高层建筑标准模型风效应的阻塞效应试验研究

对一组阻塞比为1.7%～10.9%的高层建筑标准模型在均匀低湍流强度风场和均匀高湍流强度风场中进行了多点同步测压试验,研究了不同风场下阻塞效应对高层建筑风致响应和等效静力风荷载的影响。结果表明:当阻塞比不大于4.5%时,可以忽略高层建筑风致响应和等效静力风荷载的阻塞效应;当阻塞比大于4.5%时,在均匀低湍流强度风场中,高层建筑的风致响应和等效静力风荷载均随阻塞比的增大而增大;在均匀高湍流强度风场中,湍流强度的增大不同程度地削弱了阻塞效应的影响。基于试验结果,提出了高层建筑顶部平均位移、位移均方根和加速度均方根的阻塞效应修正公式,可应用于修正等效静力风荷载,修正效果较好。     

阻塞效应对高层建筑风洞试验的影响分析

风工程界对单体建筑风洞试验阻塞效应进行了大量研究并取得初步成果,有关群体建筑风洞试验阻塞效应的研究却鲜有报道.基于此,本文对具有较多周边建筑的某实际高层建筑进行了两种缩尺比的刚性模型测压试验.结果发现阻塞效应的不同使两组模型的风压数据出现显著差异.分析表明:对于具有较多周边建筑的风洞试验,较大阻塞比导致的阻塞效应可能引起试验数据严重失真,阻塞效应对模型侧面风压的影响较迎风面、背风面更为显著;现有的阻塞效应修正方法不具有普遍适用性,阻塞比这一整体性指标无法描述模型不同部位的阻塞效应.     

高层建筑标准模型风洞测压和测力试验研究

CAARC高层建筑标准模型是国际上通用的风工程标准模型之一,用来检验各个模拟自然风的风洞试验结果,以确保风洞试验测量数据的可信度。本研究使用缩尺比为1：300的CAARC模型,在同济大学TJ-2建筑风洞中进行了B类和D类地面粗糙度风场下的刚性测压试验和高频动态天平试验。在刚性测压试验中测量了建筑模型表面在不同风速和风向角下的平均风压系数,并与国外风洞机构的试验数据进行了对比分析。在高频动态天平试验中,不同风向角下的结构气动力系数和顶点位移被给出,并同样与国外风洞机构进行了对比。风洞试验结果表明：TJ-2风洞能较好地模拟大气边界层风场,且风场品质较好;试验技术可靠,所测得的试验数据具有较高的精度。     

高层建筑结构分层模型弹塑性动力分析

1.概述输入地震波对高层建筑结构进行弹塑性动力分析能反映出地震过程中结构的动力特性.多质点体系(图1)在动力荷载作用下的振动方程为:[M]{(?)}+[C]{(?)}+[K]{(?)}=-[M]{(?)} (1)式中{x}、{(?)}、{(?)}——质点的位移、速度、加速度向量;[M]、[C]、[K]——质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;{(?)}——地面加速度向量.方程(1)是二阶微分方程组,按已知的地震加速度记录(?)(t)对时间t 求解这方程组,便可求得地震过程中各质点在每一时刻的位移、速度和加速度,从而计算结构的内力.     

JRC-JCS模型抗剪强度估算的平均斜率法

结构面对工程岩体的稳定性有着决定性的影响,结构面的抗剪强度参数是分析岩体稳定的关键的参数。本文回顾了结构面抗剪强度估算的JRC-JCS模型及其估算方法,提出了可快速估算结构面抗剪强度参数的平均斜率法,并通过对比分析阐明平均斜率法的优越性。     

高层建筑的光弹性研究

本文通过光弹法的途径给出了在水平荷载作用下的高层建筑应力分布的分析方法。文中所介绍的计算方法和试验技术均有其特点,为高层建筑的结构分析提供了一种实验研究手段。在本文研究中,综合地应用了材料力学、结构力学、弹性理论和光弹性法中的若干原理,将理论研究与实验分析相结合。并在实验分析和模型制作方面做了新的探索,取得了有效的结果。     

用于高层建筑研究的风洞

高层建筑最大的研究课题是如何对付由于强风加在建筑物上的横向荷载.根据建筑强度和稳定性要求,如果高层建筑在每平方米150公斤的压强作用下(相当于每小时145公里),其顶部摆幅不超过其高 ...     

考虑应力梯度效应的金属微梁屈服模型研究

一系列微加载测试结果表明,金属微梁的弯曲强度会随着材料外部几何特征尺寸的减小而显著升高,呈现出明显的尺寸相关性.基于位错塞积模型,探讨了纯金属单晶微梁的初始屈服应力,并提出了描述其尺寸相关性行为的关键内禀特征长度.通过综合分析现有的微梁弯曲实验及其离散位错动力学数值模拟结果,并考虑到位错-自由表面交互作用的影响,提出了一种仅涉及位错源的位错塞积构型.在此构型下,对线性应力梯度作用下的位错塞积行为进行了连续性分析,并建立了一个由位错源主导的应力梯度屈服模型.该模型有效地解释了微梁初始屈服应力的尺寸相关性,并与实验结果一致.研究结果表明,针对外部几何特征尺寸在数微米及以下的纯金属单晶微梁,位错塞积行为是其尺寸相关性行为的主导机制,而且刻画这种行为需要两个内禀特征长度参数,即位错源长度和位错塞积长度.为解释非均匀加载条件下微尺度晶体材料屈服应力的尺寸相关性行为,特别是纯金属单晶微梁,提供了新的视角.     

钝锥模型高焓流动的再压缩效应研究

在钝体高焓流动中,热化学非平衡效应使膨胀区壁面压力显著低于冻结流动,相关研究表明,再压缩效应可以消除上述差异. 为详细分析此问题,数值求解了Euler 方程,化学反应源项采用有限速率模型并考虑了5个组分,17 个基元反应. 结果表明,随着再压缩角的增大,热化学非平衡效应引起锥面压力先降后增非单调变化,这是由于再压缩流场中放热复合反应与吸热分解反应的强度变化决定的,其宏观表现为比热比的空间不均衡分布.      

混合少数者博弈模型中的模仿效应研究

我们研究了混合记忆经纪人争当少数者博弈模型中的模仿效应。我们将模仿引入混合少数者博弈模型,经纪人可以模仿邻近的更成功的经纪人,采用其最佳邻居的策略来作为自己的决策,模拟结果表明当单一社群经纪人处于拥挤区域时,模拟的引入可以明显改善经纪人之间的合作行为。     

小行星进入与撞击效应评估模型敏感性研究

近地小行星对地球的撞击是人类生存和发展面临的潜在威胁之一.当前小行星进入与撞击效应评估模型输入参数不确定度大,给模型的使用带来困扰,也较大地影响了危害评估结果.本文分析了输入参数的取值范围,以范围中概率最大或文献的推荐值作为敏感性研究的基准值,利用所发展的小行星进入与撞击效应分析评估软件AICA,通过改变一个或多个输入...     

视密度加权的时平均统一二阶矩两相湍流模型

在气粒两相湍流的双流体模型中,颗粒相的视（表观）密度是有脉动的,在时平均的统一二阶矩（USM）模型中出现了和颗粒数密度或视密度脉动有关的项和方程,使模型方程比较复杂。实际上,用LDV或PDPA测量的流体（用小颗粒代表）和颗粒速度都是颗粒数加权平均的结果。因此,在视密度加权平均基础上推导两相湍流模型更为合理。通过推导和封闭了视密度加权平均的统一二阶矩模型（MUSM）方程组,改进了两相速度脉动关联的封闭,并引入了颗粒遇到的气体脉动速度及其输运方程。MUSM模型可以减少所用方程数,节省计算量。视密度加权平均的统一二阶矩两相湍流模型是一种对原有时间平均的统一二阶矩模型和改进和发展。     

基于组合神经网络的雷诺平均湍流模型多次修正方法

求解雷诺平均(Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS)方程依然是工程应用中有效且实用的方法, 但对雷诺应力建模的不确定性会导致该方法的预测精度具有很大差异. 随着人工智能的发展, 湍流闭合模型结合机器学习元素的数据驱动方法被认为是提高RANS模型预测性能的有效手段, 然而这种数据驱动方法的稳定性和预测精度仍有待进一步提高. 本文通过构建一个全连接神经网络对RANS方程中的涡黏系数进行预测以实现雷诺应力的隐式求解,该神经网络记作涡黏系数神经网络(eddy viscosity neural network, EVNN). 此外, 也使用张量基神经网络(tensor basis neural network, TBNN)预测未封闭量与解析量之间的高阶涡黏关系, 并利用基张量保证伽利略不变性. 最后, 采用多次修正的策略实现修正模型对流场预测的精度闭环. 上述方法使用大涡模拟(large eddy simulation, LES)方法产生的高保真数据, 以及RANS模拟获得的基线数据对由EVNN和TBNN组合的神经网络进行训练, 然后用训练好的模型预测新的RANS模拟的流场. 通过与高保真LES结果进行对比, 结果表明, 相比于原始RANS模型, 修正模型对后验速度场、下壁面平均压力系数和摩擦力系数的预测精度均有较大提升. 可以发现对雷诺应力线性部分的隐式处理可以增强数值求解的稳定性, 对雷诺应力非线性部分的修正可以提升模型对流场各向异性特征预测的性能, 并且多次修正后的模型表现出更高的预测精度. 因此, 该算法在数据驱动湍流建模和工程应用中具有很大的应用潜力.      

基于相平均方法的折射绕射联合波浪模型

近岸带波浪运动的研究具有很重要的工程意义,近年来已获得了较丰硕的研 究成果并发展了许多波浪模型,而基于不同理论的波浪模型往往具有特定的适用性. 在海岸 工程中应用比较广泛的一类波浪模型以波能(波作用量)守恒为基本依据,如SWAN模型. 该 类模型在实际工程中已经得到了大量的应用,但该类模型未计及波浪绕射效应,成为其突出 的缺陷之一. 如何对模型做适当的改进,使之适用于波浪绕射的模拟,从而在原有基础上拓 广模型的应用范围是一项具有实际意义的研究工作. 该文采用波能(波作用量)守恒方程描 述近岸带波浪运动,通过引入绕射因子,得到折射、绕射联合波浪模型,从而拓广了模型的 应用范围. 通过实际算例验证,表明所建立的模型计及了波浪折射、绕射作用,对相平 均波浪模型在波浪绕射效应模拟方面的改进具有一定的意义.     

高速气流阻塞效应对倾斜微孔端面密封动压特性的影响

以倾斜椭圆微孔端面为研究对象,考虑出口阻塞效应和入口压力损失,对高速气流润滑密封动压特性展开理论研究.采用数值方法重点分析不同密封压力、转速等操作参数和端面宽度等几何参数以及方向因子、倾斜角、孔深及面积比等微孔几何参数下,阻塞效应对开启力和泄漏量等密封特性参数的影响规律.结果表明:入口压力损失使入口处压力降低,出口阻塞效应使出口处压力抬升,导致端面开启力和泄漏量降低.随着转速和密封压力的增加,阻塞效应增强,与强制压力边界下的值相比,当密封压力为10 MPa,转速为50 000 r/min时,开启力降低可达5%以上,泄漏量可降低67%以上.当孔深取2~4μm,微孔倾斜角取20°~40°时较易获得优异的动压开启性能.     

圆柱尾流雷诺应力与平均运动变形率的空间弛豫效应

针对圆柱尾流中沿流向存在的Karman涡街周期性涡旋结构,对湍流雷诺应力与平均运动变形率之间的空间弛豫效应进行了实验研究.在回流式水槽中,放入不同直径的圆柱模型,获得不同雷诺数下的圆柱尾流,利用二维高时间分辨率粒子图像测速(TRPIV)技术测量圆柱尾流二维瞬时速度空间分布图像的时间序列.经过数字图像处理,获得二维雷诺应...     

预计平均热感觉指数PMV计算模型的分析与改进

环境热舒适是衡量建筑物等级的重要指标。据大量实验与现场研究表明,PMV热舒适模型存在一定的偏差,有待完善、改进。现有PMV计算模型计算的各散热项、热负荷、PMV值与实际存在偏差;适用于PMV评价模型“接近热中性”环境条件、人体热负荷定义及其计算方法还存在异议。通过理论分析,本研究提出了新的“接近热中性”环境条件、新的人体热负荷定义及其计算方法,提出了新的PMV计算模型,并经对比分析发现,新的模型修正了在偏热环境下的现有PMV预测偏差。另一方面,在新的热负荷计算方法下,PMV与热负荷之间的函数关系K_M必须进行相应调整,要获得准确的K_M函数关系,必须获得较准确的人体平均皮肤温度与环境参数间的关系。     

平均函数与有限元基函数的平均修正

首次提出了有限元基函数的平均修正法。经过平均修正的有限元基函数，一方面保留了修正前的许多特性，另一方面又使修正后的基函数具有任意阶的导数。从而使单元间包括导数在内的任何不协调性消除。并对引入平均修正后所引起的单元形成，单元组装等过程的改变进行了讨论。     

高层建筑风荷载反演研究

本文研究了结构参数未知条件下的高层建筑风荷载反演问题,通过将平均风速的实测特性作为识别计算中的辅助条件,文中提出了一类荷载归一化统计平均方法,结合工程实例,进行了高层建筑风荷载反演分析,结果表明,本文建议方法可以在幅值、时程等方面均给出良好的风荷载反演结果,同时识别得到的结构参数具有良好的精度。从而为高层建筑风荷载研究提供了一条可行途径。     

高湍流度风场中两个高层建筑间的风干扰效应

来流湍流度对群体高层建筑结构间的干扰效应有很大的影响。但由于流场模拟的复杂性,以往多数干扰效应研究所用的流场均不同程度地存在湍流度低于荷载规范建议值的问题,而且多数文献主要致力于研究在郊区地貌下的建筑群体间的干扰效应,甚少详细研究高湍流度的城市中心地貌的干扰效应。本文首先用被动模拟方法较好地模拟出乎均风剖面指数为0．3的城市中心地貌而湍流度不同的4种流场,所模拟出的流场的湍流度在模型高度处分别为10％,15％,20％和26％．在此基础上用高频动态力天平技术对两个高层建筑间的静态和动态干扰效应进行了风洞试验研究。文末对城市中心地貌下两个高层建筑间的动静态干扰以及风振系数的取值提出了一些建议。