分布。结果表明,海浪谱模型可以很好地预测谱能,所计算的物理谱与实测谱均值吻合良好。