高耸结构随机风荷载的数值模拟

风荷载是高耸结构设计计算的主要控制荷载,在随机风荷载作用下结构的动力响应直接影响结构的安全性和可靠性,因而高耸结构的风荷载数值模拟是非常重要的.针对脉动风风速的频谱特性和高耸结构风荷载的空间相关性,文章提出了一种新的高耸结构脉动风荷载的数值模拟方法.脉动风速的频谱特性用线性滤波器逼近,首先通过求解脉动风速自相关系数的Toeplitz方程得出该滤波器的控制参数初步近似值,再通过迭代进行优化,以Gauss白噪声作为输入,经过该滤波器滤波,即可生成具有所需功率谱的脉动风风速时程.考虑风荷载的空间相关性,最终给出了高耸结构脉动风荷载的时程.详细介绍了上述算法的理论和数值模拟方法,并讨论了滤波器阶数以及迭代算法控制精度的影响.结合电视塔结构,给出了具体的算例.     

基于AR模型方法的多维脉动风荷载时程的模拟

研究了脉动风荷载基于AR模型的数值模拟方法。依据脉动风荷载的功率谱密度函数,探讨了AR模型方法实现考虑空间相关性影响的水平脉动风荷载的模拟方法。算例表明,该方法计算简洁高效,模拟结果能够精确反应脉动风的频谱特性。     

拱型波纹钢屋盖结构风振响应的频域分析

拱型波纹钢屋盖结构自重轻,在风荷载作用下结构的动力响应较为显著,在设计中应给予足够重视.利用ANSYS有限元软件中的壳单元Shell63模拟拱型波纹钢屋盖结构,研究了结构的自振频率和振型,并对结构在脉动风荷载作用下的性能进行了随机振动分析.研究成果不仅验证了脉动风荷载对这种结构是一种非常不利的荷载形式,而且给出了这种结构风振系数的建议取值.     

煤矿井塔结构在脉动风荷载作用下的响应分析

文章简述了风荷载特性与脉动风荷载的风速时程自回归(autoregressive,简称AR)数值模拟方法,模拟了给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱的一致性,从而得到作用在结构模型各节点上的脉动风荷载时程样本。以某煤矿井塔结构为例,用有限元分析软件SAP2000建立其有限元模型,并用Matlab获取了井塔结构迎风面各节点上的风荷载时程信号作为动力输入。利用SAP2000软件对结构进行模态分析,并基于时程分析方法计算结构在脉动风荷载作用下的风振响应。结果表明,AR模型能有效地模拟具有空间时间相关性的节点脉动风速时程,可为结构的安全性设计或结构的改造提供参考和依据。     

大跨拱形结构等效静力风荷载

基于计算流体动力学(CFD)方法和有限元动力时程分析法,数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT软件对大跨拱形结构进行脉动风作用下结构的非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载;运用ANSYS分析软件进行结构的风振响应计算,分析获得了基于结构风振响应时程的等效静力风荷载.提出多目标等效静力风荷载加权组合系数的定义,计算获得了大跨拱形结构的多目标等效静力风荷载,并验证了其计算精度.研究结果表明,在基于该方法所得等效静力风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.     

合肥电视塔人造脉动风荷载的仿真计算

根据随机振动理论,分别按照星谷胜和M.Shinozuka方法对合肥电视塔顺风向脉动风荷载进行了模拟,并对其进行了检验,得出了符合合肥电视塔动力特性的人造脉动风压时程样本。并利用所得到的脉动风压样本对电视塔进行了顺风向响应分析,分析表明,该塔在脉动风荷载作用下,上塔楼的最大风振加速度响应超过了人体舒适度的要求,有必要进行风振控制。     

基于改进大涡模拟模型的风荷载验证

为了获得与近地大气边界层实际脉动风场特征相一致的三维脉动风速,文章首先应用DSRFG(Discretizing and Synthesizing of Random Flow Generation)方法,模拟生成计算流体动力学中大涡模拟算法所需的模拟入口边界脉动风速时程,然后采用改进的动态一方程模型作为大涡模拟的亚格子模型,计算长宽高为1∶1∶3的高层单体矩形建筑在0度风向角下的风荷载分布及特性,并与日本TPU风洞试验进行了对比.结果表明:1当高层建筑长宽比(B/D)=1时,扭矩的能量主要来自涡旋脱落而不是入口湍流的影响;2DSRFG结合改进的动态一方程模型能够较为准确地模拟得到高层建筑表面的平均及脉动风荷载特征.此方法有望应用到实际高层建筑风荷载评估中.     

高耸结构风振响应的MTMD控制研究

研究了MTMD对北京奥林匹克公园中心演播塔在强风作用下风振响应的振动控制效果.基于随机振动理论,利用M.Shinozuka方法对该塔的脉动风荷载进行数值模拟,得到了6条脉动风荷载时程曲线;利用大型三维空间有限元软件MIDAS/GEN7.3.0建立了该塔三维模型,并对该塔进行了动力特性分析,同时利用6条脉动风荷载时程曲线,对该塔的风振响应进行了MTMD振动控制研究,以该塔顶层的风振响应为优化目标,对MTMD的参数进行了优化研究.结果表明:该塔的加速度风振响应超过了规范的容许值,设置MTMD后该塔的风振加速度响应有明显的减小;最优参数的MTMD对该塔的风振加速度响应和位移响应的减振率分别为30.5%和46.0%.MTMD吸收了大量的能量,对该塔的风振响应有明显的控制作用.     

风作用下电梯试验塔的动力时程分析

以电梯试验塔的主体结构为研究背景,根据风的相关理论采用时域分析法中的线性滤波法,借助编程软件MATLAB进行编程模拟得到具有随机性的脉动风速时程曲线,从而得到风荷载时程.然后利用有限元软件Ansys对结构进行建模,将具有空间相关性的时程风荷载加到模型上,得到结构的时程位移,得出结论.     

紊流风特性参数对方形结构表面脉动风荷载影响研究

紊流风特性参数如紊流强度与紊流积分尺度的试验模拟精度会影响风洞试验结果,导致不同的风振响应.为得到影响规律,分析了紊流风特性参数对方形结构表面脉动风荷载的影响.为减小干扰因素,利用格栅形成局部紊流场,在此流场中研究紊流强度或紊流积分尺度单参数变化,其它参数不变对结构表面脉动风荷载分布规律的影响.结果表明:方形结构底部区域的概率分布曲线与高斯分布吻合较好,随来流紊流强度增大,分布曲线较高斯分布偏移幅度有增大趋势.紊流强度增大会导致脉动风压系数增大,方形结构迎风面中上部区域对紊流强度非常敏感.紊流积分尺度对脉动风压系数的影响很小,来流积分尺度越大,水平相关性与竖向相关性越好.     

两类建筑结构脉动风场的数值模拟

基于随机模拟理论的谱解法以及快速傅里叶变换（FFT）技术,运用MATLAB语言编程模拟两类典型结构物周围的脉动风场,并给出部分节点的脉动风速时程曲线.模拟的过程中考虑结构不同点的空间相关性,并采用多种方法验证本程序和数值模拟结果的正确性.FFT技术能大大提高程序运算速度,而传统的谱解法又能保证模拟的精度,使得脉动风速的数值模拟结果能满足工程分析的需要.     

球面网壳结构风振响应时程分析

利用线性自回归滤波器法(AR法),编制了大跨空间结构的风速时程模拟程序,通过算例验证了该方法对大跨空间结构具有的良好适用性.将模拟出的风荷载作用于单层球面网壳,用有限元程序ANSYS进行了网壳结构的风振响应时程分析.通过时程分析结果与频域法的相应计算结果的对比,发现时程分析法与频域法的计算结果基本吻合,时程响应的峰值远大于静风响应,频域法的风振系数略大于时程法的结果.     

建筑风环境模拟及其舒适性判断

某些建筑布局会引起很强的局部风,带来不舒适的风环境问题,通过风洞模拟试验研究可以解决这一问题.从大气边界层模拟、建筑模型风洞试验、风统计特性、风环境舒适性判断等方面介绍了几种风环境风洞模拟研究方法.     

模糊控制在风力发电最大功率点跟踪控制中的应用

由于风力的间歇性,造成风力发电能量转换效率低,研究了最大功率跟踪（MPPT）算法,针对经典PI控制器带来的功率波动问题,采用模糊PI控制器进行最大功率跟踪,达到最大功率点跟踪稳定的效果.通过Matlab/Simulink软件进行仿真,验证研究方案的可行性.     

双馈风力发电机组仿真装置研究

以某风电场2 MW风力发电机组为仿真对象,对风力发电机进行结构分析,并采用模块化建模方法分别建立风速模型、风机模型、传动模型、电机模型和控制模型,给出了相应的数学模型.在南京工程学院JSCC仿真支撑系统下,用Fortran语言编写了仿真算法并建立全范围风力发电机组仿真模型.根据该风电场典型工况进行模拟计算,模拟风速从8 m/s至20 m/s变化时风电机组系统的变化动态特性,模拟结果表明所建立仿真模型能够反应实际机组的动态特性,系统能够满足风电场运行人员培训及风电系统优化等要求.     

应用WRF模型模拟分析风力发电场风速

风能的规划和设计中需要比较准确地确定所选厂址区域的风力资源分布,要有先进而准确的分析手段.论文选用美国WRF中尺度模式,分别选用4种不同的陆面过程方案（SLAB、Noah、RUC和Pleim-Xiu）,对2008年6月16日08：00至6月23日08：00（北京时间）贵州乌江源地区某风电场区域进行水平分辨率1,km的数值模拟,对比分析了近地面风场以及4种陆面过程对模拟结果的影响.结果发现：WRF模式较好地模拟出了该区域近地面风场的变化特征.Noah方案模拟的风速最大值与实际测站的风速最大值较接近;SLAB方案与Noah方案模拟的7,d的风功率密度更接近实际测站的风功率密度.可见,WRF模式能够较好地反映该区域的近地面风场情况,且模拟结果受到地形及地表粗糙度的影响较大.     

考虑风与结构耦合作用的张弦梁结构风振响应分析

基于自回归(AR)模型考虑空间相关性,对张弦梁结构的随机脉动风进行数值模拟;利用有限元软件AN-SYS,考虑风速与结构速度的耦合作用,以材料阻尼模拟气动阻尼对结构进行风振响应分析,求得结构时程响应曲线;脉动风速样本的功率谱与目标功率谱比较结果吻合良好,表明所采用的随机过程模拟理论可靠,风速时程数据的计算机仿真程序有效;同时探讨参数变化对结构风振响应的影响.     

风轮机特性的模拟

分析了风轮机运行特性及其最佳风能利用原理,推导了风能利用系数、风轮机输出转矩的近似表达式,验证了采用直流电机的输出特性模拟风轮机的输出功率曲线的可行性,并给出了模拟系统的硬件结构.经过实验,该系统能够近似模拟风轮机的转矩一转速输出特性,为在实验室条件下进行风力发电系统的研究提供了一个实用的方法.     

索膜结构脉动风数值模拟及参数分析

风荷载是索膜结构的控制荷载.文章比较了目前使用的两种主要的数值模拟方法,详细介绍了一种适合大跨空间结构的数值模拟方法(AR法),给出了数值模拟的主要步骤,并对某膜结构进行了风荷载数值模拟,验证了程序编制的正确性.最后对影响线性滤波器法(AR法)数值模拟效率的主要影响因素进行了详细讨论,得出了相关结论,对风荷载数值模拟有...     

平屋顶槽式聚光器风压分布及形成机理

通过Ansys Workbench平台,建立了屋顶槽式聚光器数值模拟计算模型,对平屋顶上槽式聚光器的风压分布进行了大涡模拟。并将模拟得到的结果与风洞试验进行对比,验证了大涡模拟结果的准确性。研究了顺风向和斜风向角下槽式聚光器镜面的风压分布规律,以及屋顶槽式聚光器风荷载的形成机理,同时对不同仰角和不同女儿墙高度进行对比分析。结果表明,顺风向工况下聚光器镜面风压主要受屋顶柱状涡所控制,斜风向工况下镜面的风压主要由受聚光器周围的局部旋涡所造成；聚光器镜面的风压系数随仰角的增大而减小；屋顶女儿墙高度的增加会一定程度上减小槽式聚光器镜面的风压系数,顺风向下受女儿墙高度变化比斜风向情况下更明显。所得结论可以为平屋顶槽式聚光器的结构抗风研究提供理论依据。