非平稳非高斯湿下击暴流风雨荷载的模拟

为模拟湿下击暴流风雨荷载,使用时变平均风速和调制的kaimal谱数值模拟具有非平稳非高斯特征的下击暴流脉动风速。从模拟结果可以看出,模拟的脉动风速相关函数明显具有时变的特征,而且瞬时相关函数均与目标函数吻合,因此模拟的脉动风速具有非平稳的目标特性;与此同时,在任意时刻,目标函数也与模拟的脉动风速概率密度函数吻合,表明模拟的脉动风速也具有非高斯的目标特性。因此,所采用的非平稳非高斯过程模拟方法有效可行。针对雨滴冲击荷载,首先对单个雨滴运动分析,推导出单个雨滴的冲击力,进而运用单位体积雨滴谱将单个雨滴冲击扩展到大量雨滴的冲击状态。结果表明,风速对雨滴冲击荷载的影响大,雨荷载变化趋势基本与风速一致,说明湿下击暴流的雨滴冲击作用主要由风速拖拽所致;此外,通过改变降雨强度发现,随着降雨强度增大,雨滴冲击力的变化趋势几乎不变,但峰值增大。     

上海中心大厦脉动风荷载模拟研究

风荷载是超高层建筑设计的主要荷载之一,对超高层建筑进行风振时程分析能更准确和直观地了解结构风振响应的特性.为了进行风振响应时程分析,必须较为准确地模拟作用在结构上的脉动风荷载.首先,本文采用基于自回归(AR)模型的线性滤波法对上海中心大厦场地的脉动风速时程进行了数值模拟,通过检验模拟脉动风速的功率谱和相干函数平方根与目标值的吻合程度,验证了基于AR模型模拟超高层建筑脉动风速时程的可行性.然后,本文考虑了上海中心大厦外形向上扭转收缩的特点,由模拟的脉动风速时程计算生成作用在结构上的脉动风荷载.     

风场模拟中AR模型的若干问题

自回归(AR)模型具有计算量小,模拟速度快等优良特性,在风场模拟中得到了广泛应用.本文对AR模型进行了系统的研究,将脉动风场模拟中广泛应用的AR模型归为两大类,对模型中的参数从理论上进行了合理的解释.对两种模型模拟脉动风场时涉及到的Wiener-KJaintchine公武的交换形式,通过分析对其进行了修正,指出算法上可以采用FFT技术来计算互相关矩阵的元素以提高计算效率.提出了AR模型编程中偶然发现的自回归顺序问题,算例表明两种不同方法的风速时程样本及其无偏自相关估计和自功率谱估计均有较大的影响,希望能引起更多同行对该问题的注意.尽管标量过程AR模型简单且易于掌握,但不能考虑时滞问题.相比之下,理论分析和数值实验都证明,向量过程的AR模型在精度总体要高于标量过程的AR模型,但其运算时间也相应增多.     

多变量三维风场的简化及应用

三维空间风场在三个方向上相关性很小,可认为各个方向是相互独立的。对于输电线路的影响而言顺风向脉动作用是主要的,远大于其它两个方向,可简化为一维风场计算。以小波为分析工具,实现由风载荷功率谱到风速一时间历程的转变,并对模拟结果进行了比较。研究结果表明：小波分析在风载荷模拟中可靠性较高,可为输电线路风响应的进一步研究提供参考。     

各态历经随机风场的降维模拟

从n V-1D平稳过程的统一源谱分解出发,通过定义正交随机变量集的随机函数,得到了n V-1D平稳过程的谱分解降维模型。在此基础上引入双索引频率,进一步给出了各态历经随机风场的降维模型。利用快速Fourier变换(FFT),模拟了某大跨度桥梁水平向各态历经随机风场。研究表明:降维模型的均值函数严格满足无偏性和各态历经性,相关函数近似满足无偏性和各态历经性;对比分析降维方法与传统MonteCarlo方法的模拟结果,前者的均值误差、标准差误差及自功率谱误差均低于后者,相差范围均在1%左右,验证了本文方法的有效性及优越性。     

平稳随机过程模拟的一个快速Hartley变换方法

由平稳随机过程谱表示定理导出了平稳随机过程蒙特卡罗模拟的一个快速Hartley变换方法。按照该方法，样本过程可直接由一正弦和余弦函数和的级数公式计算产生。可以证明，当级数项数N足够大时，模拟的样本过程可准确地反映平稳随机过程规定的性质；当样本过程足够多时，其总体均值和总体自相关函数均趋于相应目标函数。方法有如下一些特点：模拟的样本过程由相互正交的两个过程迭加而成，样本过程具备各态历经性质，样本过程随着级数项数N趋于无穷而渐近呈正态分布，可直接利用快速Hartley变换来大大提高模拟的计算效率。     

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.     

基于风时程模拟的高耸结构风致响应有限元分析

高耸结构柔性较大,对风荷载较为敏感,相比一般风的影响,台风作用下的高耸结构更易产生强烈的动力响应.考虑台风的基本特性,选取合适的台风风速谱,运用数值模拟方法,仿真得到了与结构竖向相关的18条脉动风载时程样本.采用有限元方法建立某高耸钢塔结构的三维有限元模型,并在时域内研究其在台风作用下的动力响应.侧重比较研究了结构线性与非线性对高耸钢塔结构风致动力响应影响,并与采用经典的Davenport谱的计算结果进行了比较.研究表明:同一种风谱计算的风载作用下,考虑几何非线性影响的高耸结构风致位移响应略大于线性情况下的计算结果,但差别不是太大;采用台风风谱计算风致结构动力响应的峰值和均方差比采用Davenport谱的计算结果大得多.     

求解脉动速度关联函数的新方法及其在平面湍尾流中的应用

将周培源给出的平面湍尾流的一级近似解作为已知量,代入湍流脉动速度方程中,在微尺度范围内,采用谱方法对该方程进行数值求解,得到了和实验结果符合的二阶、三阶、四阶脉动速度关联函数的计算结果。     

大跨悬索桥三维非平稳耦合抖振分析

基于Priestley(1967)演变功率谱模型，并采用Lin和Yang(1983)的建议，建立了脉动风速的非平稳功率谱模型。依据此模型，采用三维有限元法，建立了大跨桥梁非平稳耦合抖振运动方程。然后，将虚拟激励法和精细时程积分法相结合，建立了求解桥梁三维非平稳耦合抖振运动方程的快速算法。以某大跨悬索桥为例，分析了该桥的非平稳耦合抖振响应，并与平稳耦合抖振响应进行了比较。计算结果表明：随着脉动风速平稳部分持时的增大，非平稳抖振分析结果逐渐收敛于平稳抖振分析结果；但若脉动风速的平稳部分持时较短，非平稳抖振分析结果将低于平稳抖振分析结果。     

考虑几何与材料及静风荷载的非线性因素的大跨径桥梁静风稳定分析法

针对现有的桥梁静风稳定分析方法中存在的问题，提出了增量与内外两重迭代相结合的新方法，并且考虑了结构几何、材料和静风荷载非线性。在上述方法的基础上，编制了桥梁非线性空气静力稳定分析程序BNAP，并进行了相应的算例分析，所得结果表明该方法具有计算稳定和速度快的优点。最后，以一座主跨1000米的斜拉桥为例，分析了结构几何非线性、材料非线性和静风荷载非线性对大跨径桥梁空气静力稳定性的影响。     

An accurate singularity-free geometrically exact beam formulation using Euler parameters

Wind-induced nonlinear oscillations of twin-box girder bridges are very sensitive to the aerodynamic shape of the deck (i.e., slot width ratio (SWR) and wind fairing shape) due to the complicated flow characteristics around the bridge deck. This paper presents a fully integrated finite element (FE) model in time domain, involving a nonlinear aerodynamic force model and a bridge FE model, to allow the investigation of nonlinear oscillation behaviors of long-span twin-box girder bridges with various SWRs and wind fairing shapes. The parameters in integrated FE model were firstly identified by using CFD simulation, and then, the proposed model was validated by conducting wind tunnel testing using sectional models and full-bridge aeroelastic models. It demonstrates that the developed integrated model has the capability of simulating the nonlinear flutter behaviors of twin-box girder bridges with various aerodynamic shapes. Furthermore, the prediction results show that the wind fairing shape has significant impact on the degree of freedom participation in coupled oscillation and failure modes, as well as flutter performance of the bridges. In addition, there is an increase in amplitudes of the limit cycle oscillations with the increase in the SWR of the twin-box girder bridges, and the relationships between the bending-torsional coupled oscillation, failure modes, and SWR of the bridges with anti-symmetric wind fairings are opposite to those with symmetric wind fairings.     

体育场环状悬挑屋盖脉动风压数值模拟

本文提出了预测悬挑屋盖上脉动风压的实用方法，用数值模拟中稳态计算得到的平均压力、平均速度和湍动能的分布计算大跨屋盖的脉动风压。以昆山体育场为例，通过数值模拟的平均压力系数、湍动能分布及脉动风压与风洞实验结果的比较，验证了用数值模拟方法预测环状悬挑屋盖脉动风压的有效性，并建议了需选用的合适湍流模型和参考点的风速。     

随机风作用下高速列车非定常气动载荷的计算方法

基于Cooper理论和谐波叠加法计算随车移动点的脉动风速,分析不同风向角下脉动风速的功率谱密度特性.在横风下高速列车非定常气动载荷计算方法的基础上,建立了侧风下高速列车非定常气动载荷的计算方法,并用此方法分析了侧向随机风作用下非定常气动载荷的统计特性,给出了各气动载荷的峰值因子.研究表明,当风向角接近90°时,无量纲功率谱会往高频移动,风向角对脉动风速的影响较小；在各个风向角下,气动载荷的标准差与平均值的比值仅依赖于侧偏角,侧力与侧滚力矩的峰值因子相同,摇头力矩与点头力矩的峰值因子相同.     

Simulation of Correlated Non-Gaussian Pressure Fields

Abstract. Among a host of techniques developed for the analysis and prediction of nonlinear structural response, simulation methods are gaining popularity as computational efficiency increases. Implementation of time domain methods require simulated load time histories with case-specific statistical and spectral characteristics. When the assumption of Gaussian wind loading is inappropriate, techniques for simulating non-Gaussian loading must be sought. Over a larger expanse of building surface, simulation of correlated loads at several spatially separated locations is required. This work introduces a multi-variate non-Gaussian simulation method capable of producing realizations with a wide range of spectral and probabilistic characteristics. The correlation between multiple locations is accurately simulated simultaneously, while retaining the appropriate spectral and probabilistic content at each location.Sommario. Tra la varie tecniche per l'analisi e la previsione della risposta structurale non lineare, stanno acquistando grande popolarità i metodi di simulazione poiché incrementano l'efficienza computazionale. L'implementazione dei metodi nel domino del tempo richiede la simulazione di storie temporali di carico con specifiche caratteristiche statistiche e spettrali. Quando l'ipotesi di gaussianità dell'azione del vento non risulta adeguata puòessere necessario ricorrere a techniche di simulazione di carichi non gaussiani. Per superfici di edifici più estese è richiesta la simulazione di carichi correlati in diverse posizioni separate spazialmente. La presente memoria introduce un metodo di simulazione multivariata non-gaussiana capace di riprodurre realizzazioni con un ampio campo di caratteristiche spettrali e probabilistiche. La correlazione tra le molteplici posizioni viene simulata simultaneamente in modo accurato mantenendo in ciascuna posizione caratteristiche spettrali e probabilistiche appropriate.     

聚能装药对混凝土靶板的侵彻研究

系统开展了不同药型罩材料、不同锥角、不同壁厚的聚能装药在不同炸高下侵彻混凝土试验, 研究了罩材料、锥角、壁厚、炸高等结构参数对漏斗坑直径、侵彻孔洞直径、漏斗坑深度以及侵彻深度等参数的影响规律;应用空腔膨胀理论计算了混凝土靶体阻力, 采用改进的伯努利方程和两阶段空腔膨胀理论获得了混凝土靶板在侵彻体作用下的侵彻深度和孔洞直径, 理论结果与试验结果基本吻合;基于AUTODYN 软件平台, 采用与试验一致的聚能装药结构, 开展了57 种工况下侵彻体成形过程的数值模拟研究, 并对其中典型工况的侵彻混凝土过程进行了数值模拟, 计算所得孔洞直径和侵彻深度与试验结果吻合较好, 在此基础上深入探讨了聚能装药作用下混凝土漏斗坑的形成机理, 分析表明, 铝药型罩的开坑机理不同于钢和铜药型罩.