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。

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。

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。

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.

基于随机Fourier有监督特征变换降维算法的人脸检测方法

针对传统人脸检测方法采用空间向量对复杂环境下的高维度人脸特征进行辨识时,存在检测效率低、检测精度差的问题,提出一种基于随机Fourier有监督特征变换降维算法的人脸检测方法.首先,通过随机Fourier映射随机形成大规模多维候选集合,采用特征选择算法获取特征集内的最佳子集;其次,基于l_(2,1)范数的极限学习机,产生高斯核拟合效果的随机映射,利用l_(2,1)正规则化过滤掉人脸随机特征中的无价值及冗余特征,并对该过程进行优化,提高人脸特征降维的精度;最后,采用基于降维特征与Adaboost算法的人脸检测方法获取的降维特征,通过Boosted级联算法获取级联分类器,实现人脸特征的准确检测.实验结果表明,该方法的漏检率和误检率均为8%,平均检测时间为118ms,运行效率和检测精度均较高.

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.

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。

近海风力发电高塔波浪随机动力响应分析

基于拟层流风波生成机制建立的随机Fourier海浪模型,采用概率密度演化理论研究了近海风力发电高塔在随机波浪作用下的动力响应问题,给出了结构响应概率密度函数的时间演化过程、概率密度等值线图及其均值和标准差。其中随机波浪力由线性波浪理论和M orison公式计算。结果表明,概率密度演化方法可以获得结构波浪动力响应的时变概率密度函数和等概率密度响应轨迹。据此计算的均值及标准差与M on te C arlo计算结果吻合较好。

风力发电高塔系统抗风动力可靠度分析

介绍一种基于广义概率密度演化理论的动力可靠度分析方法.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,分别分析1.25 MW风力发电钢塔和钢筋混凝土风力发电高塔的抗风动力可靠度.研究表明,广义概率密度演化方法可以有效地分析风力发电高塔系统抗风动力可靠度.相比风力发电钢塔,钢筋混凝土风力发电高塔具有更高的可靠度.

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。

结构随机动力激励的物理模型:以脉动风速为例

以脉动风速为背景,展示了基于物理建立结构动力激励模型的基本思想与具体路线。根据经典湍流理论,阐述了均匀剪切湍流中的惯性子区和剪切子区所服从的物理规律,并根据物理随机系统的基本思想,建立了形式十分简单的标准化随机Fourier波数谱模型。应用概率密度演化方法,得到了剪切子区与惯性子区分界位置lc的概率分布,统计给出了基本随机变量地面粗糙度z0和标准高度10min平均风速(h)的概率分布。研究表明:基于物理的随机Fourier波数谱理论预测结果与实测Fourier波数谱的均值曲线符合良好,可望为结构抗风设计与可靠度评价提供较为合理的动力输入模型。

风荷载作用下输电塔结构动力可靠度分析

介绍一种新的随机结构分析方法-概率密度演化方法,以及基于该方法的动力可靠度分析方法．为 了实现其在风工程中的应用,从随机Fourier谱的思想出发,阐述了随机风场具有随机性的物理本质,给出 了两个基本随机变量-地面粗糙度z0和10 m高平均风速U10服从的概率密度函数．最后,应用概率密度演 化方法对某输电塔结构受风荷载作用下的动力可靠度进行了分析,并将分析结果同随机模拟方法计算得到 的结果进行比较．算例证明,概率密度演化方法可以准确、有效地分析风荷载作用下输电塔结构的动力可 靠度．

风力发电高塔系统风致动力响应分析

风荷载是威胁风力发电高塔系统结构安全的主要外因之一。基于此,首先以典型的1.25MW变桨距风力发电高塔系统为背景,在有限元程序ANSYS开发环境下,建立了风力发电高塔系统"桨叶-机舱-塔体-基础"一体化有限元分析模型。其次,基于随机过程的随机函数描述,结合风速作用于旋转桨叶的物理机制,提出了旋转Fourier谱物理模型。再次,依据随机函数法生成目标场地的风场,进行了风力发电高塔系统一体化模型的风致动力响应分析,对比了风力发电高塔系统的静力计算结果与动力响应计算结果。研究表明:结构的风致动力放大效应显著,在设计过程中必须考虑该效应。同时,风力发电钢塔存在突出的拍振现象,动力响应明显偏大,而钢筋混凝土风力发电塔则不存在该现象。

近海风力发电高塔波浪动力可靠度分析

采用基于广义概率密度演化方程的极值概率密度理论,该文研究了近海风力发电高塔在随机波浪作用下的动力可靠度问题。波场由基于拟层流风波生成机制的随机Fourier海浪谱及线性波浪理论模拟,确定性结构动力响应由有限元模型分析给出。结果表明:采用极值概率密度理论可以方便地计算出不同阈值水平下塔顶侧移的动力可靠度,采用经典的Poisson模型计算的动力可靠度随阈值水平的降低而误差增大。

Physical random function model of ground motions for engineering purposes

A physical random function model of ground motions for engineering purposes is presented with verification of sample level. Firstly,we derive the Fourier spectral transfer form of the solution to the definition problem,which describes the one-dimensional seismic wave field. Then based on the special models of the source,path and local site,the physical random function model of ground motions is obtained whose physical parameters are random variables. The superposition method of narrow-band harmonic wave groups is improved to synthesize ground motion samples. Finally,an application of this model to simulate ground motion records in 1995 Kobe earthquake is described. The resulting accelerograms have the frequencydomain and non-stationary characteristics that are in full agreement with the realistic ground motion records.