基于图像识别和神经网络的大跨度结构风荷载模拟

将图像识别技术和神经网络(ANN)系统相结合,给出了大跨度结构风荷载的模拟方法.采用递归图和特征脸识别两种图像识别技术,将风速时间数值序列转化为图像信息.然后将大量风速时间序列转换为维数较少的向量Ω,再结合多层ANN体系得到简化的神经网络模型,预测出空间各点的风速时程.最后将其应用到一大跨度结构的风荷载模拟中,结果不仅与目标值符合良好,而且可以减少神经网络的层数,大大提高运算速度和结果的可信度.     

强耦合法在膜结构风振流固耦合分析中的程序实现与应用

研究强耦合整体方法在膜结构风振流固耦合效应分析中的程序实现与应用。基于强耦合整体式方程,介绍了采用Fortran语言编写膜结构流固耦合效应计算程序的实现过程,以及程序实现中需要的数值计算方法。对计算程序中的重要求解步骤进行了分析,介绍了相应程序的实现过程。最后将强耦合整体方法计算程序应用于典型膜结构的风振流固耦合计算中,得到了结构在不同风向角下考虑和不考虑耦合效应时的风压系数,其结果与已有风洞试验结果基本一致。同时计算了膜结构的风振响应和周围流场的分布。结果证明提出的强耦合整体方法程序适用于计算膜结构风振中的流固耦合效应,结果正确可靠     

大涡模拟下两种张拉膜结构的风压特性

以ANSYS WORKBENCH19.0为模拟平台,采用高精度大涡模拟(LES)对鞍型和连续拱形两种大跨度膜结构在10 m/s、15 m/s、20 m/s三种风速及0°、45°两种风向角的竖向平均风荷载作用下进行数值模拟,得到两种模型在竖向风荷载作用下膜面的风压作用规律。膜结构在竖向风荷载作用下的风振响应影响非常明显,与在水平风向角下的风振响应相当。     

柔性膜结构风致振动中的流固耦合效应研究

研究了采用强耦合整体方程计算柔性膜结构风致流固耦合效应的求解问题。针对柔性膜结构经历大变形的特性,在经典投影法的校正步中引入修正因子使在原始动量方法中隐性定义的压力初始边界条件得到满足,以此克服经典投影法对于大变形问题的缺陷。给出了针对强耦合整体方程的修正校正法求解过程,并推导了相关求解方程。将该方法应用于二维流固耦合问题和三维柔性膜结构风致流固耦合作用进行计算,评估了该修正投影法的性能和效率。结果表明修正投影法可以用于柔性膜结构的风致流固耦合计算,且其计算精度和效率要高于传统求解方法。修正投影法的修正值对于结果的影响不大,而计算迭代次数是影响结果的重要因素。修正投影法可以通过增加迭代次数的方法较大幅度的提高计算精度,且计算机时增加相对较少,计算稳定性不受影响。     

索膜结构在竖向脉动风影响下的风振响应研究

研究索膜结构在竖向脉动风影响下的风振响应特性。脉动风既包含有水平脉动风速,又有竖向脉动风速。对柔性较大的索膜结构,竖向脉动风作用将与水平风作用相叠加而使整个结构的风振响应增大。采用非线性随机模拟时程法,研究不同参数时索膜结构在单独水平风作用下、单独竖向风作用下、水平风和竖向风共同作用下的风振响应特性;并比较水平风和竖向风引起的膜结构的风振响应值,找出二者对膜结构所引起的响应异同及规律。一般情况下,水平风和竖向风共同作用引起的位移均值是单独水平引起的位移均值的1.57倍~2.94倍。因此,在研究索膜结构的风振响应时,必须考虑竖向脉动风的影响。     

基于神经网络的大跨度屋盖非高斯风压场模拟方法

采用径向基函数神经网络(Radical Basis Function Neutral Networks,简称RBF神经网络)来模拟大跨度结构的非高斯风压场.根据某大跨度结构的形式特点,将结构风场看成是屋面位置和时间的函数,将风压场分解为一系列径向基函数.再利用单调非线性无记忆转换映射和RBF中获得的风场函数定义向量过程,从而将非高斯场的模拟转换为互相关高斯过程的模拟.将RBF神经网络应用于一大跨度屋盖的非高斯场模拟,得到结构上非高斯风压场的分布.结果对比表明,RBF神经网络模拟非高斯风压场具有较高的准确性.该方法可直接利用RBF神经网络的输出结果,避免推导高斯过程和非高斯过程的关系式,因此具有较高的效率.RBF神经网络模拟非高斯风压场在准确性和效率上均具有显著优势.     

大跨度膜屋面风致雪压的数值模拟研究

风荷载是影响结构表面积雪分布的重要因素.本文应用雪漂理论,采用CFD数值模拟技术对由风荷载影响引起的膜结构表面积雪分布规律进行了研究.计算了典型形状膜结构在不同风向角下周围的雪漂运动和风致雪压,总结了膜结构表面风致雪压的分布规律.结果表明风荷载的作用会造成膜结构表面雪压分布的改变.研究结果对膜结构实际工程抗风雪设计提供了有价值的参考.     

基于氧化物含量的煤矸石基地聚物混凝土强度预测研究

煤矸石基地质聚合物混凝土是以固体废料煤矸石为基本材料制备的一种环保型材料。混凝土的抗压强度是衡量其性能的重要指标之一。煤矸石中含有不同组分的氧化物,这些氧化物的含量不同会直接影响地质聚合物混凝土的抗压强度。采用支持向量机和布谷鸟算法对煤矸石基地质聚合物混凝土的抗压强度进行预测。以原材料中的氧化物含量作为输入参量,煤矸石基地聚物混凝土的抗压强度作为输出参量,建立煤矸石基地聚物混凝土抗压强度与原材料氧化物含量间的预测模型,预测得到煤矸石基地质聚合物混凝土的抗压强度,分析得到了抗压强度随氧化物（组合）含量的变化规律。研究表明氧化物含量对煤矸石基地聚物混凝土的抗压强度有重要影响。     

大跨度屋盖风振控制的遗传算法研究

对大跨度屋盖的遗传算法风振控制进行了研究,提出了一种采用主动调谐质量阻尼器(ATMD)进行风振控制的方法.首先介绍了风振控制理论,然后提出了大跨度屋盖风振控制的遗传算法,将位移和加速度响应均方差作为了控制效率的评价标准,并给出了该方法的实施步骤.最后将该方法应用于一大跨度平屋盖的风振控制,计算了屋盖上典型测点的位移和加速度均方差值,并与采用其他控制方法的计算结果进行了比较.结果发现笔者提出的遗传算法控制器准确高效,其中位移和加速度均方差分别平均减少了53.8%和44.6%,结构竖向位移峰值平均减少65.7%,加速度峰值平均减少56.2%,有效地控制了屋盖结构的风振响应.结果证明遗传算法可以准确预测相关参数,进而有效地控制大跨度屋盖风振响应,为工程实践提供了相应参考.     

降阶模型及其在大跨度屋盖结构风振中的应用研究

该文建立了一种适用于气弹系统中非线性结构的降阶模型及系统识别方法,并首次将结构降阶模型应用到大跨度屋盖风振结构模型的建立中。非线性结构采用降阶模型并通过高精度有限元模型的非线性系统识别来建立,该模型在结构的模态坐标中将应变能泛函表示为结构模态振幅的多项式函数,该多项式的系数由高精度有限元模型计算所得的模态和应变能信息确定。该方法对一大跨度屋盖的风振响应做了分析,计算结果与采用高精度模型所得结果和实验结果及用ANSYS计算结果进行了比较,结果符合良好。该文的结构降阶模型对于建立非线性结构模型是准确有效的。