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Von-Karman谱的独立林木风倒机理的频率域分析

从频率域角度对独立林木的风倒机理等方面进行了研究。结果表明,前期研究所建立起来的动力学模型是合理的,并以此为基础,采用Von-Karman风谱模型计算出作用于林木的力谱,给出阵风频率的能量分配问题,从而获得基础弯矩谱,并给出基础弯矩极值的解析表达式,分析了影响参数变化灵敏度的原因。以悬铃树为例进行数值计算,得到了与测量值相吻合的有意义的结论,为后续研究和工程应用提供了理论基础。

Von Karman型自相关函数模拟随机介质

利用Von Karman型自相关函数建立了随机介质模型,对自相关长度、谱指数两个参量分别讨论了模型的特征,分析了不同扰动标准差下模型中速度的分布和变化情况。结果显示:改变自相关长度及横纵向谱指数,都可以产生横向和纵向上非均匀体尺度改变的随机介质模型;扰动标准差不同,得到的随机扰动的范围就不同,从而引起模型中速度围绕背景速度上下波动。从模拟结果图显示,随机介质模型能灵活地描述实际介质。

修正Von-karman谱输入的输电塔结构脉动风数值模拟

针对强风作用下输电塔结构的振动形态,充分考虑脉动风的空间相关性,采用修正的Von-karman谱模拟脉动风荷,并引入快速傅里叶变换技术构建输电塔结构的脉动风速时程,得到结构的节点位移及加速度等时程曲线。完成了对输电塔结构的风速时程分析,结构振动情况与实际相近。

多风扇主动控制风洞类平板断面抖振力识别研究

针对目前一般的大气边界层物理风洞采用被动格栅产生的紊流脉动风场功率谱密度能量分布难以调整以及积分尺度过小的问题,借助于主动控制方法善于改变来流功率谱及积分尺度的特点,利用日本宫崎大学多风扇主动控制风洞调试出多种宽带紊流风场和谐波脉动风场,采用脉动风速和气动力同步采集监控装置,使用测量稳定性好、精度较高的节段模型高频天平测力方法识别类平板模型的抖振力,对影响模型抖振力的主要参数(积分尺度、紊流度、攻角等)进行分析。

开放式风速控制系统的研制

在海洋工程结构动力模型模拟试验中,为了实现开放环境下风荷载的实验室模拟,研发了一套开放式风速模拟控制系统;简要介绍了系统的整体结构设计和软件开发流程;由于在开放环境下进行风速的控制容易受到外界气流、温度等环境因素的影响,控制难度大且建模较困难,采用专家-模糊自适应PID控制算法,能够较好地跟踪目标风速,实现了对风速的实时模拟控制;最后通过实验验证了所设计的开放式风速控制系统能够满足实验要求。

极限载荷外推的概率分布与拟合方法研究

针对风力发电机组在叶根处摆振力矩、挥舞力矩的极限载荷外推方法问题,以某3 MW风力发电机组为原型。采用改进冯·卡门谱进行550个3D湍流风模拟,从而减小了由湍流风造成的误差。引入过峰值阈值法,减少非重要载荷极值。利用两种拟合方法分别对两种典型概率分布进行分析对比,研究表明三参数威布尔分布下的最大似然估计法最适合计算极限外推载荷,且相对于其他3种方法更具有广泛性。

大气湍流对高斯光束瑞利区间的影响

采用Andrews修正谱(M谱),通过解析分析与数值计算研究了相干双曲余弦高斯光束在自由空间和中强度大气湍流中传输时瑞利区间的影响因素。研究表明,大气湍流中激光束的瑞利区间明显小于在自由空间的瑞利区间;相干参数α、光束参数β、大气湍流内尺度l0及束腰宽度ω0的增加均利于激光束瑞利区间ZR的增大,而光束波长λ的增大及湍流强度C2n的增强将导致瑞利区间ZR的减小;此外瑞利区间ZR受湍流外尺度L0变化的影响较小,而受湍流内尺度l0变化的影响较大,表现出明显的尺寸效应。相关结果与相同条件下运用Von Karman谱计算得出的结论相一致。

斜程大气湍流中成像系统分辨率的影响因素研究

大气湍流是影响光学成像系统分辨率不可避免的因素之一。为了研究大气湍流内外尺度、湍流轮廓线及探测高度对光学成像系统分辨率的影响,根据光学成像系统积分分辨率理论及修正Von Karman湍流谱,推导了斜程传输路径下考虑湍流内、外尺度的光学成像系统的分辨率积分公式。数值计算中应用ITU-R公布的随高度变化的大气折射率结构常数模型,结果表明:湍流内尺度对光学成像系统分辨率的影响要远小于湍流外尺度对分辨率的影响,而湍流内尺度又限制着外尺度对光学成像系统分辨率的影响;斜程传输时,湍流轮廓线的影响大于外尺度对积分分辨率的影响;光学成像系统分辨率在近地面受近地面大气结构常数的影响大,而当高度大于5 000 m时,光学成像系统分辨率受风速的影响大。

台风载荷作用下输电塔线体系时程分析及补强措施

为研究±800 kV输电线路所使用的横担较长的铁塔在受到台风载荷作用时的时程响应分析,通过建立三塔两线有限元模型,基于风速不随高度变化的Von Karman谱,利用谐波叠加法生成了基准风速为50 m/s的风速时程,应用模拟的台风载荷进行时长为50 s的时程分析,共分析了风载荷45°、60°、90°作用下塔线体系的三种情况。仿真结果显示,在45°和60°风作用下,铁塔中部、塔头和塔身连接的平口处应力超过屈服强度,导、地线挂线板处所受应力也超限,铁塔在90°风作用时,塔身腰部主材和塔腿主材应力也超过屈服强度。要预防台风对铁塔的破坏,应该从上述三个部位对铁塔进行补强,在塔腿及塔腰之间增加水平材是一种有效的加固措施。

超高层建筑周围风场特性实测研究

为探究超高层建筑周围风场特性,以天津高银117大厦为例,通过DZZ2型采集系统进行现场实测,对该大厦周围的平均风速、脉动风速、湍流强度、湍流积分尺度、Von Karman谱等风场特性进行分析。结果表明:顺风向及横风向脉动风速变化规律不服从标准高斯分布;顺风向及横风向湍流强度与平均风速呈负相关,且其变化程度与平均风速范围有关;顺风向及横风向湍流积分尺度均随平均风速的增加而增大;Von Karman谱对低频范围内超高层周围风场特性描述较为准确。

地震勘探中的三维随机介质模拟及其特点分析

常规的均匀层状介质理论已经不适用于高分辨率地震勘探,需要进一步发展随机介质理论,为研究复杂非均匀介质中的地震波场理论奠定基础。本文首先利用三维Von Karman型自相关函数模拟三维随机介质并给出了详细的建模流程,通过引入三维锥形函数,来压制建模时离散计算产生的误差,提高了模型的可信度。然后详细讨论了自相关长度、谱指数、标准差对建立的三维随机介质模型的影响。最后分析了模型内的速度变化和概率分布情况。模拟结果表明利用三维Von Karman型自相关函数可以更灵活地模拟三维随机介质。

基于有理谱法的大气紊流仿真及应用研究

根据飞行仿真、控制律设计等应用需求,采用有理谱法建立了基于大气紊流Von Karman模型的有理式模型结构。对不同阶次有理式模型精度的对比分析研究表明,五四模型在整个频率范围内更为接近Von Karman模型。采用五四模型可更为精确地反映大气紊流高频特性对弹性飞行器运动及弹性振动特性的影响,并将五四模型应用于飞行仿真,分析了大气紊流对飞机纵向运动的影响。研究结果表明,该模型具有工程实用性。

基于修正冯—卡门谱输入的输电塔结构脉动风数值模拟

针对强风作用下输电塔结构的振动形态,充分考虑脉动风的空间相关性,采用修正的冯—卡门(Von-karman)谱模拟脉动风荷,并引入快速傅里叶变换技术构建输电塔结构的脉动风速时程。完成了对输电塔结构的风速时程分析,结构振动情况贴近实际,研究成果可为输电塔结构防风减灾工作提供参考。