非高斯风压的极值计算方法

以经典极值理论为基础,发展了一种基于单个标准样本的非高斯风压的极值计算方法. 首先介绍了风洞试验及试验数据处理的基本概况;然后在阐述经典Gumbel极值理论的基础上,根据观察极值的相互独立性推导了短时距下极值分布参数和长时距下极值分布参数的关系式,给出了一种由短时距样本推算长时距下的极值估算方法; 最后基于风洞试验数据,将常用极值估算方法(峰值因子法、改进峰值因子法和Sadek-Simiu法)和该方法的计算结果进行了比较. 得到如下结论:将一个标准长度的非高斯风压时程数据划分成若干等长的子段,可以通过子段的极值分布规律准确地估算出母段的极值期望值,子段的最佳分段长度可以通过自相关分析给出;与常用的极值估算方法相比,该方法更能准确估计非高斯风压的极值.      

基于r个最大次序统计量模型的极值风压估算

提出一种基于r个最大次序统计量(r largest order statistics,r-LOS)模型的极值风压估算方法,该模型包括广义极值(generalized extreme value distribution,GEV)联合分布形式及Gumbel联合分布形式.提出了独立风压峰值r-LOS序列构造方法、最优r值确定方法、r-LOS GEV模型和r-LOS Gumbel模型的优选方法.将r-LOS模型方法应用于某低矮工业建筑刚性模型测压试验的极值风压估算.当采用多段风压时程估算极值风压时,r-LOS Gumbel模型优于r-LOS GEV模型和经典Gumbel模型.当采用单段风压时程时,与基于改进Hermite模型的峰值因子法、Sadek-Simiu法相比,r-LOS Gumbel模型方法能更加精确地估算极值风压,适用于非高斯风压的极值估算,可以给出极值风压分位点的解析解.分析表明,r-LOSGumbel模型方法是一种多段时程和单段时程条件下均适用的极值风压估算方法.     

大跨屋盖结构非高斯风场的快速模拟算法研究

针对屋盖结构风压场的非高斯特性,本文提出一种多变量平稳非高斯风压场模拟的新方法。文中首次采用四参数指数函数表达风压过程和高斯过程之间的转换关系,推导出关于指数函数所含参数的非线性方程组,利用双变量联合高斯分布的特性获得相关函数的转换关系。通过上述方法,将非高斯风压场表达为虚拟高斯过程的函数,从而采用谐波合成法生成风压时间序列。工程实例表明,本文算法计算效率和模拟精度高,适合实际工程应用。     

基于风洞试验的不同坡度多跨锯齿屋面风压特性研究

多跨锯齿屋面因其具有跨度大、结构轻盈的特点成为典型的风灾易损结构。目前国内规范对锯齿屋盖的风荷载规定较为粗略,简单给定了统一的风压系数参考值,在实际工程应用中具有一定的局限性。本文以某4跨锯齿房屋为研究对象,通过风洞试验测试了15°、21°、26°、30°和40°等5种不同屋面坡度对锯齿屋盖风压特性的影响。试验结果表明,我国建筑结构荷载规范GB 50009-2012关于锯齿屋面的负风压系数绝对值明显偏小,锯齿屋面最不利均面积负风压系数随着坡度的增加逐渐从高屋角(HC)区转移到屋面边区(SE),且与HC区相反,SE区内的最不利负风压系数绝对值随角度增加而增大;锯齿中间B、C跨最不利均面积负风压系数始终出现在HE区,其绝对值随角度增加而增大,而尾跨D则出现在SE区,且随角度增加而减小;屋面最不利极值负风压系数为-9.6,随着屋面坡度的增大,屋面的最大极值负风压系数绝对值逐渐减小。此外,以各坡度屋面负风压系数的分布为依据,给出了不同屋面坡度范围和不同跨屋面风压系数分区划分建议。     

高层双塔楼绕流风场效应的数值预测

在一高层双塔楼静力风载风洞试验的基础上,采用时均数值模拟的方法,对其绕流风场进行了模拟,获得了风场的绕流特点和塔楼表面风压的分布规律．通过风压的模拟计算值与试验值的比较,表明以数值方法预测气动干扰强烈的绕流风场是准确和可行的．     

高层建筑动态风干扰的瞬态风压积分法研究

提出通过在风洞试验中多通道测量刚性模型表面瞬态风压并进行积分的方法研究高层建筑的动态风干扰。模型表面的瞬态风压利用多通道同步压力测量而得到。为提高数值积分精度,测压孔位置按高斯求积节点布置。设计了表面布置有测压孔的受扰高层建筑刚性模型和三种不同高度的干扰建筑模型,研究了相同高度以及不同高度的两个高层建筑之间的顺风向和横风向动态风干扰。借助干扰因子讨论了近邻建筑的位置、距离以及楼高对受扰建筑基础动态倾覆力矩的影响规律,并与传统方法所得结果作了比较。     

高速列车致声屏障风压变化和分布特性研究

高速列车致声屏障在极短的时间内受到交变气动力作用,一旦声屏障因强度或疲劳破坏而失效,有可能危及行车安全,因此准确评估高速列车致声屏障的脉动风压分布是结构设计需考虑的关键要素．利用数值风洞技术,模拟了道路及桥梁两侧分别布置5m、3.5m高声屏障,350km/h的列车通过时致声屏障的极值风压分布特性．研究结果表明列车驶过声屏障会产生气流挤压的正压波及气流填充的负压波,正压数值较负压数值大;极值风压随声屏障高度的增加而减小,且列车中心与声屏障的距离、声屏障的高度都会明显减弱极值风压的数值;两列车的交会相比单列车的通过,会更明显地挤压声屏障区域内的气流,从而在声屏障上产生更大的极值风压,且随着列车与声屏障距离的靠近,挤压增大极值风压的特性表现更为明显．最终通过选取京沪高铁试验段,进行相关的现场高速列车致声屏障极值风压试验测试,试验结果验证了数值模拟结果的准确性．     

Extreme wind pressure estimation based on the r largest order statistics mode

提出一种基于r个最大次序统计量(r largest order statistics, r-LOS)模型的极 值风压估算方法, 该模型包括广义极值(generalized extreme value distribution, GEV)联合分布形式及Gumbel联合分布形式. 提出了独立风压峰值 r-LOS序列构造方法、最优r值确定方法、r-LOS GEV模型和r-LOS Gumbel模型的优选方法. 将r-LOS模型方法应用于某低矮工业建筑刚性模型测压试验的极 值风压估算. 当采用多段风压时程估算极值风压时, r-LOS Gumbel模型优于r-LOS GEV模型和经典Gumbel模型. 当采用单段风压时程时, 与基于改进Hermite模型的峰值因子 法、Sadek-Simiu法相比, r-LOS Gumbel模型方法能更加精确地估算极值风压, 适用于非高斯风压的极值估算, 可以给出极值风压分位点的解析解. 分析表明, r-LOS Gumbel模型方法是一种多段时程和单段时程条件下均适用的极值风压估算方法.     

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采用CFD数值模拟技术,对处于C类地貌风场中由3栋建筑形成的单列 建筑群进行静力风荷载和风场的数值模拟. 数值模拟采用良好适应性的非结构化四面体单元 进行网格划分,侧重模拟分析了各风向角下建筑间距的改变引起面平均风压系数的改变,由 此得到了此类群体建筑表面风压系数干扰因子在各风向角下随建筑间距变化的分布规律和特 征.     

高层建筑测压风洞试验校准与不确定性的量化

高层建筑风洞试验可靠性常基于多家机构的CAARC标准高层建筑风洞试验结果进行对比检验，然而其风洞试验结果的不确定性难以量化。本研究对D类地貌下缩尺比为1∶400的CAARC标准高层建筑进行刚性模型测压风洞试验，首先研究了风洞试验参考位置对试验结果的影响，结果表明测压试验的参考位置宜选择受湍流影响较小的模型上方风洞顶部；其次，研究了采样次数对平均和极值风压系数的影响规律，为获得较稳定的极值风压系数，建议最小试验采样次数15次；最后，利用试验结果与国内外多家研究机构的结果进行对比分析，验证了本研究风洞试验的可靠性，量化了试验结果的不确定性，结果表明本研究高层建筑风洞试验的风压系数建模不确定性偏差为0.98,变异系数为0.14。     

屋面光伏板风荷载特性数值分析

风荷载在屋面光伏阵列结构体系设计中起控制作用。采用计算风工程的方法分析讨论了屋面光伏板的风荷载特性。数值算法采用分离涡模拟方法。数值计算结果与现有风洞实验数据的比较,验证了本文方法的正确性。考虑影响光伏板风荷载的因素主要有光伏板在屋面上的安装位置、安装倾角、光伏阵列之间的距离和风向等。计算结果表明,屋面处脱落的涡对安装在不同位置的光伏阵列风荷载的影响较明显。当倾角由15°增加到45°时,电池板受到的风荷载随着倾角的增加而增大。在一定阵列间距范围内,光伏板风荷载主要表现为前排对下游光伏板的遮挡影响。本文方法与结果能为屋面光伏建筑结构设计提供重要参考。     

Metallic sandwich panels subjected to multiple intense shocks

The mechanical response and fracture of metal sandwich panels subjected to multiple impulsive pressure loads (shocks) were investigated for panels with honeycomb and folded plate core constructions. The structural performance of panels with specific core configurations under multiple impulsive pressure loads is quantified by the maximum transverse deflection of the face sheets and the core crushing strain at mid-span of the panels. A limited set of simulations was carried out to find the optimum core density of a square honeycomb core sandwich panels under two shocks. The panels with a relative core density of 4%–5% are shown to have minimum face sheet deflection for the loading conditions considered here. This was consistent with the findings related to the sandwich panel response subjected to a single intense shock. Comparison of these results showed that optimized sandwich panels outperform solid plates under shock loading. An empirical method for prediction of the deflection and fracture of sandwich panels under two consecutive shocks – based on finding an effective peak over-pressure – was provided. Moreover, a limited number of simulations related to response and fracture of sandwich panels under multiple shocks with different material properties were performed to highlight the role of metal strength and ductility. In this set of simulations, square honeycomb sandwich panels made of four steels representing a relatively wide range of strength, strain hardening and ductility values were studied. For panels clamped at their edge, the observed failure mechanisms are core failure, top face failure and tearing at or close to the clamped edge. Failure diagrams for sandwich panels were constructed which reveal the fracture and failure mechanisms under various shock intensities for panels subjected to up to three consecutive shocks. The results complement previous studies on the behavior and fracture of these panels under high intensity dynamic loading and further highlights the potential of these panels for development of threat-resistant structural systems.     

舱内爆炸载荷及舱室板架结构的失效模式分析

通过对典型半穿甲导弹打靶实验中舰艇结构破坏模式的观察，结合数值模拟，分析了舱内爆炸载荷的特征以及舱内爆炸下舱室板架结构的失效模式。结果表明，舱内爆炸下，舱室板架结构承受的冲击载荷及失效模式与敞开环境爆炸下加筋板结构承受的冲击载荷及失效模式有较大区别，其动态响应难以用敞开环境爆炸下加筋板结构的动态响应描述；舱内爆炸载荷主要有壁面反射冲击波、角隅汇聚冲击波以及准静态气体压力，其中两壁面和三壁面角隅汇聚冲击波的强度分别为相同部位壁面反射冲击波强度的5倍和12倍以上；舱室板架结构主要有4种失效模式，其中模式Ⅲ、Ⅳ较常发生；舱室板架结构加强筋布置在迎爆面将使板架中部的局部破坏程度增加，但有利于削弱角隅汇聚冲击波强度，减小板架沿角隅部位的撕裂破坏。     

Detached eddy simulation of flow past an isolated inclined solar panel

Detached Eddy Simulations (DES) were carried out to analyze the influence of ground clearance and to estimate the unsteady wind loading on solar panels. A generic type of solar panel was considered at three different ground clearances. For the range of ground clearance values considered in the study, the results show that an increase in the clearance produces stronger vortex shedding fluctuations, higher shedding frequencies, and larger mean and unsteady wind loading. For the smallest ground clearance, an irregular vortex shedding was observed. The flow structures formed in the wake are analyzed using various indicators of turbulence characteristics including the vorticity and the λ₂ criterion. The flow structures suggest a complex formation and subsequent shedding of vortices. The absence of regular vortex shedding at the smallest ground clearance and the presence of the same at the mid-ground clearance value suggests a reference for minimizing the unsteady wind loading of solar panels. Furthermore, the unsteady results reveal that the lower sections of the panel are more vulnerable to wind loading.     

考虑流固耦合作用的充气膜结构风压分布研究

充气膜结构是典型的风敏感型柔性结构,风荷载经常起关键的控制作用。本文利用ANSYS14.5程序中的workbench平台,考虑流固耦合作用,研究矩形平面气承式充气膜结构的风压系数分布。其中,选用基于雷诺时均模拟法的RNGk-ε湍流模型进行风场模拟,采用弱耦合分析方法模拟流固耦合风荷载效应。分析的参数选择风向角、结构内压、矢跨比和平面长宽比。针对矢跨比分别为1/4,1/3和1/2,长宽比分别为5/3,2/1和3/1的柔性充气膜结构模型,计算不同内压及不同风向角作用下的结构响应。结果表明,考虑流固耦合作用时,充气膜结构的风压体型系数比不考虑流固耦合作用的刚性模型明显偏大,其影响因子在1.25~1.5之间;充气膜结构的风压系数分布受风向角、内压、长宽比及矢跨比的影响较大。     

杭州大剧院风压分布的风洞试验研究

杭州大剧院外观造型新颖独特，由一个近似为椭球的双曲面屋盖和一个倒置的圆锥面玻璃幕墙相交形成大剧院的主体建筑的外轮廓．本文结合该主体结构的抗风设计要求，制作了1：200刚性模型进行结构表面脉动风压平均风压分布的风洞试验研究，详细介绍了风洞试验及数据处理方法，讨论了在不同风向角下椭球面屋盖和圆锥面玻璃幕墙的风压分布．为了便于整体结构设计，本文根据结构的实际情况对椭球面和圆锥面进行分块并给出相应的分块风压数据，最后根据各风向角下的风压分布特征给出了整体结构抗风设计的最不利风向角．     

超音速气流中受热曲壁板的非线性颤振特性

基于von Karman 大变形理论及带有曲率修正的一阶活塞理论, 用Galerkin方法建立了超音速气流中受热二维曲壁板的非线性气动弹性运动方程; 采用牛顿迭代法计算得到由静气动载荷和热载荷引起的静气动弹性变形; 根据李雅谱诺夫间接法分析了壁板初始曲率与温升对颤振边界的影响; 对二维曲壁板的非线性气动弹性方程组进行数值积分求解,分析了动压参数对受热二维曲壁板分岔特性的影响, 给出了典型状态下曲壁板非线性颤振响应的时程图与相图. 分析结果表明对小初始曲率的曲壁板, 温升对其静气动弹性变形影响较大, 且随着温升的增加其颤振临界动压急剧减小; 对具有较大初始曲率的曲壁板, 温升对其静气动弹性变形的影响较弱, 且随着温升的增加颤振临界动压基本保持不变. 初始几何曲率与气动热效应使得曲壁板具有复杂的动力学特性, 不再像平壁板一样, 经过倍周期分岔进入混沌, 而会出现由静变形状态直接进入混沌运动的现象, 且在混沌运动区域中还会出现静态稳定点或谐波运动, 在大曲率情况下, 曲壁板不会产生混沌运动, 而是幅值在一定范围内的极限带振荡.      

Servo-hydraulic System for Controlled Velocity Water Impact of Marine Sandwich Panels

Slamming, the impact between a marine craft’s hull and the water surface is a critical load case for structural design of marine vessels. The importance of hull slamming has led to a significant body of work to understand, predict and model these impacts. There is however, a lack of experimental data for validation, particularly for deformable panels and sandwich structures. This paper describes a high-velocity panel slamming test system that enables the generation of comprehensive and reliable experimental data on slamming impacts for both rigid and flexible panel structures. The pressure magnitudes, time-histories and spatial distributions resulting from testing of a nominally rigid panel have been compared with previous analytical, semi-empirical and experimental studies. Slamming impacts of a deformable sandwich panel are shown to cause different pressures to those from a rigid panel impact, resulting in increased transverse shear loading at the panel edge.