基于数据截断和变间隔插值的空间脉动风场模拟

对大跨度桥梁空间脉动风场模拟提出一种改进的谐波合成法。研究分解谱函数随频率的变化规律,确定分解谱函数矩阵不同位置元素对应的有效截止频率。对互谱矩阵的Cholesky分解仅需在插值节点频率进行,而对于其他频率点的分解谱函数则采用三次拉格朗日插值拟合,并探讨不同插值节点间隔对拟合精度的影响。根据谐波合成法中相关矩阵的特点,仅对下三角部分采用一维存储,以节省存储空间。综合考虑计算效率和拟合精度,提出变间隔插值算法。对某一大跨度斜拉桥进行空间脉动风场的模拟。研究结果表明:随着频率增大,分解谱函数矩阵非对角线元素超过峰值后迅速单调趋近于0,即当频率超过其对应的有效截止频率后,分解谱函数对风速的贡献可忽略,据此即可对计算过程进行合理截断;分解谱函数在低频部分线形变化显著,宜采用较小的插值节点间隔,而在高频部分线形比较平缓,可采用较大的插值节点间隔。通过检验风速样本的功率谱密度函数和相关函数,验证了改进谐波合成法的正确性、高效性和可靠性。