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。     

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.     

风力发电塔架脉动风速时程模拟及其受力分析

简述了应用谐波合成法中的自回归模型(AR)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证了其与目标谱(Davenport谱)的一致性,进而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本的方法.本文采用线性滤波法,建立了脉动风速时程的AR模型,编辑出脉动风速时程模拟程序,对某风力发电塔架进行脉动时程分析,验证了该脉动风速时程模拟的可行性与有效性,并根据所模拟的脉动风对风电塔架进行了受力分析,分别对气动推力与脉动风对塔架顶部位移所产生的影响以及其筒体应力分布规律与大小进行了研究.     

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。     

桥梁顺风向等效风荷载计算方法及其分布

桥梁等效风荷载一般被分为平均风荷载、等效背景风荷载和惯性风荷载 3部分 ,分别计算后再按一定的方式将其组合为总的等效风荷载 .对于惯性风荷载 ,一般可根据结构随机振动理论采用模态分解的方法计算得到各阶振型对应的惯性力 ,然后采用完全平方组合 (CQC)法或平方和开方 (SRSS)法将它们组合起来成为总的惯性风荷载 .对于背景风荷载 ,目前主要有荷载响应相关 (LRC)法和经典的模态分解法 .前者得到的背景荷载的分布形式与风压和结构响应的影响函数有关 ,而后者得到的分布形式则与惯性荷载相似 ,两者得到的结果可能并不相同 .这里主要研究LRC法和模态分解法 2种桥梁等效风荷载的计算方法 ,对 2种方法的区别和联系进行讨论 ,并给出风荷载 3个部分的组合方式 ,最后还给出了数值算例 ,进一步对不同计算方法和组合方式进行比较     

张拉膜结构风振响应的数值风洞模拟

膜结构作为一种风敏感结构,其风致振动需考虑流固耦合效应.建立膜结构风振响应的数值模拟平台,该平台调用已有的结构计算模块ANSYS以及流场求解模块CFX,并开发了大位移边界下的动态网格更新以及流固耦合边界的自匹配功能,从而实现了膜结构风振响应的数值模拟计算.利用该平台对工程应用较为广泛的典型张拉膜结构进行了初步风致振动响应研究.数值模拟结果显示:张拉膜结构的风振是由结构多个模态的耦合叠加所组成,其风振响应体现了结构较强的几何非线性特征;来流的风速大小、风向角以及张拉膜的预张力、矢跨比等因素都会对结构的风振响应产生一定的影响.     

上海铁路南站屋盖结构平均风荷载的数值模拟

基于CFX 5.5软件平台,利用雷诺应力湍流模型(RSM),对处于大气边界层中的上海铁路南站屋盖结构的平均风压进行了数值模拟.计算结果与测压模型风洞试验数据的对比结果表明,数值计算可以较准确地模拟实际结构的平均风荷载.对于此大跨屋盖结构在结构设计中所关心的上部结构风荷载,另建立了与之对应的3种不同密度网格划分的数值计算模型,并将计算得到的风荷载与根据欧洲规范的计算值进行了比较.此外,通过适当降低悬挑部分的高度以研究几何参数变化对平均风荷载的影响,数值模拟结果说明,适当降低悬挑高度可以显著减小悬挑部分的平均风荷载.     

张拉结构风致振动理论和试验研究

为了研究张拉结构风致振动机理和规律,采用风洞试验、流固耦合数值模拟方法(FSI)和频域方法对单片张拉膜结构、张拉膜结构屋盖和单层平面索网的风致振动响应进行了分析.利用风洞试验,研究了来流湍流度、风速、风向角、膜面张力等不同工况对结构测点位移和根方差的影响.采用数值模拟和频域方法,分析了典型风洞试验工况,并与试验结果进行对比,以验证理论分析方法的可靠性.结果表明:在紊流风作用下,单片索膜做随机受迫振动,振动以背景响应为主,FSI数值模拟、频域法与试验结果较为接近;膜结构屋盖在特征湍流作用下发生颤振,数值方法尚未模拟出这一现象;玻璃面板刚度可以有效降低单层索网风致振动响应.     

大型体育场膜结构静力风荷载特性与响应分析

结合某大型体育场膜结构挑篷的风洞试验研究,对挑篷膜面的风荷载特性和典型膜面的静力风荷载响应进行了详尽的分析.试验结果分析表明,挑篷前缘膜面的负压风荷载数值最大,是膜面抗风设计的控制荷载.静力风荷载响应分析中考虑了膜面的初始预张力、抗风索、拱距以及拱的矢跨比对膜面抗风性能的影响,从中获得了对这类结构设计有益的结论.     

输电铁塔结构脉动风模拟的AR法

推导了用AR法对输电铁塔结构的脉动风荷载进行模拟的理论,并应有于一个具体工程实例,结果表明模拟谱与目标谱吻合较好。     

大跨空间结构风速时程的数值模拟理论

介绍了一种针对大跨空间结构抗风分析时域方法的具有空间相关性风场的计算机模拟方法(AR法),给出了各种算法的关键步骤;指出了针对不同的结构应该选择合适的方法,在大跨桥梁中往往采用谐波叠加法,而在大跨屋盖等结构中采用AR模型比较合适;通过算例,对AR法的有关参数进行了讨论,得到了一些有意义的结论。     

扩充现实技术在工程评价方面的应用

认为扩充现实 ( Augmented Reality,AR)是计算机领域的前沿课题之一 ,它使观察者能够同时看到真实世界以及扩充了真实世界的、来自于计算机模型的信息 ,从而具有更丰富的信息空间 ;与传统的虚拟现实相比 ,它具有更强的真实性 ,大大提高了仿真效率 .首次提出了 AR技术在工程评价方面的应用 ,论证了基于仿射表示的 AR方法及其对工程评价的应用 ,其结果表明 ,AR技术为工程评价开辟了广阔的前景 .     

近爆作用下方形板表面爆炸载荷分布函数研究

爆炸载荷作用的方式和大小是结构物遭受破坏的主要原因.目前的大多数研究都将爆炸载荷简化为双直线的形式,与实际的时程曲线差异较大,并且直接施加到结构上,回避了气体和结构间的流固耦合相互作用,对于近爆或内部爆炸将会对计算结果带来较大的误差.为了快速确定方形板近爆作用下结构表面的荷载,本文利用数值模拟方法研究了爆炸冲击波与结构的相互作用,提出了方形板结构表面上不同点处爆炸载荷的分布函数,并建立了板结构表面中心点处爆炸载荷参数的简化预测公式,利用这些公式提出了构建结构表面任意点处爆炸载荷的一般方法.结果表明,利用这些公式,可以预测任意尺寸结构构件在近爆爆炸环境中承受的爆炸载荷的各参数(峰值压力和冲量).     

爆炸荷载作用下土埋圆柱壳动力屈曲分析

为研究爆炸动载作用下土中圆柱壳结构的动力稳定特性, 依据爆炸动载作用下土埋圆柱壳的受力特征,建立了考虑土与圆柱壳相互作用的土弹簧-柱壳计算模型,应用非线性有限元方法进行了数值计算。在圆柱壳结构动力屈曲过程数值分析的基础上,运用B-R屈曲准则判定土埋圆柱壳在爆炸动载作用下的屈曲临界荷载,并重点讨论了土层变形性质对圆柱壳屈曲荷载的影响,得到了土中圆柱壳屈曲荷载和土体弹性常数K的定量关系。结果表明,屈曲荷载随土体弹性常数的增大而非线性增大。     

纤维复合材料加固初应力下的钢筋混凝土拱分析

摘要： 基于3个钢筋混凝土拱式结构的粘贴纤维复合材料（FRP）加固试验,将混凝土塑性损伤模型、粘结行为、植入技术和模型变更等技术引入到非线性数值分析中,实现了混凝土损伤、FRP 混凝土界面粘贴滑移以及初始荷载等多个关键力学特性的模拟.通过加固试验及数值模拟成果的对比得出,采用截面加固方式的极限承载提高了14.47%,采用体系加固方式其极限承载提高了27.60%,即对于超静定结构,应从体系加固角度着手;开裂荷载的分析误差在7.79%以内,极限荷载的分析误差相对较小,最大仅为4.88%.结果表明,本文数值分析方法可行,能够为今后FRP加固混凝土拱式结构的研究提供依据.     

薄膜结构的找形及荷载分析

用大变形几何非线性有限元法对薄膜结构进行形和荷载分析，建立了薄膜单元和索单元的皱折分析公式，给出了薄膜结构实例。     

ZS型老旧杆塔自动化建模及承载特性分析

为探求不利工况下ZS型老旧杆塔的力学响应,解释其在大风作用下倒塌的原因,以110 kV ZS型架空输电塔为例,通过编制自动化建模程序建立结构的有限元模型,分析不同风载荷工况下电塔的静力承载性能,并基于振型叠加理论分析电塔的动力承载特性。结果表明:ZS型输电塔抗扭性能差且塔身中部为薄弱部分,由于承载力不足,在不利荷载作用下容易发生破坏从而导致整体的倒塌。基于电塔的承载力分析,提出相应的加固方案,数值模拟表明加固后主材的承载力比显著降低,验证了加固方案的有效性。     

输电塔线耦合体系的风振疲劳时域分析

风荷载作用下的输电塔线结构属于非线性耦合振动体系,自然风的脉动分量使体系中的构件处于交替受力状态,从而可能导致构件的疲劳破坏.文中以某直流线路的一段塔线体系为例,提出了输电塔线体系的风振疲劳时域分析方法;采用AR模型产生了随机风场,对输电塔线耦合体系进行了非线性风振时程分析;建立了考虑风向和风速分布等因素影响的疲劳累积损伤计算公式;确定了输电塔结构中疲劳损伤的关键部位,针对关键部位进行了应力分析,并采用线性累积损伤理论对构件的风振疲劳寿命进行了评估.结果表明,文中提出的时域分析方法可有效估算输电塔结构在风振作用下的剩余寿命.     

考虑正压力分配的B-B型涡轮叶片缘板阻尼器系统减振特性研究

为提升涡轮叶片缘板阻尼器设计水平,对比B-G（blade to ground）型阻尼器和切向无约束B-B（blade to blade）型阻尼器结构,提出了一种基于刚度设计的B-B型缘板阻尼器结构。在动力学建模中重点分析了相邻叶片缘板和阻尼器之间总的正压力随阻尼器与左、右叶片缘板间相对运动在左、右缘板间的分配,给出了基于阻尼器运动的正压力分配方法;通过数值仿真分析了正压力分配对系统振动响应的影响,并重点讨论了阻尼器刚度、外激励相位差、正压力以及外激励幅值对系统减振特性的影响。仿真结果表明,在左、右叶片缘板与阻尼器完全粘滞和左、右叶片相对阻尼器对称同步振动的工况下可以将正压力按照平均分配处理;相比于切向无约束的B-B型阻尼器和刚性的B-G型阻尼器,所提出的基于刚度设计的缘板阻尼结构具有更优的减振性能。因此,研究结果提升了涡轮叶片缘板阻尼器接触正压力计算的准确性,拓展了阻尼器设计思路,可为同类阻尼器设计提供理论和工程参考。     

增强虚拟现实技术研究及其应用

增强虚拟现实技术,简称增强现实(augmented reality,AR)技术,是根据信息技术发展和实际应用需要而出现的一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术.首先,简略介绍AR的概念及其发展情况,并根据已有的研究成果给出一个典型AR系统的软、硬件架构;然后,详细阐述AR的关键技术和相关理论,总结目前AR技术在各个领域中的应用,详细介绍课题组在AR应用系统开发过程中所做的重要工作;最后,分析当前AR应用中存在的难点问题,并展望AR技术的发展趋势和前景.