高耸结构的耦联阵风响应

在考虑气固耦联作用基础上研究了高耸细长结构和高耸双曲冷却塔的阵风响应:对前者应用Morison分析法确定风压,导出了适于工程应用的耦联风振系数计算式,通过与Davenport非耦联线性风振理论比较发现耦联作用对其阵风响应的影响不容忽视;对后者应用势流理论导出了塔壳广义振动微分方程中体现气固耦联作用的参量的计算式,并根据量级分析和实例计算表明耦联作用对其阵风响应影响很小,从而为冷却塔塔壳抗风设计和研究提供了可不考虑气固耦联作用的依据。     

门字型输电塔风振响应分析及风振系数的确定

门字型塔是一种综合性能比较好的钻越塔,风荷载对这种高柔结构的影响很大,但实际设计中风振系数按规范统一取值不是很合理,且取值较大,偏于保守。故本文针对门字型输电塔在脉动风作用下的响应、风振系数的求法及合理取值进行专门研究。主要建立了门字型塔ANSYS有限元模型,进行了模态分析;以Davenport风速谱为脉动风功率自谱,应用AR法编制程序顺风模拟了风荷载时程曲线,将由模拟风计算出的风载加载至门字型塔各塔段上对其进行动力时程分析,计算了风振系数并与高耸结构设计规范值进行了比较。研究结果表明:在风载作用下,塔身和横担均会产生较为明显的动力响应;塔身、横担风振系数可取均值,分别为1.39、1.59;规范计算得到的风振系数和本文时程分析得到的风振系数变化规律基本接近,但规范取值较大。     

随机风-浪一体化降维建模及风机结构可靠度研究

基于随机脉动风场和随机波浪力场的谱表示降维模拟方法,采用脉动风速Davenport谱与波浪P-M谱对风、浪谱参数进行一体化构造,并应用相同的基本随机变量来保障风、浪模拟的概率信息一致,实现了随机风-浪一体化降维建模。进一步,基于ANSYS有限元软件建立了近海风机塔架数值计算模型,并以顶点位移为指标,进行了三种工况下结构的动力可靠度分析。数值算例验证了随机风-浪一体化降维建模方法的有效性。结构动力分析结果表明,风荷载对风机塔架顶点位移响应的影响占主导地位,同时波浪荷载的作用亦不可忽略。此外,随机风-浪一体化降维方法生成的代表性样本概率信息完备,可与概率密度演化理论结合实现海工结构在风浪共同作用下的精细化动力响应及可靠度分析。     

220kV高压输电线路风偏有限元模拟研究

利用ABAQUS/CAE建立了220kV架空高压输电线特征段线路有限元模型,模型中包括子导线、绝缘子串和间隔棒等,并采用考虑随高度变化的Kaimal谱和Davenport相干函数,运用谐波合成法数值模拟风场,进而采用ABAQUS软件完成该特征段线路的风偏响应时程分析.将计算得到的在不同基本风速随机风荷载作用下的风偏响应统计结果,与现行设计规程中悬垂绝缘子串风偏角简化方法的计算结果进行比较,讨论了现行架空高压输电线路杆塔塔头设计时风偏角计算方法的不足.     

基于AR法的摩天轮结构脉动风速数值模拟

风荷载一般为高耸空间结构设计中的控制因素,而脉动风荷载是摩天轮结构动力效应研究的关键.结合功率谱与空间相关性,应用线性滤波法中的AR法(auto-regressive model)模拟摩天轮结构的脉动风速,通过对比模拟谱与目标谱的吻合程度,并结合摩天轮结构自身的特点,确定了适用于摩天轮结构的Davenport谱及其相关参数的取值.为摩天轮结构的风振响应分析奠定基础,并对相似结构的风工程应用方面具有参考价值.     

复杂高耸结构风振响应研究

本文提出了基于高频动态测力天平试验的风振响应的频域分析方法,采用该方法可以用来求解复杂高耸结构的三维耦联风振响应,并给出了利用高频动态测力天平试验来确定广义模态力谱的计算方法.该方法利用高频动态测力天平试验得到的基底剪力自谱、基底弯矩自谱以及基底剪力与弯矩的互谱与脉动风荷载的自谱密度的相互关系并通过引入振型修正系数来求得广义模态力谱,求解结构的三维耦联风振响应.然后,采用本文方法对在建的河南省广播电视发射塔的风振响应进行了研究,结果表明横风向的位移和加速度响应的均方根值要大于顺风向,因此在计算中必须考虑横风向风振的影响.最后本文对计算振型数目和模态耦联项对结构风振响应的影响进行了分析.本文的方法对于求解复杂高耸结构的风振响应具有重要的借鉴意义.     

行道树随机结构风振响应分析与动力可靠度评价

建立了行道树风振响应分析的简化理论模型,根据有限元理论,分析了影响行道树动力学特征的材料物理参数,即密度和弹性模量.将风荷载模拟为Davenport谱,提出了基于虚拟激励法的行道树风振响应分析方法.考虑材料物理参数的随机性,利用概率密度演化理论,给出了行道树随机结构风振响应分析的基本步骤,提出了与行道树主干抗弯强度相关的失效风速概念和动力可靠度评价方法.以上海地区城市行道树为例进行了分析,揭示了树种材料参数不确定性对行道树随机动力学响应的影响,计算了不同风速水平下行道树结构的破坏概率,在风险意义上定义了行道树的失效风速.     

基于模态力谱的不同风谱风振效应差异分析

为明确风谱对顺风向风振效应的影响,选择工程常用的Davenport谱与Simiu谱,基于随机振动理论,对一座典型独柱式避雷针的风振效应进行了多种工况的频域计算,并提出采用模态力谱而非直接使用风谱判断风振响应的大小。研究表明:Davenport谱不随高度变化,而Simiu谱随高度变化,难以通过风谱的对比直接确定各自所得风振响应的大小,但模态力谱可综合考虑整个结构表面脉动风场的贡献,对于以单一模态为主的响应,可准确评价不同风谱所得风振响应的大小;在本文各种工况下,Davenport谱所得背景响应基本上略小于Simiu谱结果,但Davenport谱所得前2阶模态力谱在结构对应频率位置的谱值均大于Simiu谱所得模态力谱,故前者所得共振分量和总脉动响应均偏大。     

一种考虑结构非线性的连续突风气弹响应计算方法

连续突风气弹响应在工程中一般采用随机理论进行分析求解,通过将全机频响函数,与激励功率谱密度积分,即可得到各自由度均方根值。该方法基于频域线性求解,无法直接进行非线性响应分析。为此本研究基于匹配滤波器理论,提出了一套可考虑结构非线性的连续突风响应工程简化计算方法。通过引入突风滤波器,串联至全机气弹动力学系统,构成了连续突风的时域分析模型。针对所选取自由度的均方根值,通过匹配滤波器理论,计算得到一套各自由度“时间匹配”的响应,在此基础上,针对非线性结构模型,通过调整脉冲激励幅值,寻找最大的响应作为非线性结果,最终建立了一套适合于工程应用的、考虑结构非线性的连续突风响应计算方法。算例表明,本研究所建立的方法针对连续突风,可获得满足工程精度要求的各自由度“时间匹配”的响应,同时可用于结构非线性响应计算。     

基于高精度数值积分的结构顺风向风振计算

对于采用Davenport风谱作为脉动风荷载功率谱密度函数的结构风振计算,建立一种适合高精度数值积分的计算格式,采用高精度的龙贝格求积法计算结构顺风向风振响应的数值解,并认为此解可以作为理论解的良好逼近;以本文的数值积分解作为比较依据,检验了基于背景分量共振分量的结构风振计算方法的精确度和适用性。     

天津电视塔塔楼风作用风洞模拟实验

通过风洞实验,给出了天津电视塔塔楼表面的平均风压系数、脉动风压系数分布及风压系数变化范围,同时给出了塔楼空气调节系统进排风口附近的环境风压,包括无进排风状态和有进排风状态,还对排风均压室结构的改变对环境的影响进行了试验.     

某商业街区建筑风压及风环境数值模拟

针对上海市某商业街区建立了简化物理模型,采用离散化的数值模拟方法对该街区风场进行三维模拟研究.首先采用CAARC标准模型进行可行性验证,探讨了流体力学数值模拟的适用性和精确度.然后对该街区风场及建筑物的风场进行了数值模拟,分析了由于狭长T字型建筑布局而引起的巷道风效应.最后,讨论了街区群楼间间距及建筑布局等因素的改变对风场和风荷载的影响.研究结果表明,商业街区规划时应避免巷道风效应,并建议将行人高度风环境纳入考虑的范畴.     

低湍流风洞

北京大学湍流研究室建成了一座精密的低湍流风洞,该风洞是一座能产生一股速度脉动和温度脉动都非常小的均匀气流的实验设备。技术关键是如何降低气流内的速度脉动值。由于风洞设计上采取了直流,闭口和吸入式的空气动力方案和其他正确技术措施,并精密加工,这样风洞就达到了气流均匀、平稳、湍流度低于0.08％的指标。风洞的实测值是0.05％左右。该风洞除可进行流动的稳定性,湍流发生的机理性基础实验外,还可进行一般的基础应用性实验,如减阻、风载、分离流动等实验研究。同时由于风洞很精密,也可以用作标定各类流速传感器的标准计量风洞。     

高耸异型烟囱结构风压和风振系数试验研究

本文在模拟的大气边界层中,对某一发电厂高耸异型烟囱的刚性模型进行了测压试验研究,得到了这一结构的平均风压系数、最大和最小风压系数分布,以及该结构的风荷载体型系数;结果表明在烟囱外形明显变化的局部区域,风压绝对值较大,与理论分析一致。同时,对动态测力试验模型进行了高频动态天平测力试验研究,详细介绍了试验及数据处理方法,根据试验结果计算得到了该烟囱在风作用下的动力响应和风振系数;根据试验结果计算所得的风振系数值大于按规范公式估算值。这些结果不仅为结构的风荷载计算提供了依据,也有助于进一步认识该类异性烟囱结构的风荷载和风振特性。     

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．     

上海闵浦大桥桥址风环境风洞试验及数值模拟研究

基于Reynolds时均N-S方程中的Realizable k-ε模型对上海闵浦大桥桥址处风环境进行数值模拟.数值模拟采用有限体积法对控制微分方程进行离散,并采用SIMPLE压力校正算法来实现非线性方程的迭代求解.数值结果与在同济大学TJ-3风洞中的试验值进行了对比分析,总体吻合较好.由于风剖面是结构抗风设计中一个极为重要的因素,在比对试验的基础上,分析了双曲冷却塔对桥址风剖面的干扰影响.数值模拟表明,由于冷却塔的存在,当在一定的风偏角范围,桥址处在冷却塔的尾流中,风速明显偏小,在冷却塔高度范围,风剖面并不符合B类地貌选取0.16的指数分布率.     

最大地面风速的预测研究

为了解决航天发射场极值风速的预测问题,本文提出了用于极值风速预测的一种新方法－－相关系数法,并利用此方法对三种典型的概率分布进行了对比研究,在对比过程中,检验了三组极值风速,假设每组检验样本内的极值风速数据是统计独立的,于是极值风速就可以描述为随机过程,研究表明最适于描述极值风速的概率分布是reverse Weibull分布,与peak-over-threshold法所得出的结论具有良好的一致性。     

羽毛球风洞的设计与应用

本文根据空气动力学基本原理,对羽毛球的空气动力作了分析研究。设计了为评定羽毛球质量所需的羽毛球风洞。本文还提出一种羽毛球的风洞试验结果与运动员经验评定羽毛球质量的结果进行相关的方法。实践证明,该风洞在评定羽毛球质量方面,取得了十分满意的结果。