虚拟时变微下击暴流的数值仿真方法

为了生成虚拟飞行仿真中的微下击暴流风场,本文提出了一种基于涡环原理的工程化非对称时变微下击暴流模型。考虑了空气粘性的作用,建立了有限粘性涡核模型,解决了诱导速度在涡核内分布不连续的问题。采用湍流自由射流理论求解涡环中心轴处诱导速度,避免了奇异值的产生。考虑造成涡环运动的因素,建立了随时间变化的非定常涡环模型。仿真结果表明:与解析法相比,本文采用的数值方法所耗机时短(仅需0.3871s),所得结果与解析法结果完全一致,计算结果精确;且得出的微下击暴流风场的分布与真实情况类似,可满足实时飞行仿真的需要。本文结果可为虚拟飞行实验提供一定的理论参考。     

下击暴流风场中格构塔风载荷特性研究

下击暴流引发的结构破坏在世界各地都有发生,而我国相关的设计规范尚未考虑这种强风载荷。针对下击暴流天气下角钢格构塔的风载荷特性问题,通过求解NS方程,获得了全尺度下击暴流风场的风速剖面分布;首次采用结构化网格生成技术,针对一个典型的角钢格构塔单元节段模型进行了网格划分;根据计算所得到的不同位置的风速剖面,研究了格构塔的风载荷特性,得到了角钢格构塔在下击暴流风场中0.5D+100m、0.5D+250m、0.5D+500m、0.5D+1000m、0.5D+2000m、0.5D+3000m、0.5D+4000m位置处所受风载荷的情况(其中D代表入口直径)。结果表明计算得到的风载荷体型系数与GB50009标准规定值吻合良好。本文验证了对于格构塔这种复杂结构外形采用结构化网格进行CFD数值模拟的可行性,为以后整体塔架的数值模拟奠定了基础。     

下击暴流作用下群体高层建筑风压干扰特性的数值分析

针对布局变化对高层建筑下击暴流场气动干扰特性研究的缺乏,采用RNG k-ε湍流模型封闭求解N-S方程的RANS方法模拟下击暴流场,在与已有单体高层建筑下击暴流场试验数据进行对比验证的基础上,模拟研究两幢高层建筑布局的下击暴流风效应场。考虑建筑布局距风暴中心距离变化以及布局纵横向间距变化时,施扰建筑对受扰建筑立面风压的影响,获取立面风压干扰规律与特性。结果表明:受扰建筑迎风面干扰因子随风暴中心距离的增大而增大,突出表现在较大距离区间(r2D),且干扰作用随布局纵横向间距的变化存在较明显差异;当距风暴中心较近时(r2D),布局纵横方向间距变化对受扰建筑干扰因子的影响较小;在径向最大风速位置处(r/D=1.0),临近施扰建筑的受扰建筑侧风面风压相对单体情况有所减小,其干扰因子随布局纵向间距的增大而减小,随横向间距的增大而增大。     

下击暴流移动对其水平风速及影响高度的作用

针对下击暴流整体移动对其水平风速的增大效应,采用数值模拟方法(CFD)得到全尺寸下击暴流不同径向位置的风剖面,并与线性叠加算法得到的水平移动下击暴流的风剖面进行对比,发现线性叠加方法在R/D≤1.1径向区间内不能准确体现下击暴流整体水平移动对沿其整体移动方向上的纵向风速剖面的影响。为此,本文提出了非线性预测方法,准确地得到了下击暴流不同水平移动速度条件下的不同径向位置风剖面;结合风剖面计算该公式与大气边界层风速分布,研究了地表粗糙度、10m高度参考风速、下击暴流初始出流速度等对下击暴流影响高度的作用。结果表明:整体水平移动下击暴流影响高度的最大值出现在R/D≤1.13范围;地面粗糙度增加明显降低了该影响高度;整体移动速度增大显著增加了下击暴流的影响高度。     

不同类风场雨滴冲击荷载对输变电塔线体系动力响应的影响研究

输变电塔体系遭受风雨耦合作用破坏时常将原因归于风荷载,忽略了雨荷载耦合激励的放大效应。针对某输电线路“一塔两线”体系模型,以数值方法模拟良态风雨场与湿下击暴流场的风雨时程荷载,分别对塔线体系进行动力响应分析,结果表明：降雨对输电塔线体系的响应,具有显著影响,随着雨强变大,塔线体系响应增大明显;在极值降雨条件下,湿下击暴流场塔顶位移增幅最大,在X向和Y向分别达到31.30%和33.93%;两种风雨场中塔顶位移及加速度功率谱密度均出现明显增幅,体系共振响应增强,塔身关键位置主材应力分别增大了11.64%、37.07%;在不同类风场中,强降雨时雨滴冲击对塔线体系产生的激励增大作用不可忽略。     

非高斯荷载作用下结构微小失效概率的估计方法

本文提出了一个估计非高斯荷载作用下结构体系微小失效概率的有效方法．该方法由两个解耦的分析过程组成：第一个过程由移位广义对数正态分布模型估计结构非高斯反应的边缘分布函数,对于移位广义对数正态分布模型的参数估计采用两水准方法;第二个过程由Copula函数估计结构非高斯反应的联合分布函数,通过该联合分布函数的尾部得到结构体系的微小失效概率．非高斯地震荷载作用下六层抗弯钢框架的微小失效概率算例分析表明,本文所提方法能精确估计结构体系的微小失效概率,其计算效率比目前普遍采用的Monte Carlo模拟方法高5~10倍．     

基于相位差谱的空间相关非平稳地震动场的模拟

地震动的非平稳特性主要是由其相位差谱决定的,相位差谱与相位导数之间存在线性倍数关系。根据相位导数的显式计算公式,从能量的角度解释了相位导数的均值大致决定了时程峰值的发生时刻,相位导数的方差决定了强震段的持续时间。在相关地震动场模拟方法中,首次将相位差谱的统计模型引入空间相关非平稳地震动场的模拟方法之中,利用快速傅立叶变换技术生成地震动场。表示地震动随机特性的随机相位谱利用相位差谱的统计模型生成,生成的地震动场不仅具有空间相关性,而且在时域、频域内均具有非平稳特性。     

移动随机荷载作用下梁桥非平稳随机振动的PEM-FFT方法

针对移动随机载荷作用下桥梁结构非平稳随机振动问题,建立了一种基于频域分析的虚拟激励-傅里叶变换方法(PEM-FFT)。与通常的非平稳随机振动的时频分析方法不同,提出的方法完全在频域上执行。其主要特色是能够给出随机输入与随机输出的频域关系,表明移动载荷作用下结构非平稳随机振动分析仅需对载荷的确定性移动函数项进行计算。数值算例考虑了等截面/变截面简支梁受移动随机载荷作用的问题,首先与通常的时频分析方法进行对比,验证了PEM-FFT方法的正确性和有效性,进一步讨论了不同结构形式以及不同载荷移动速度对响应演变统计量的影响。     

不同降雨环境下的斜拉索风雨激振响应研究

研究了非稳态风荷载以及不同降雨环境下雨滴冲击对拉索振动的影响。建立了考虑非稳态风和雨滴冲击的斜拉索风雨激振响应方程;通过谐波叠加法模拟了非稳态风荷载;分析了不同降雨环境下非稳态风荷载以及不同降雨环境下雨滴冲击对拉索振动的影响。研究结果表明:在非稳态低风速作用下,拉索风雨激振振幅随着风速的增大先增大后减小,在9m/s～11m/s和13m/s～15m/s风速内,考虑非稳态风作用的拉索振幅大于稳态平均风作用的拉索振幅;在拉索风雨激振风速9m/s～13.5m/s内,考虑雨滴冲击的拉索振幅明显大于无雨滴冲击的拉索振幅,而在此以外的强风环境下,可认为强风速导致雨滴沿着碰撞点表面的切线方向脱离拉索,而不形成水线运动轨迹,拉索仅受到雨滴冲击与风荷载共同作用。     

多点非均匀调制演变随机激励下结构地震的响应

针对大跨度结构在非均匀调制演变随机激励作用下,考虑行波效应时的非平衡随机地震响应问题,应用虚拟激励法进行了分析,由于虚拟激励法自动计及了参振振型的互相关项以及激励之间的互相关项,理论上是精确解,时变功率谱的计算采用精细逐步积分格式,使计算效率进一步得到提高。     

建筑结构基于巴斯金风速谱的系列风振响应的简明封闭解

针对巴斯金风速谱激励下的建筑结构顺风向振动响应表达式复杂的问题,提出了一种简明封闭解法.巴斯金随机谱广泛应用于描述脉动风、随机地震动和路面不平顺等各种随机激励,本文基于留数定理给出巴斯金风速功率谱的二次正交式.综合运用复模态法和虚拟激励法获得了建筑结构系列响应(位移、层间位移及其变化率)功率谱的统一形式的二次正交式,并根据谱矩的定义获得了建筑结构系列响应的方差和谱矩及绝对加速度方差的简明封闭解.运用本文方法对一8层建筑结构进行分析,并与传统虚拟激励法进行对比研究,表明本文所得封闭解正确,并可用于验证虚拟激励法在谱矩和方差分析时的精度和效率.由于本文方法含有复模态法,故可用于各类线性结构基于巴斯金谱的随机响应分析和基于动力可靠度及舒适度的动力优化分析.     

Nonlinear dynamics and performance analysis of modified snap-through vibration energy harvester with time-varying potential function

Vibration energy harvesting has emerged as a promising method to harvest energy for small-scale applications. Enhancing the performance of a vibration energy harvester(VEH) incorporating nonlinear techniques, for example, the snap-through VEH with geometric non-linearity, has gained attention in recent years. A conventional snap-through VEH is a bi-stable system with a time-invariant potential function, which was investigated extensively in the past. In this work, a modified snap-through VEH wit...     

横向爆炸载荷下开孔板的动应力集中因子

基于ANSYS 5.7/LS-DYNA程序,对3 m3 m0.25 m四边固支和简支、中心具有0.3 m0.3 m方孔的开孔板和无孔板对应点在两种下三角爆炸载荷作用下的应力响应进行了分析;由开孔板和无孔板边对应点的主应力时程曲线,对提出的能量密度时间分布函数的绝对值平方进行变上限积分,按其比值确定动应力集中因子,该方法简单易行。     

负压爆炸载荷和数据采集间隔对弹性开孔板动应力集中的影响

基于ANSYS 7.0/LS-DYNA程序,对3 m3 m四边简支,厚度0.025 m,中心开有0.3 m0.3 m方孔的弹性板,在正压和负压三角爆炸载荷作用下的应力响应进行了分析,利用能量密度时间分布函数（TDFED）确定了动应力集中因子,并给出其计算步骤。计算结果表明计算总时间和数据采集时间间隔对动应力集中因子影响较大,而负压荷载影响较小。