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.

基于小波包分析的脉动风速场功率谱估计方法

为适应屋盖结构随机脉动风速场谱分析的需要,根据数字信号处理基本原理和小波包分析理论,推导出小波包系数与功率谱的关系式,从而建立了一种基于小波包变换的随机信号功率谱估计的新方法.然后将该法应用于一个大跨屋盖模拟风速场的功率谱计算,检验了该法对随机信号的谱估计精度.计算结果显示,所提出的方法速度快、精度高,是一种适用于大型屋盖风速场的高分辨率谱估计算法.

平稳随机脉动风场模拟的高维概率空间选点法

为进行结构抗风可靠度分析,需对作用在结构上平稳随机脉动风场进行模拟。采用谱表达法描述脉动风场往往涉及成千上万个随机变量,会造成“维数灾难”问题。基于此,本文提出一类高维概率空间选点法保障模拟的精度和效率,主要由3个步骤组成:高维概率空间的分解、正交子空间选点和随机配对得到高维概率空间离散代表点及赋得概率。采用本文的方法模拟了某30层框架剪力墙结构上沿高度变化的水平风场,研究表明:本文的方法在二阶统计意义上具有很高的模拟精度和效率,可用少量的代表性样本构建完备的概率集合,进一步结合概率密度演化法可对结构风振响应进行精细化概率评价。

高层建筑周边三维瞬态风场的混合数值模拟

为了改进高层建筑周边瞬态风场数值模拟方法的计算效率,在随机流场生成方法和计算流体动力学(CFD)的基础上提出高效的混合型数值模拟方法.采用雷诺应力模型求解标准高层建筑模型(CAARC)周边的时均化湍流场,结合获得的雷诺应力张量修正瞬态风场的风功率谱.运用随机流场生成方法和快速傅里叶变换技术模拟得到该建筑周边的三维脉动风速场.以谱密度函数、互相关函数以及空间相关系数为特征指标量,对风速场模拟样本的物理和数值特征进行验证.研究表明:计算得到的风场满足流体不可压缩条件,与传统模拟方法的结果相比更符合风谱能量分布等真实大气湍流物理特征,证明提出的瞬态风场混合模拟方法可以高效准确的求解受建筑干扰后的真实三维脉动风速场.

风力机叶片周边瞬态风场的混合数值模拟

本文根据已有的三维瞬态风场混合数值模拟方法,首先利用k-ε湍流模型对风力发电机叶片周边的时均湍流场进行CFD数值模拟,用ESDU推荐的方法计算了叶片附近的Reynolds应力张量,并修正叶片周边风场的脉动风功率谱密度函数。基于随机流场生成方法逐点模拟了叶片周边的三维脉动风速场,为今后进行叶片脉动荷载的求解奠定了基础。

钱江四桥主跨车桥耦合振动分析

钱江四桥是一座结构非常复杂的组合跨径双层钢管混凝土系杆拱拱桥。规划中的杭州地铁 1号线从该桥下层通过。为确保成桥后轨道交通运行的安全性与乘坐舒适性 ,对该桥主跨进行了车桥耦合振动分析。采用数值方法模拟了脉动风速场及轨道不平顺。桥梁结构采用有限元模型 ,机车车辆被简化为车体、转向架和轮对并包含阻尼器及弹簧的两个悬挂系统的体系 ,每节车辆共有 3 1个自由度。根据车桥耦合关系 ,并考虑桥上轨道不平顺以及侧向自然风的影响 ,分别计算了 40km/h及 80km/h车速下车辆和桥梁的响应。分析结果表明 ,在车速为 80km/h、风速高达 2

风力发电机组风场模拟

为考虑风力发电机组桨叶旋转效应,准确确定作用在桨叶风荷载,研究基于旋转样本谱进行风场模拟的问题。基于旋转样本谱的物理机制,从脉动风速Fourier展开的角度出发,首先推导脉动风速Fourier展开系数互谱,结合δ函数的性质,提出基于物理机制的旋转样本互谱模型,并与旋转样本自谱共同构建了旋转样本谱矩阵。以旋转样本谱矩阵为基础,通过对其进行Cholesky分解,依据谱表现法实现风力发电机组脉动风场模拟。最后,结合典型的1.25MW三桨叶变桨距风力发电机组进行纵向风速场数值仿真。研究表明,该算法可以准确地模拟给定风环境的风力发电机组脉动风速时程。

小沙湾黄河特大桥风致抖振时程分析

小沙湾黄河特大桥地处峡管效应较大的风口处,是一座预应力混凝土高墩大跨连续刚构桥。以ANSYS有限元软件为分析平台,建立了该桥的成桥阶段和最大悬臂施工阶段的有限元模型。采用FORTRAN语言编制了基于Geodatis改进型谱表示法的脉动风速模拟程序。根据Davenport准定常理论由模拟风速求得作用于有限元模型节点上的时程抖振力,进而对成桥阶段和最大悬臂施工阶段的风致抖振响应进行时程分析。最后对静阵风荷载和脉动风荷载作用下的结构响应值进行了比较,得到脉动增大系数。