矩形截面高层建筑横向风激励时程模拟

提出了一种改进的矩形高层建筑横风向脉动激励模拟方法。从牛顿第二定理出发,将沿建筑高度分布的横风向加速度和楼层质量转化为沿楼层高度分布的横风向惯性力计算公式;考虑横风向力谱竖向相干函数,由此导出了沿建筑高度方向分布的横风向脉动力互谱,进而采取谐波合成法模拟出了沿建筑高度分布的横风向脉动力时程数据。结果表明:横风向振动响应与结构固有频率相关,结构前2阶模态频率所对应的横风向加速度响应功率谱约占80%,且第2阶模态频率占主导;当在结构2/3高度增加粘滞阻尼器时,第2阶模态频率所对应的结构加速度功率谱值降低约为43.1%,减震效果明显。因此,结构横风向加速度分析至少考虑前2阶模态的影响。     

流场物理特性在脉动风压系数估算中的应用

利用数值模拟技术计算脉动风压需要进行非定常瞬态模拟,计算量过大. 为了提高计算效率,文章根据准定常理论,用预测点高度的入口风速代替参考点高度风速,修正了Paterson、黄本才等人提出的脉动风压估算公式. 通过由CFD 模拟得到的独立柱支撑平板结构的平均风压系数、参考点风速、湍流动能等参数估算了其脉动风压系数,发现大多数工况下与风洞试验结果相吻合. 研究表明,可以利用定常模拟计算结果中获得的参数估算出脉动风压系数.     

结构横风向非平稳随机振动的矩分析

将双方向脉动风速引入到气动力中，从而得到结构横风向运动的非平稳随机振动方程．运用随机微分理论和矩方程理论，得到结构截面横风向运动时的一阶矩和二阶矩的微分方程．通过数值方法，得到结构截面横风向随机振动的时程曲线．通过研究不同地貌和不同方向脉动风速对结构响应的影响，得出脉动风速及其非线性耦合项对结构横向振动具有不可忽视的影响的结论。     

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.     

湍流的封闭性问题和非平衡统计力学

湍流统计理论的核心问题是封闭性问题,根源于纳维-斯托克斯方程的非线性.作者应用非平衡统计力学方法,通过直接求解刘维方程得到湍流的概率分布密度函数,解决湍流的封闭性问题.这一封闭方法成功地解决了很多有关湍流小尺度运动统计特性的问题.本文介绍这一方法的基本思想以及一些典型的应用实例.     

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。     

激波/湍流边界层干扰压力脉动特性数值研究

激波/湍流边界层干扰问题广泛存在于高速飞行器内外流动中, 激波干扰会导致局部流场出现强压力脉动, 严重影响飞行器气动性能和飞行安全. 为了考察干扰区内脉动压力的统计特性, 对来流马赫数2.25, 激波角33.2°的入射激波与平板湍流边界层相互作用问题进行了直接数值模拟研究. 在对计算结果进行细致验证的基础上, 分析比较了干扰区外层和物面脉动压力的典型统计特征, 如脉动强度、功率谱密度、两点相关和时空关联特性等, 着重探讨了两者的差异及其原因. 研究发现, 激波干扰对外层和物面压力脉动的影响差异显著. 分离区内脉动以低频特征为主, 随后再附区外层压力脉动的峰值频率往高频区偏移, 而物面压力脉动的低频能量仍相对较高. 两点相关结果表明, 外层和物面脉动压力的展向关联性均明显强于其流向, 前者积分尺度过激波急剧增长随后缓慢衰减, 而后者积分尺度整体上呈现逐步增大趋势. 此外, 时空关联分析结果指出, 脉动压力关联系数等值线仍符合经典的椭圆形分布, 干扰区下游压力脉动对流速度将减小, 外层对流速度仍明显高于物面.      

半月拱形大跨度屋盖的脉动风压特性研究

对某半月拱形大跨度屋盖体育场进行了刚性模型的风洞试验,对该体育场屋盖的脉动风压、非高斯分布及脉动风压谱在开孔前后的变化情况进行了详细研究。基于偏峰态检验法和斜度峰态统计量,得到半月拱形屋盖非高斯区域划分标准为|S|0.4或|K|3.5。采用FPE、AIC定阶准则确定了功率谱的阶数p取40,并得到开孔前后功率谱的变化曲线。得出以下主要结论:开孔能有效减少脉动风压系数值较高区域的脉动风压系数值,削减率在30%～55%之间,但对脉动风压系数值较低的区域影响小;在开孔后,脉动风压系数值较高的区域由原先的非高斯分布改变为高斯分布。由于屋盖非高斯区在特征湍流作用下产生气流分离区,使该区域后缘受湍流作用影响产生小尺度漩涡,开孔能改变主导气流的漩涡尺度,减少特征湍流的影响;而高斯区由于湍流特征作用弱,开孔产生的影响不明显。     

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.     

湍流普适平衡区的能谱

本文应用作者之一提出的确定湍流能谱的理论,对八种试探函数和四个波数取样值用方程误差方法数值求解能谱和阻尼系数满足的两个积分方程。结果得到湍流普适平衡区能谱的一个新的表达式。这个新的表达式与作者之一原来得到的表达式形式不同,但二者对应的三维和一维能谱差别很小;这说明了所用理论的自恰性。新的表达式较为简便。