抛物面天线三维随机风场的数值模拟方法研究

针对天线各向尺寸相差不大的结构形式和随机风载的工作状况,考虑到脉动风的相关特性,在脉动风速模拟过程中计入了相位角对模拟结果的影响,建立了抛物面天线结构三维随机风场的模拟方法,并结合Fourier变换方法,运用于随机风场的多点顺风向脉动风速时程模拟。基于Simiu风速功率谱,采用该随机风场模拟方法,对40 m大口径抛物面天线进行三维随机风场模拟,研究了天线旋转后模拟风速的变化,并对模拟样本进行检验。检验结果表明模拟值与目标值吻合良好,从而验证了该方法的有效性。该方法的应用为抛物面天线风振响应计算提供了支持。     

大跨径悬索桥施工期桥塔脉动风速场模拟

针对大跨径悬索桥施工期桥塔的结构形式及振动形态特点,考虑结合自然风的时间和空间相关性,提出了一种比较精确的三维脉动风速场模拟方法.基于谐波合成法,采用Cholesky方法对谱密度矩阵进行分解,并运用FFT技术,以某大跨径悬索桥施工期桥塔为工程实例,使用MATLAB编制了脉动风速场模拟程序,并对模拟样本进行检验,结果表明模拟值与目标值吻合良好.     

脉动风场数值模拟的POD-谐波合成法

谐波合成法（WAWS）具有较高的随机序列生成精度,是目前进行随机风场模拟中较多采用的方法,但在模拟多节点、长序列脉动风场时程时往往存在计算效率低、内存易超限的问题.本文结合谐波合成法与POD技术（WAWS/POD）,在保证计算精度的前提下大大提高计算效率,解决了数值模拟过程中计算内存超限的问题.同时为方便用户掌握数值模...     

大跨公铁两用斜拉桥塔区风环境

为研究公铁两用斜拉桥塔区复杂风环境,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对塔区公路桥面流场进行仿真分析,并结合大尺度桥塔-主梁刚性局部模型风洞试验,对公路桥面上3种典型车辆中心高度处和铁路桥面上列车中心高度处风速进行测量,引入风速系数λ、风速突变率ξ和风速波动率η,对比分析并讨论各空间位置处平均风速的变化和瞬时风速波动.结果表明:桥塔附近区域流场存在一定的风速加速效应;桥面不同高度处风速变化程度不一致,中型客车中心高度处流场突变更为剧烈;上风侧平均风速大于下风侧,但下风侧风速突变率更大;桥塔遮风效应对附近区域平均风速影响范围约为3倍塔柱迎风面尺寸宽度,在公路桥面上,对瞬时风速波动率的影响宽度略小于4倍塔柱迎风面尺寸,而铁路桥面上,对瞬时风速波动率的影响宽度略大于4倍塔柱迎风面尺寸.     

大跨度连续钢桁拱桥拱肋脉动风场模拟

数值模拟的风速时程曲线在桥梁时域抖振分析中被广泛采用．基于自然风特性及模拟点间的风速时程相关性,采用谐波合成法模拟了南京大胜关长江大桥的拱肋脉动风速时程．对风速时程的紊流度、功率谱和相关函数分别进行了检验,与目标值吻合良好．     

大跨度桥梁各态历经脉动风场的数值模拟分析

基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)的谱表示法,结合大跨度桥梁脉动风场的特点,推导出一种以互谱密度矩阵为POD对象的脉动风场模拟简化公式.采用以能量评判为准则的误差精确公式,对特征值合理截断阶数进行估计.引入双索引频率,实现了模拟样本的各态历经性.采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)对算法加速,给出了简化模拟公式在FFT算法下的具体表达式,便于程序编制.利用该法模拟了一座大跨度铁路连续刚构桥的主梁脉动风场,所得样本自功率谱和互功率谱均与目标谱吻合良好,验证了该方法的有效性和正确性.对算法的合成速度进行了分析,指出控制算法速度的关键在于矩阵的正交分解.     

大跨度桥梁空间脉动风场的数值模拟

目的 传统谐波合成法(WAWS法)计算量大、内存耗费多,为解决这一问题探讨一种高效又不失精度的脉动风场模拟方法.方法 采用BP神经网络来拟合分解谱密度函数曲线,以减少互谱密度谱的Cholesky分解次数;同时运用离散快速FFT技术来减少谐波项合成所需要的时间,并结合桥梁自身的结构形式及风致响应特点,考虑脉动风场的有关特性,得到一种简化的三维脉动风速场模拟方法.分别采用现有的WAWS法和改进的WAWS法对一结构模型选取多点进行空间多个相关脉动风速的模拟.结果 现有的WAWS法占用内存35.7 MB,耗时134.9 min;改进的WAWS法占用内存4.1 MB,耗时间193 s.改进的WAWS法计算效率明显提高.结论 改进的WAWS法可以高效、准确地模拟出适合大跨度桥梁结构的随机脉动风场.     

复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值模拟

目的比较复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值计算与风洞试验结果,分析研究大跨结构表面风压的分布特性.方法选用可实现的Realizable模型和非平衡壁面函数法,对武汉天河机场新建航站楼实际尺度的几何模型进行了不同风向角时风荷载的数值模拟.结果计算出了模型各个测点的平均风压系数,并与风洞试验数据进行了比较.在不同风向角时,除转角和悬挑屋檐部分,数值模拟值和风洞试验值的一致性比较高,测点的相对误差都在10%以内.结论用数值分析方法对机场航站楼这一复杂的大跨度结构表面风荷载进行数值模拟,其结果具有一定的参考价值.尽管目前数值模拟方法还不能取代风洞试验,但将其作为一种辅助手段是可行的.     

基于自回归模型的桥梁脉动风场模拟

为了客观量化桥梁结构上各点处的脉动风速时程从而为准确计算风荷载效应提供前提保证,在考虑结构节点间的风速时程相关性的基础上,采用线性滤波技术亦即白噪声滤波法中的自回归模型(AR)模拟了某斜拉桥主梁上个别代表点处在任意200 s时长内的风速随机时程.该模型通过线性滤波器将白噪声随机序列输出为符合一定谱特征的平稳随机过程.分别采用Kaimal谱和Panofsky谱作为水平向风和竖向风的风速谱.结果表明:AR模型可以有效模拟脉动风速时程,合成的随机风速时程能够客观反映各代表点风速的时间相关性和空间相关性,其功率谱和目标功率谱也吻合较好.     

大跨度斜拉桥侧风非线性分析

考虑静风荷载非线性和结构几何非线性因素的影响,计及风速沿桥梁结构高度变化,采用增量双重迭代搜索法进行了斜拉桥静风非线性稳定分析,并编制了相应的计算程序。以湛江海湾大桥为例,探讨了静风荷载非线性、风速空间分布非均匀性等因素对斜拉桥静风失稳临界速度的影响。分析结果表明,主梁扭转变形、索和塔柱上的静风载荷对斜拉桥的抗静风稳定性影响较大。     

Dynamic analysis and modal test of long-span cable-stayed bridge based on ambient excitation

To study the stiffness distribution of girder and the method to identify modal parameters of cable-stayed bridge, a simplified dynamical finite element method model named three beams model was established for the girder with double ribs. Based on the simplified model four stiffness formulae were deduced according to Hamilton principle. These formulae reflect well the contribution of the flexural, shearing, free torsion and restricted torsion deformation, respectively. An identification method about modal parameters was put forward by combining method of peak value and power spectral density according to modal test under ambient excitation. The dynamic finite element method analysis and modal test were carried out in a long-span concrete cable-stayed bridge. The results show that the errors of frequencies between theoretical analysis and test results are less than 10% mostly, and the most important modal parameters for cable-stayed bridge are determined to be the longitudinal floating mode, the first vertical flexural mode and the first torsional mode, which demonstrate that the method of stiffness distribution for three beams model is accurate and method to identify modal parameters is effective under ambient excitation modal test.     

大跨度双层桁架主梁三分力系数识别

采用风洞试验与计算流体力学（CFD）相结合的方法,对某公铁两用斜拉桥双层桁架主梁在?10°~10°风攻角下的三分力系数进行研究. 利用风洞试验技术测试成桥及施工阶段不同风攻角下主梁的气动力,并识别相应的三分力系数;基于标准k-ε双方程湍流模型建立三维数值计算模型,识别不同风攻角下三分力系数结果,并将其与风洞试验结果对比;结合2种方法研究雷诺数、桥面附属物和公路及铁路交通状况等因素对主梁气动特性的影响. 结果表明低风攻角下雷诺数对主梁气动特性影响较小,可忽略不计,并提出了高风攻角下识别双层桁架三分力系数最低雷诺数的建议值;桥面附属物对主梁阻力系数影响显著,下层桥面附属物有效降低了主梁升力系数;公路车辆对主梁气动系数影响较小,迎风侧列车对主梁阻力系数、升力系数影响显著,背风侧列车对主梁力矩系数影响显著.     

基于AR模型的大跨悬索桥脉动风速时程模拟

为了解决风荷载的输入问题,分析桥梁风致振动响应,提出了基于AR模型的脉动风速时程模拟方法.基于线性滤波法的AR数值模型,依据AIC准则确定了模型的阶数,利用MATLAB语言,采用Kaimal谱编制了随时间和空间变化的脉动风速时程模拟程序;对某大跨悬索桥的主梁、主缆及主塔表面的风速时程进行数值模拟,根据工程实际确定了特定参数的取值,运用功率谱密度函数及互相关函数,考虑空间相关性,对结果进行验证.结果证明,本文方法简便快捷,模拟值同目标值吻合,能够较好地解决风荷载的输入问题.     

大跨径混凝土斜拉桥桥面铺装力学数值模拟分析

采用三维有限元分析技术,对大跨径混凝土斜拉桥桥面铺装体系进行了三个层次的力学分析,即:桥梁结构整体变形对桥面铺装作用;应用子模型法分析轮载作用下桥面板局部变形特点,同时与建立的普通路面结构计算模型弯沉进行对比,从弯沉角度分析桥面铺装对沥青混凝土的性能要求;铺装层结构体系内部受力状态,总结出了大跨径混凝土桥梁桥面铺装受力特点,粘结层在铺装层体系中的关键作用。     

大跨径混凝土斜拉桥桥面铺装力学数值模拟分析

采用三维有限元分析技术，对大跨径混凝土斜拉桥桥面铺装体系进行了三个层次的力学分析，即：桥梁结构整体变形对桥面铺装作用；应用于模型法分析轮载作用下桥面板局部变形特点，同时与建立的普通路面结构计算模型弯沉进行对比，从弯沉角度分析桥面铺装对沥青混凝土的性能要求；铺装层结构体系内部受力状态．总结出了大跨径混凝土桥梁桥面铺装受力特点，粘结层在铺装层体系中的关键作用．     

建筑绕流风场的并行化数值模拟

本文从建筑绕流风场数值模拟问题的功能并行性出发,依据重新排序的并行化原则。建立了三处理机Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ并行系统基于ＳＩＭＰＬＥＣ算法的一种所谓方程分离并行策略,对该策略的求解步骤,数据通讯并行效率等进行了分析,并与区域分裂并行策略作了比较。文末给出了计算实例,计算结果表明方程分离策略的并行粒度大,数据通讯简单,收敛性较好,采用该策略可获得较高的并行效率。     

开槽箱梁设置风障行车风环境模拟、试验与实测

为合理评估桥面风环境以保障行车安全,首先采用CFD方法对设置风障时开槽箱梁桥面行车风环境进行模拟,然后对西堠门大桥主梁节段模型表面局部进行风环境测试,并开展了桥面局部风环境现场实测验证,进一步对桥面风障进行优化比选,分析设置风障条件开槽箱梁桥面风环境特点,采用CFD方法对设置不同风障型式的桥面局部风场进行模拟,分析不同...     

大跨度斜拉桥双边箱梁剪力滞效应研究

为明确宽幅薄壁双边箱梁斜拉桥在最大悬臂施工阶段主要荷载对剪力滞效应的影响,以某斜拉桥为研究对象,采用有限元方法计算分析了混凝土双边箱梁截面在不同荷载单独作用及组合作用下的剪力滞效应。分析表明,自重作用下,距离塔根越近,箱梁剪力滞效应越明显;斜拉索索力对主梁剪力滞效应影响规律与自重类似;纵向预应力作用下,全桥剪力滞效应不明显;通过调整纵向预应力及斜拉索索力参数,可以优化双边箱梁的剪力滞效应。