高耸烟囱风致响应精细化计算方法

高耸烟囱的风致响应可分为顺风向响应和横风向响应,其中顺风向响应以大气脉动风引起的抖振响应为主,横风向响应以Karman旋涡脱落引起的涡激振动为主,准确地预测和评估这两种风致响应对其抗风设计和结构安全性至关重要。在Tamura提出的二维平面尾流振子模型的基础上进一步推导,将该模型成功运用在三维结构上,提出可用于实际工程结构的有限元迭代计算方法,为高耸烟囱类结构横风向涡振响应的计算提供了新的方法。此外,基于结构的固有模态坐标,建立了适用于高耸烟囱耦合抖振响应分析的有限元CQC频域计算方法,并将频域计算结果与时域计算结果对比。结果表明：有限元迭代计算方法可以有效地计算三维烟囱的涡振响应,烟囱抖振响应频域计算和时域计算结果吻合良好。     

横风作用下大跨度人行悬索桥振动使用性研究

为了研究大跨人行悬索桥(LSSF)由横向风引起的振动舒适性问题,以主跨为460 m的柔性人行桥为对象,利用谱表示法生成不同湍流强度下的脉动风时程. 基于数值模拟方法识别的18个颤振导数,计算有理函数表达的自激力. 通过横风作用下的非线性抖振响应时域分析,比较自激力和结构阻尼对抖振响应的影响,分析湍流强度对抖振响应和舒适性的影响,讨论具有不同设计参数的中央扣和抗风缆对减轻桥梁抖振响应的效果. 结果表明,自激力对大跨度人行悬索桥的抖振响应有不可忽视的影响;在平均风速为15 m/s的横风作用下,湍流强度增加50%,桥梁的抖振响应增加30%~68%;中央扣能够明显减小1/4跨和3/4跨的竖向振动;增加抗风缆刚度能够有效减小竖向及跨中横向振动.     

大跨度悬索桥抖振时变动力可靠性分析

随着大跨度悬索桥跨径的日益增大,结构趋于轻柔,阻尼减小,对风的作用更加敏感,风作用下桥梁结构的安全性已成为人们极为关注的重要问题。在桥梁抖振时程分析基础上,模拟出脉动风作用下东海某跨海悬索桥主梁节点的位移响应时程并通过傅立叶变换得到其功率谱,采用基于首次超越的Poisson过程法,分析其抖振动力可靠度,并探讨了结构抗力的随机性以及时变性对动力可靠度的影响。结果表明考虑结构抗力的随机性会使得动力可靠度降低,结构抗力在使用期限内的衰减对平均风60 m/s强风作用时可靠度的影响是显著的,而40 m/s平均风速时影响不大,由于当地百年一遇的基准风速为41.12 m/s,因此可认为结构在运营期间的抖振动力可靠性能够满足要求。     

大跨度桥梁的风致振动问题

针对抖振、涡激共振、风雨振等风致振动对大跨度桥梁的结构安全形成不可忽视的影响,探讨了大跨度桥梁抗风设计原则与风致振动的控制,提出了改善桥梁结构和增加机械阻尼等方法.     

门型桥塔施工期风致抖振分析及舒适性评定

针对门型桥塔施工期典型工况风致抖振和施工人员舒适性问题,提出一种施工期桥塔施工人员舒适性的评价方法.采用ANSYS瞬态动力学研究方法,研究了某大跨径悬索桥砼桥塔施工期典型工况的抖振响应及施工人员的舒适性.实验结果表明,门型桥塔施工舒适性的最不利工况发生在没有施工横梁的工况1,而不是施工的最终裸桥塔工况4.传统上根据位移均方根和最大值来衡量桥塔施工可靠性是不科学的,应该综合考虑位移均方根、最大值和狄克曼指标来科学衡量施工人员的舒适性.该研究结果可为同类桥塔的施工抗风安全控制提供理论参考.     

多模态串级控制系统的研究

针对工业过程控制系统大都存在死区、非线性、负荷变化频繁等控制问题 ,提出了采用多模态控制与串级控制相结合的控制方式 ,具体介绍了多模态控制算法及多模态串级控制系统的结构及仿真实验 .仿真结果表明 ,多模态串级控制方式具有良好的鲁棒性及抗干扰能力     

三角翼滚转运动下的抖振特性分析

建立了流动控制方程,结构动力学方程与滚转运动方程多学科耦合仿真系统,研究了三角翼滚转情形下的抖振现象.采用N-S方程求解非定常气动力,模态叠加法计算结构动力学方程,数值模拟了60°后掠三角翼无滚转时的气动弹性响应.得到的抖振加速度均方根与实验结果吻合良好.与无黏计算结果的对比表明,空气黏性对抖振加速度起到一定的抑制作用.引入滚转运动方程,模拟了三角翼滚转运动影响下的抖振响应.与无滚转情形相比,滚转运动下流场与低频模态间的耦合效应大幅增强,抖振振幅与加速度均方根比无滚转时明显增大.此外,非对称涡流流场使得背风面的气动载荷和抖振加速度高于迎风面.研究结论可供三角翼结构设计和疲劳分析参考.     

1×3多模干涉分束器的设计与仿真

利用导模传输分析方法描述了基于自映像原理的多模波导。以三维光束传播方法设计仿真了基于聚合物材料的多模干涉分束器。计算了正脊型波导的单模尺寸,结果表明波导宽度小于1.2μm时满足单模条件。进一步探究了多模干涉分束器长度和宽度的临界参数,其在可见光波段为输出场提供了最大值。多模耦合区的大小为12μm×113.5μm2。在多模耦合区引入锥形波导结构,有效地提高了器件性能。此器件具有易制备、较低的制备容差敏感度和结构紧凑的优点,符合光电集成的要求。     

积分尺度和风速谱对桥梁抖振响应影响分析

为研究目前被动湍流风洞试验中无法准确模拟的湍流积分尺度对桥梁结构抖振响应的影响并合理评价风洞试验结果,本文采用抖振频域的计算方法,以典型的一座斜拉桥和一座悬索桥为例,结合主梁节段模型气动力参数风洞试验结果研究了积分尺度对节段模型抖振响应的影响.结果表明:当在小风速时,抖振响应随着积分尺度的增加而减小,而当风速超过一定限值后,抖振响应随着积分尺度的增加先增大后减小;通过对比风洞试验模拟与规范推荐积分尺度的差异,发现风洞试验在小风速时高估了抖振响应,而在大风速时则低估了抖振响应.本文还分析了各国规范中采用的几种水平和竖向风速谱对抖振响应的影响,结果表明几种水平向风速谱对抖振响应的影响可忽略不计,而不同竖向风速谱计算的抖振响应则存在一定差别.     

金马大桥抖振响应的时域分析

金马大桥是一座独塔斜拉桥与两侧T构相连接的大跨度协作体系桥梁,该桥结构形式新颖且桥位处于台风多发区,因此,对该桥进行抖振响应分析是非常必要的。首先利用谐波合成法将脉动风速模拟为多个互相关的随机过程,接着给出抖振力和自激力的时域表达式,据此对金马大桥进行了抖振响应分析。结果表明,尽管该协作体系斜拉桥采用抗扭能力较差的边主梁形式,但其抗风能力是有保证的。     

高层建筑风响应及等效静态风荷载的研究

从悬臂梁振动理论出发,讨论了高层建筑风响应的计算以及在风洞中利用高频天平测量高层建筑风荷载的原理,并进一步分析讨论了沿建筑物高度分布的平均风力、脉动风力、风致振动惯性力以及建筑结构设计所需要的等效静态风荷载的确定问题,指出了所提方法的局限性和应用范围,可为高层建筑结构设计中的风荷载确定提供参考.分析结果表明,求沿高层建筑高度分布的等效静态风荷载的方法适用于顺风向风力,在应用于横风向风力时由于涡脱落力的影响有理论误差.     

等效随机静风荷载的模型及其参数确定

本文首先考虑脉动风力的随机过程性，确定了脉动风力作用下结构随机风振效应的最大惯性力，导出了随机风振系数的概率分布函数；在此基础上，同时考虑平均风力的随机性、脉动风力的随机过程性及其对结构的随机动力效应，提出了等效随机静风荷载的模型、合理地假定了相应的概率分布函数并确定了与荷载设计标准对应的分布参数，从而为结构抗风可靠性分析提供了方便、实用的风荷载模型．     

求解建筑结构风致抖振问题的方法分析

求解建筑结构风致抖振问题有两种方法:一是新近发展的基于背景和共振分量的Holmes方法，二是传统的适用于求解动力问题的模态迭加法.为分析这两种方法内在的联系和区别，从方法原理和计算过程角度，相互对照两者在求解风致响应和等效风荷载时对背景和共振分量的具体计算方法，并通过主次梁体系屋盖的实例进行对比研究.实例分析发现，对于风致响应，两种方法得到的结果一致，但对于不同的响应类型，模态迭加法需考虑不同的模态阶数；对于等效风荷载，模态迭加法得到的结果是Holmes方法结果的逼近和近似，当模态迭加法采用的模态阶数越高时，两种方法结果之间的差异就越小.     

大跨连续刚构桥最大悬臂阶段抖振时域分析

对某大跨连续刚构桥进行最大悬臂施工阶段的空间有限元分析,采用AR模型并考虑空间相关性对桥地址处脉动风场进行模拟。基于MiyataT准定常气动力模型,在ANSYS中引入自激力的影响,对该桥进行抖振时域分析,同时将结果与静阵风响应进行了比较,得到脉动增大系数,并利用抖振分析结果对该桥施工人员的安全性和舒适性进行了预评。     

钢管混凝土拱桥非线性时域抖振分析

采用谐波叠加法模拟了巫峡长江大桥处的随机风场,应用有限元分析软件ANSYS建立了该桥的有限元模型,在此基础上,对该桥进行了非线性时域抖振分析。并计算了该桥的静风、阵风荷载响应。分析结果表明：考虑几何非线性会增大钢管混凝土拱桥的横桥向及扭转抖振响应,该桥的脉动风不可忽视。     

Non-stationary Buffeting Response Analysis of Long Span Suspension Bridge Under Strong Wind Loading

The non-stationary buffeting response of long span suspension bridge in time domain under strong wind loading is computed. Modeling method for generating non-stationary fluctuating winds with probabilistic model for non-stationary strong wind fields is first presented. Non-stationary wind forces induced by strong winds on bridge deck and tower are then given a brief introduction. Finally, Non-stationary buffeting response of Pulite Bridge in China, a long span suspension bridge, is computed by using ANSYS software under four working conditions with different combination of time-varying mean wind and time-varying variance. The case study further confirms that it is necessity of considering non-stationary buffeting response for long span suspension bridge under strong wind loading, rather than only stationary buffeting response.     

高层建筑耦联风振响应分析

提出矩形塔式高层建筑三维风荷载模型和在三维风荷载作用下高层建筑耦联风振响应层间模型分析方法,并应用该方法对振型不同程度耦联的矩形塔式高层建筑加速度风振响应进行计算分析．分析结果给出了矩形塔式高层建筑的平动和扭转风振响应与振型耦联程度的关系,可为高层建筑的抗风设计提供参考．     

某火车站站台雨棚结构风振系数计算

对某火车站站台雨棚结构风荷载进行了数值研究,建立了火车站站台雨棚有限元模型,依据风速功率谱通过数值模拟得到雨棚表面测点风速时程及风压时程,对脉动风作用下的雨棚结构进行了风振反应时程分析,根据分析结果确定结构风振系数,为结构设计中风荷载计算提供依据.     

海上风力发电机组塔架海波载荷的分析

由于海上风力发电机组的外界载荷条件比陆地上的风力发电机组更加复杂,因此在机组设计中要考虑到海上风机载荷条件.在研究海波性能和运动规律的基础上,给出了海水中的塔架载荷的计算公式;针对海上风力发电机组的结构特点,将研究的海波载荷计算方法用于风机的塔架载荷计算,以1.0 MW风力发电机组为例,对塔架所承受的海波载荷和风载荷进行了计算,经过对比分析可知,风载荷大于海波载荷并为同一数量级的载荷,因此,在设计中更应注意这两种载荷的耦合作用.     

国家体育场多目标等效静风荷载

针对大跨结构的风振响应特点,研究多目标等效静风荷载的分析方法,并采用该方法对国家体育场等效静风荷载进行了研究。该等效静风荷载分析方法的基本过程是：根据结构风振响应特性,选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量,根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。国家体育场的分析结果表明：在所有风向下的风振响应中,背景响应远大于共振响应,其中0°风向和270°风向对结构最为不利;在针对多等效目标的等效静风荷栽作用下,所有关键位置的节点位移响应和支座反力都与实际动力响应极值吻合较好。