基于Copula函数的杭州地区多风向极值风速估计

为了合理确定建设场地的结构抗风设计风速,提出多风向极值风速估计方法.以杭州地区日极值风速风向为统计样本,采用核密度-广义帕累托混合模型来描述各风向下的极值风速边缘分布,提高了Up-crossings法估计极值风速的准确性.基于严格选择的Copula函数建立杭州地区风速风向联合分布模型.采用该联合分布模型计算得到了不同重现期下考虑风向相关性的多风向极值风速,并与不考虑风向相关性的极值风速估计值进行对比.结果表明,具有给定重现期的设计风速估计应考虑风向相关性的影响.在不考虑风向相关性的情况下,容易给出偏于风险的极值风速估计值.     

基于多维极值分布的风雨荷载下输电线路风偏放电概率分析

大风天气下通常伴随着降雨,强风雨荷载的冲击会对输电线路可靠性产生不利影响,导致风偏放电事故,对电力企业及用户侧造成重大损失.提出一种基于风速、风向和雨强三维联合分布模型的输电线路风偏放电概率预测模型.首先,以极值风速、极值雨强及其风向角为变量刻画风速、雨强、风向的分布特性,然后,考虑风速、雨强、风向的概率相关性,采用A...     

极值风浪联合概率模型参数估计的简化方法

介绍了多变量极值理论及在其基础上建立风速和有效波高的极值联合概率分布参数估计过程复杂，而且对工程师有较高的要求，因而不便于工程应用。通过相关系数估计该分布的相关模型参数的方法，推导了相关样本产生及其相关系数的检验方法；通过该方法产生相关样本，分析得到了风速和有效波高间相关系数对其极值变量的Logistic相关模型参数的影响规律，建立了它们之间的函数关系式。根据该公式可大大简化风速和有效波高极值联合概率分布的参数估计，使基于多变量极值理论的极值风浪联合概率模型实用化。     

基于Monte Carlo法的极值分布类型及其参数估计方法比较

为探讨极值概率分布模型(极值Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型分布)在工程场地重现期内极值风速预测中的适用性,以工程上常用的风速分布模型为依据,采用Monte Carlo数值模拟法分别产生服从指数分布、正态分布、瑞利分布、威布尔分布、对数正态分布、广义极值分布的伪风速母样.基于以上伪风速母样分别使用极大似然参数估计法和概率权矩法对极值Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型分布模型中的参数进行估计,并与伪风速母样的理论极值分布进行对比分析.结果表明:极大似然参数估计法适用性较强,参数估计精度较高;重现期内极值风速的估算对风速母样分布类型敏感,服从不同分布的风速母样,应有针对性选用极值分布类型估算重现期内极值风速.     

基于Vine Copula函数的风浪要素联合概率分布模型

随着全球气候变暖的加剧,极端气候现象发生的频率和强度均可能加大,这对海岸和近海结构的安全不利。基于中国东海的连云港海洋观测站实测风浪数据和Vine Copula理论,建立风浪要素中风速、波高、波浪周期、风向和波向五维随机变量之间的联合概率分布模型。采用极大似然法确定各风浪要素边缘分布模型参数,通过AIC信息准则和均方根误差RMSE进行拟合优度评价,由此建立风浪要素的边缘分布。采用带有基于残差的高斯似然函数的贝叶斯框架估计二维Copula函数的参数,结合AIC信息准则进行拟合优度评价并确定最优Copula函数。绘制最优联合分布概率密度图,与二维频率直方图进行对比以评价模型效果。采用Vine Copula函数建立多维联合概率模型并结合AIC值评价其拟合优度。研究结果表明：建立的Vine Copula模型可以较好地刻画风速、波高、波浪周期、风向和波向五维随机变量之间的联合概率分布。     

极值-I型风速预测的Bayes方法

为提高极值-I型风速预测精度,在Jeffreys准则的基础上,采用Bayes估计中的Lindley近似方法推导极值-I型风速预测表达式.采用Monte Carlo法产生服从极值-I型分布的伪风速母样,基于伪风速母样分别采用基于Bayes理论和最大似然估计理论的极值-I型风速预测方法进行风速预测,并与伪风速母样的理论值进行对比分析.结果表明:与最大似然估计法相比,采用基于Bayes理论建立的极值-I型风速预测模型进行风速预测的精度更高,且精度随着伪风速母样样本量的增加而提高,位置参数先验样本数量的增加以及先验方差的增大对计算精度没有影响.     

考虑风速风向分布的干煤棚结构风振疲劳分析

针对大跨开敞式干煤棚结构在风荷载作用下易发生风致疲劳破坏的问题,基于干煤棚结构的多点同步测压风洞试验结果,结合Miner疲劳线性累积损伤理论,分别采用雨流法、等效应力法、等效窄带法和等效宽带法等时域与频域内多种方法,计算得到干煤棚网架的风致疲劳损伤结果. 通过建立风速风向联合概率密度函数,考虑煤棚所在地实际风速风向联合分布特性对风致疲劳损伤分析的影响,利用高强螺栓应力经验公式,估算网架结构球节点的疲劳损伤. 结果表明,等效宽带法是频域法中较精确的疲劳损伤计算方法. 与其他风向角相比,干煤棚网架结构在40°~60°斜风向作用下更容易引发疲劳损伤. 在考虑风速风向联合分布的条件下,螺栓球节点的年均累积疲劳损伤比杆件本身更显著.     

Gumbel分布的基本风压计算与分析

统计了中国159个代表性城市在1951-2008年的历年最大风速值,采用Gumbel分布进行统计分析并对其参数进行估算.用矩法和耿贝尔法分别计算出重现期为10、50、100 a的基本风压值,并采用柯尔莫哥洛夫检验法进行检验,最后与规范取值进行对比分析.结果表明,当采用Gumbel分布对中国各地区的最大风速年极值进行统计时,耿贝尔法比矩法拟合效果好;重现期为10、50、100 a的基本风压值对比分析表明,《建筑结构荷载规范》(GB 50009)的基本风压值与采用近58 a的历年最大风速值计算的基本分压值相比存在较大差异,表明规范计算的采样数据少,取值已经不能真实反映中国的基本风压情况,建议进行相应修订.     

开放性颗粒物风蚀源强动力学估算模式的研究

开放性颗粒物源强释放强度是大气防治领域中重要的基础参数.以平顶椭圆颗粒料堆为例,建立了流场计算的动力学模型,采用kε-模式封闭湍流模型,预测了料堆表面的流动特征,与美国国家环保局(EPA)风洞实验结果吻合很好.以现场实验测定为佐证,不仅验证了计算模型的可靠性,而且通过数据拟合,确定了堆料表面的粗糙度为0.30 m;提取该高度下的风速分布,得到了料堆表面每个网格节点处的摩阻风速值.并以EPA源强估算为基准,统计出风速为5.0m/s,风向0°时的料堆源强量.其结果与EPA模式相比,相差仅为8.11%.这不仅突破了EPA风洞实验数据的局限,而且解决摩阻风速的求解问题,对该类源强的估算供了新的量化手段和途径.     

工程设计极值风速取值方法的研究

极值风速的研究对于结构的安全取用和抗风设计有重要作用.通过海南某大跨斜拉桥抗风设计,对比研究了工程中常用的极值风速概率模型,包括极值Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型分布和皮尔逊Ⅲ型.针对不同的概率分布模型,对工程中常用的参数估计方法——矩法、最小二乘法、概率加权法以及变量替换法进行了对比研究.结果显示:用矩法进行参数估计的极值Ⅰ型分布是该地区的风速概率分布的最优曲线.最后,在此基础上对沿海台风多发地区大跨斜拉桥抗风设计提出了建议.     

应用台风风场经验模型的台风极值风速预测

为准确、高效地进行台风多发地区建筑结构设计风速的预测,利用中国东南沿海1949—2012年的台风历史数据进行了香港地区台风关键参数概率分布的研究,提出了基于新的Holland径向气压分布参数B表达式的台风风场经验模型.在此基础上结合Monte Carlo数值模拟技术,利用台风极值风速分析方法完成了不同重现期下香港地区台风极值风速的预测,并与观测数据、香港风荷载规范计算结果进行对比分析,验证了利用此台风风场经验模型进行台风极值风速预测的有效性.     

台风风场下的1000kV输电塔风洞试验与风振响应分析

以东南沿海地区的特高压角钢塔为对象,针对台风风场在极值风速与风荷载分布相对常规风的差异性,进行风洞试验与风振响应分析.首先,基于台风实测数据,对风剖面指数进行拟合,并对A类地貌下的湍流强度设定进行修正以更符合实际台风风场;然后,针对1000 kV输电塔采用高频天平测力风洞试验,获得各项平均风力系数随风向角的变化以及全塔...     

储油罐底腐蚀深度统计的极值理论应用

为准确了解储油罐底的腐蚀状态,掌握储油罐在长期服役过程中罐底最大腐蚀深度的统计规律,更科学有效地评估储油罐的剩余使用寿命,采用广义极值分布(GEV)作为统计模型,对罐底腐蚀深度的最大值进行极值统计,构造相应的统计模型,并采用L-矩法计算模型的参数值,分析罐底腐蚀深度的统计规律.采用该方法对胜利油田某联合站内的3个储油罐底腐蚀深度进行统计分析, 结果表明:罐底腐蚀最大深度符合极值Ⅲ型分布(Weibull分布),而不是极值Ⅰ型分布(Gumbel分布),并均通过柯尔莫哥洛夫检验.极值Ⅲ型分布较极值Ⅰ型分布能更好地拟合罐底腐蚀最大深度的统计规律.     

接触网支柱对风速计测量的影响及对策

在铁路灾害监测系统中,风速风向计的监测数据偏差严重影响了针对列车速度的决策.为了提高风速风向计监测的准确性,分析了风速风向计在接触网支柱上的安装方式,采用数值仿真方法研究了接触网支柱对风速测量值的影响,分析阐明了产生数据偏差的原因,并从硬件设计和软件分析的角度提出了减少和消除数据偏差的具体措施,以达到提高铁路灾害监测系...     

大跨柔性光伏支架结构风压特性及风振响应

大跨柔性光伏支架结构因具有良好的场地适应性和经济性而得到越来越多的应用。为完善此类光伏支架结构的抗风设计方法,通过对一种可变倾角的大跨柔性光伏支架结构进行刚性模型风洞测压试验,研究了光伏组件板面的平均风压和脉动风压系数在不同风向角和倾角组合下的分布特性以及全风向角下组件的极值风压变化规律,并给出了典型风向角下的脉动风压功率谱图。在此基础上,结合光伏组件的风压分布特点,采用ANSYS有限元软件仿真研究了该种柔性支撑光伏支架的风振响应并进一步计算得到了相应的风振系数。研究结果表明：在0°和180°风向角下,平均风压系数沿来流方向梯度分布且绝对值迅速衰减;随着风向角的增大,风压系数绝对值的最大值出现位置由迎风前缘向迎风端角部附近移动;光伏板面脉动风压分布与平均风压分布趋势类似;相比结构位移响应,钢索张力响应对风速变化不敏感,顺风向和竖向位移风振系数在U=8 m/s取得极大值,其值为2.11和1.98。本文可为光伏结构的抗风设计提供参考。     

新疆赛吾迭格尔大桥设计基准风速的计算与分析

为了确保赛吾迭格尔大桥抗风安全,有极其重要的地位,利用桥址区富蕴县气象站的风速基本资料分析了桥位周边平均风速、最大风速、历年的极值风速及各月平均风速、风向等基本特征;建立了气象站逐年最大风速序列,采用极值Ⅰ型、皮尔逊Ⅲ型和不同规范计算了桥位处不同重现期的设计基本风速;同时考虑大桥所处喀拉塑克水库在蓄水或放空两种情况下地表类别的不同,推算出桥面处的设计基准风速,为进行大桥的风洞试验及颤振、抖振分析和结构分析时风荷载计算提供准确依据．     

侧风条件下电站大型冷却塔建筑群热力特性的数值模拟研究

文中首先建立了自然通风湿式冷却塔建筑群数值模拟模型,并与实验数据进行对比验证.接下来研究了不同方向侧风对冷却塔建筑群的影响,研究发现,冷却塔上风向的建筑往往会产生不利影响,而对于上风向无任何阻碍的冷却塔而言,其效率在风速为5 m/s时最低;此外,对于沿风向排列的多个冷却塔,当风速较低时,下风向的冷却塔冷却能力较高,当风速较高时则相反.最后,根据以上结论,提出了两种参照地区风资源情况对冷却塔群进行优化排布方式,冷却塔群各冷却效率有一定提升,单塔冷却效率提升最高可达3.54%.     

雷达测风组合的舰面稳态风向风速估计

船体上层建筑致使测风传感器布置区域流场发生畸变,导致风参数测量误差增大,严重影响舰载机起降安全.依据流体力学理论对舰面流场特性进行了仿真研究,本文提出了一种以雷达测得风向为基础的四传感器加权融合算法,应用这种组合策略进行寻优,使用航海雷达遥测的风向值与风传感器现场测量风向、风速值进行联合估计,分别在理想条件与考虑传感器...     

基于双剪统一强度准则的岩石损伤本构模型

基于岩石微元强度概率分布理论,以双剪统一强度准则作为分布参量,建立了岩石损伤统计本构模型,并采用极值解法确定模型的参数。通过对理论曲线与试验曲线进行对比,证明所建立的模型可以很好的反映岩石的应力-应变曲线。通过对参数b、m、F0的讨论,发现b值对峰值前应力-应变曲线无明显影响,但对峰值后的软化阶段有所影响;m值的大小对峰值后的脆性有影响;F0值的大小对峰值应力或岩石强度有影响。     

高速铁路隧道内人员安全退避距离的研究

我国高速铁路建设已经提上议事日程。当高速列车通过隧道时,由于强大的列车风的存在,隧道中工作人员的人身安全将面临危胁。本文在已知隧道断面平均风速时间过程极值的基础上,利用列车侧面风速剖面的简化模型,建立了隧道中人员安全退避距离与隧道断面底宽、风速标准等因素之间的关系,并据此提出了京沪高速铁路设计时隧道断面底宽和风速标准的建议值及与之对应的人员安全退避距离。