基于Davenport风速谱的适配器海上动平台分离动力学研究

海上发射作为一种新兴的发射方式,与传统发射方式相比运载能力更强,在发射地点的灵活性和适配器落点的安全性方面有巨大的优势。为研究海上动平台发射过程的安全性问题,建立了海上垂直发射系统多体动力学模型。基于六自由度海浪摇荡激励和随机风载荷作用,通过实时更新适配器姿态和气动载荷,得到了适配器气动载荷变化过程和洒落轨迹。结果表明,由于存在初始分离速度,适配器在气动载荷作用下发生翻转,风载荷的存在使得适配器在初始分离阶段与火箭发生碰撞,适配器最大洒落距离为26.645 m,落点分布远离发射装置,但有落至动平台平面的风险。

基于弯剪梁模型和Von Karman风速谱的高层建筑风振系数实用算法

为使风振系数计算中采用的振型函数更符合高层建筑振型特点且易于计算,采用基于弯剪梁模型的高层建筑基本振型简化算式,同时采用Von Karman与高度有关的风速谱模型和Davenport与频率有关的空间相关性模型,建立高层建筑风振系数计算的实用算式,并通过算例与我国现行荷载规范中的风振系数算式进行比较。结果表明,该方法考虑了不同高层建筑振型的特点,既提高了计算精度,简单实用,又便于与国际主流荷载规范接轨。

基于2013年马甸桥北气象塔实测数据的北京城区地貌风速谱分析

基于实测的风场特性研究是结构抗风中的基础性工作之一。脉动风速谱作为风场特性的主要参数之一,描述了风的能量在频率上的分布情况。Van der Hoven最先测得的包括宏观气象尺度峰值和微观气象尺度峰值的风速谱在风工程领域具有奠基性贡献。由于早期采集设备精确性不高、计算分析水平不足,以及近年来城市化进程加快,城市地貌下全频率范围的风速谱有待进一步考查。该文采用2013年北京气象塔47 m、80 m和140 m高度处超声风速仪测得的风速数据,计算分析了反映宏观和微观气象尺度变化的全频率风速谱,并和Van der Hoven风速谱以及其他学者的实测谱进行了对比。结果表明:反映宏观气象尺度变化的低频风速谱除了在周期约为4天处存在峰值外,在周期约为1天(24小时)处的峰值非常明显,而在12小时周期处的峰值相对微弱;与宏观气象尺度峰值相比,高频微观气象尺度峰值较为微弱,且随高度增加,宏观气象尺度峰值逐渐增加,而微观气象尺度峰值相差不多。考虑到结构抗风设计时关注的是强风条件下的高频段风速谱,该文挑选平均风速大于8 m/s的风速样本,对其微观气象尺度风速谱进行了讨论,并和经典风速谱进行了对比,发现不同高度处的实测高频风速谱曲线相互吻合,且实测谱与Kaimal谱接近。

台风湍流积分尺度与脉动风速谱——基于实测数据的分析

基于4个台风过程中的长时间序列风速、风方向观测数据,分析研究了近地台风的湍流积分尺度和脉动风速谱等脉动特性。介绍了湍流积分尺度的几种常见的计算方法,基于实测台风数据,分析研究了台风过程中湍流积分尺度的变化以及不同计算方法的稳定性。根据实测数据计算了纵向脉动风速谱,并与Von-Karm an谱、Davenport谱、S im iu谱和Harris谱等经验谱进行了比较,给出了最适合描述台风纵向脉动风速谱的经验谱。还计算了横向脉动风速功率谱,并与基于各向同性湍流理论推导出的水平横向脉动风速谱进行了对比。

复杂山地环境下脉动风速谱研究

进行了8种坡度下单个三维山体的模型风洞试验,讨论了山体各位置脉动风速谱的变化规律,以及坡度对脉动风速谱的影响.结果表明:背风面山脚0.8 h高度以下位置,脉动风速功率谱与来流风速谱相比,功率谱峰值明显增大,峰值频率向高频移动,单峰特征明显,频带变窄.除此以外的背风面其他位置、迎风面以及山顶位置的脉动风速功率谱与来流风速谱基本一致.提出了山体背风面脉动风速能量由来流湍流能量和山体尾流涡旋能量构成的思想,将来流脉动风速谱与涡旋谱进行分离,并根据试验数据拟合,提出了保守的涡旋谱的计算公式.根据不同坡度山体的试验,得出了0.5为涡旋产生与否的临界坡度.

基于设计基准条件的台风边界层脉动风速谱建模方法研究

利用在博贺峙仔岛观测站实测的台风黑格比数据,在莫宁-奥布霍夫相似理论框架内提出了一种数据驱动的考虑设计基准条件的台风边界层脉动风速谱建模方法。首先基于均匀各向同性湍流能谱需满足的基本模型准则,将六参数脉动风速谱统一模型简化为四参数谱模型;之后基于高频区和低频区脉动风速谱特征建立了四个谱参数的理论表达式,并利用实测的台风黑格比数据将谱参数理论表达式进行参数化处理,进而提出基于设计基准条件的脉动风速谱建模方法;最后利用台风黑格比过程中任意选取的四个1 h时长样本对上述脉动风速谱建模方法进行了验证,表明其与实测样本的风速谱具有较好的一致性。

积分尺度和风速谱对桥梁抖振响应影响分析

为研究目前被动湍流风洞试验中无法准确模拟的湍流积分尺度对桥梁结构抖振响应的影响并合理评价风洞试验结果,本文采用抖振频域的计算方法,以典型的一座斜拉桥和一座悬索桥为例,结合主梁节段模型气动力参数风洞试验结果研究了积分尺度对节段模型抖振响应的影响.结果表明:当在小风速时,抖振响应随着积分尺度的增加而减小,而当风速超过一定限值后,抖振响应随着积分尺度的增加先增大后减小;通过对比风洞试验模拟与规范推荐积分尺度的差异,发现风洞试验在小风速时高估了抖振响应,而在大风速时则低估了抖振响应.本文还分析了各国规范中采用的几种水平和竖向风速谱对抖振响应的影响,结果表明几种水平向风速谱对抖振响应的影响可忽略不计,而不同竖向风速谱计算的抖振响应则存在一定差别.

关于功率谱密度与风速谱的注记

探讨了随机过程中双边功率谱密度负频率引入的原因,实际的频谱函数应将负频率项与相应正频率项成对合并起来而直流分量保持不变,此即单边功率谱所表达的含义。对目前文献中给出的单边功率谱的表达式和单边功率谱与双边功率谱的关系式进行了修正,并对维纳-辛钦公式的变换形式也做了相应的修正,指出其修正前后在不同风速谱实际应用中的区别。算例证明了本文所给公式的正确性。

基于近似Davenport风速谱的建筑结构动力响应的新封闭解法

杨庆山风速谱是Davenport风速谱的近似,可简化结构风振响应的分析.传统方法所得结构响应的表达式比较复杂,为此,提出了一种简明封闭解法.首先,研究了考虑空间相关性的杨庆山风速谱的建筑结构脉动风压的功率谱密度函数改进表达式;其次,基于1阶微分方程的虚拟激励法获得了建筑结构风振响应(结构层绝对位移及其振动速度、层间位移及其变化率)的功率谱密度函数的统一简明封闭解;最后,研究了结构层绝对位移和层间位移响应的0—2阶及4阶的谱矩的简明封闭解.以10层建筑结构为例,利用该方法和传统虚拟激励法进行对比分析,结果表明:该方法为杨庆山风速谱激励下结构风振响应的精确解法,且可用于判断传统虚拟激励法分析的精度.

建筑结构基于巴斯金风速谱的系列风振响应的简明封闭解

针对巴斯金风速谱激励下的建筑结构顺风向振动响应表达式复杂的问题,提出了一种简明封闭解法。巴斯金随机谱广泛应用于描述脉动风、随机地震动和路面不平顺等各种随机激励,本文基于留数定理给出巴斯金风速功率谱的二次正交式。综合运用复模态法和虚拟激励法获得了建筑结构系列响应(位移、层间位移及其变化率)功率谱的统一形式的二次正交式,并根据谱矩的定义获得了建筑结构系列响应的方差和谱矩及绝对加速度方差的简明封闭解。运用本文方法对一8层建筑结构进行分析,并与传统虚拟激励法进行对比研究,表明本文所得封闭解正确,并可用于验证虚拟激励法在谱矩和方差分析时的精度和效率。由于本文方法含有复模态法,故可用于各类线性结构基于巴斯金谱的随机响应分析和基于动力可靠度及舒适度的动力优化分析。

电视塔结构在不同风速谱下TMD风振控制研究

文章通过数字模拟的方法，研究了被动ＴＭＤ系统对电视塔结构的风振控制效果和影响其控制效果的参数，并比较了采用不同风速谱进行风振控制计算时的不同结果。

考虑不同风速谱在SSI效应下高层框架结构风振响应中的比较分析

为分析我国规范中采用的Davenport风速谱和欧洲规范中采用的Kaimal风速谱对考虑土-结构相互作用(以下简称SSI效应)的高层框架结构风振的影响,以某坐落于软土地基的高层框架结构为例,计算并比较了通过两种不同风速谱模拟顺风向脉动风荷载对考虑SSI效应的高层框架结构的风振响应,得出了考虑SSI效应的高层框架结构的抗风设计中,采用Davenport风速谱更加安全的结论。

二阶风速谱中和频项的贡献

风本身的脉动，能与海洋工程低频系统共振．鉴于风载荷的非线性，载荷谱将与二阶风速谱有关．本文指出，由于风速谱与波浪谱不同，它的能量峰值位于极低频率处，因此二阶风速谱中和频项的贡献不能忽略，为此本文首先导出了保留和频项情况下的二阶风速谱表达式，并将和频项与差频项在数值上作了比较．文中对一阶风速谱也作了归纳．

采用卡曼风速谱计算高层建筑顺风向风振系数

有许多工程专家对水平阵风功率谱进行了研究，得到了不同形式的风速谱表达式，其中最著名和应用最广泛的是加拿大A．G．达文波特（Davenport）脉动风速谱。但是达文波特谱未考虑高度对风速的影响，这使得在某些情况下采用它计算的结构响应不太准确。采用考虑高度影响的卡曼风速谱来计算规则高层建筑的风振系数，并与规范中的采用达文波特谱的结果进行了比较。

不同风速谱激励下的风力发电机塔架风致响应及风振系数研究

为研究不同风速谱激励下,风力发电机塔架的风致响应,建立某兆瓦级风力发电机一体化有限元模型,基于经典随机振动理论对其进行风荷载作用下随机振动分析。得到了几种典型风速谱激励下风力发电机塔架位移响应功率谱密度。分析了不同风速谱激励对风力发电机风致脉动响应影响。根据Davenport峰因子取值法,讨论了不同保证率下的峰因子对风振系数的影响关系。主要结论有:不同风速谱激励下,风力发电机第1、4、5振型被激发;风机塔架作为典型的高耸结构,其风致响应以一阶振型为主振型;基于Simiu谱激励下,风力发电机塔架PSD曲线峰值最大,计算得到的风振系数最大;对于峰因子取值,当风压时距T=600 s,我国规范考虑一定跨越概率建议取值为μ=2.50;由Davenport近似公式计算得到的峰因子为μ=3.25,由此计算得到的风振系数相对安全。

风速谱的分析研究及风致响应 的计算分析

本文对六种不同的风速谱图进行了分析比较，提出了一些可供实际工程应用的建议。并且以上海电视塔为算例，采用Davenport风速谱计算结构的风致响应，并与采用沿高度变化的风速谱得出的结果进行了比较。

输电铁塔风速谱数值模拟研究

根据Shinozuka随机模拟理论,采用Matlab编程对某110kV输电铁塔18m、20m高处质点脉动风速谱和自然风速谱进行数值模拟,并将模拟风速谱与Davenport标准风速谱进行比较,结果表明采用Shinozuka随机模拟理论能实现对脉动风速谱的模拟,模拟结果有效、可信。

湍流风速谱有效模态的POD分析法

大跨度桥梁和极端天气的出现,使得桥梁的抖振问题备受关注。然而抖振分析的最重要参数之一是风速谱,传统的抖振分析方法认为所有频率的风速会激发桥梁的抖振响应,针对此问题本文提出了基于本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition)方法对风速谱分解。以某斜拉桥为算例通过对风速谱的分解研究了其有效参与模态对桥梁抖振的贡献。研究发现并不是所有频率的风速谱会激发桥梁的抖振响应,其响应与结构的自振模态和风速谱的有效湍流参与系数有关。

横向紊流风中移动车辆纵向风速谱分析

为研究横向紊流风中移动车辆纵向风速谱的相关特性,通过Taylor冻结假设,基于von Kármán谱得到了移动车辆风速谱的解析表达式,分析了15°~175°风偏角、风速与车速比值等因素对移动车辆风速谱的影响,深入探讨移动点风速谱峰值及其对应频率之间的关系。结果表明:移动点风速谱峰值比静止点风速谱峰值大;当车速小于风速时随着风偏角逐渐增大移动点风速谱峰值先减小后逐渐增大,当车速大于风速时移动点风速谱峰值则是先减小后增大又逐渐减小;当车速小于等于风速时,部分风偏角时的移动点风速谱峰值对应的频率小于静止点风速谱峰值对应的频率;随着车速与风速比和风偏角的增大,移动点风速谱峰值对应的频率先增大后减小。

盆地中近山平原近地层风速谱特征

通过对山西神头地区近地层风速谱分析发现,在盆地中存在山谷风时,风速谱的高频端仍遵循-5/3次幂的Kolmogorov相似律。但在不稳定条件下低频端风速的垂直分量谱密度大于平原地区的谱密度,湍流在水平方向基本保持各向同性,但各向同性在垂直方向受到了破坏。在稳定条件下,风速谱在低频端出现另一极大、极小值,其对应频率分别在10^(-3)Hz和10^(-2)Hz附近,湍流各向同性在垂直和水平方向均受到破坏。