基于快速傅里叶逆变换的路面平整度仿真分析

介绍了路面平整度功率谱密度的计算原理,利用路面平整度功率谱密度和平整度之间的关系,采用快速傅里叶逆变换求解路面平整度,对不同平整度等级的道路进行仿真分析.仿真计算结果为路面动荷载的计算和道路安全的分析提供了理论基础.     

桅杆结构脉动风速模拟与风荷载计算

介绍了风的基本特性、风速模拟的谐波叠加法原理,引入快速傅里叶FFT改进的谐波叠加法.采用改进后的谐波叠加法模拟桅杆结构沿杆身高度不同位置处的多维风速时程,根据风速、风压间的关系将其转化为结构分析所需的风荷载时程.并与相同条件下谐波叠加法模拟风速时程的过程进行了对比,结果表明两种方法的模拟功率谱与目标功率谱均比较吻合,但改进后的谐波叠加法运算效率明显高于谐波叠加法.     

轨道不平顺数值模拟方法

为了提高将轨道功率谱密度函数(PSD)通过数值模拟方法转换为时域样本的可靠度,分析了国内外常用的轨道不平顺数值模拟方法的模拟原理和步骤,采用计算机仿真程序模拟出各种方法生成的时域样本,并以此作为车辆垂向动力学模型的输入激励,通过数值仿真得出系统的时间-响应历程。各种模拟方法模拟结果比较表明采用各种方法模拟出的轨道不平顺时域样本是正确的,用三角级数法和逆Fourier变换法模拟出的时域样本的离散度较小,而用白噪声滤波法和二次滤波法模拟的时域样本离散度较大,因此后两种方法模拟出的轨道不平顺时域样本不宜作为研究系统时域响应时的轨道激励。     

多因素作用下风荷载简化对高墩垂直度影响分析

高墩在施工期间受到几何初始缺陷、施工偏载以及风荷载等作用,桥墩可能产生偏位,从而对高墩的承载力带来不利影响。通过现行规范计算模拟得到梯形风荷载简化模型,在考虑几何非线性的条件下,基于弹性稳定平衡微分方程,推导出高墩墩顶的偏位计算公式。在此基础上,为便于现场施工应用,选取5个现有高墩为研究对象,在弹性稳定理论条件下对通过梯形风荷载简化模型所得公式进行简化,详细分析高墩在考虑几何非线性时多因素耦合作用对高墩垂直度的影响。结果表明:梯形风荷载简化模型计算结果与实际风荷载有限元模拟结果较为吻合,更符合实际的风荷载特点,为高墩施工中考虑风荷载影响及墩顶侧移控制提供了方法支撑和切实可行的技术手段。     

某高层建筑风荷载体型系数数值模拟分析

采用标准k-ε湍流模型,对南昌"云中城"项目中高层建筑进行了风荷载数值模拟分析,得出了两座办公塔楼表面各测点间的风压值。通过计算导出了两座塔楼的风荷载体型系数的最大绝对值,并与规范中单体建筑物的风荷载体型系数进行了比较,得出,群体产生的湍流效应对建筑物的风荷载体型系数影响不可忽视,同时还受建筑间距的影响。     

波浪荷载作用下施工平台随机动力响应分析

以青岛海湾大桥海上施工平台为背景,采用有限元分析程序提取了平台的各阶自振频率。对随机波浪作用下考虑不同激励方向的动力响应进行计算,并分析了不同激励方向对结构随机响应的影响,得出波浪荷载以45°方向激励时,结构以扭转为主的振型得到发挥,动力响应出现两次峰值。通过施工平台静、动力计算结果的比较,建议在施工平台的设计时,应充分考虑到波浪力的动力效应。     

基于GUI的路面不平度重构的研究

室内道路模拟试验已经成为汽车工业一项主要试验项目,而标准路面谱的重构是需首先解决的问题之一。根据不平道路的统计频域特性,重构出时域信号,对室内汽车的平顺性的研究有着重要作用。文章在介绍了路面功率谱密度理论的基础上,引入了重构路面不平度的核心算法——傅立叶逆变换法,并基于GUI开发了标准路面谱重构软件。最后。对该算法的优缺点进行了总结。     

随机抖动电磁脉冲串的频域特性

针对工程实践中电磁脉冲发射机辐射的随机时间抖动周期性电磁脉冲信号，在分析随机时间抖动周期δ-函数功率谱密度的基础上，得出了随机时间抖动周期性电磁脉冲串的功率谱密度．结果表明，这类电磁脉冲串的功率谱密度由离散谱分量和连续谱分量组成，它们组成的总功率守恒．数值计算结果表明，随时间抖动范围增大和频率提高，离散功率谱分量所占比例下降。     

侧向风荷载对人-车-路系统耦合振动的影响分析

采用谱解法模拟脉动风荷载场,根据风洞试验测得的车辆的空气动力参数,计算出作用在车辆侧面的风荷载;将风荷载加到人-车-路耦合振动系统方程中,建立起考虑其影响的系统耦合振动方程;采用人体加权竖向振动加速度均方根值对车辆乘坐舒适度进行评价,并对模拟风速场及侧向风速大小对车辆乘坐舒适度的影响进行讨论.分析表明：静态风减小了人体、车辆振动加速度的最大值,但对其加速度均方根值没有影响;脉动风作用下人体振动加速度最大值略有变化,但均方根值却增大较多;侧向风荷载场对路面结构的振动几乎没有影响;平整路面下乘坐者出现不舒适感的临界风速为55m/s,A级不平整路面出现不舒适感的临界值为15m/s.     

风荷载作用下大跨度连续刚构桥的振动响应

风荷载影响大跨度连续刚构桥梁周围的空气流动。为避免桥梁发生颤振,需计算桥梁的风荷载。通过涡旋诱发振荡确定起始风速,考虑截面特性计算得缓冲风荷载,最终建立了以耿贝尔极值分布推导桥梁风荷载的方法。还利用Matlab编制了程序,模拟了桥梁风速时程,计算了桥梁在风荷载下的效应,分析了风荷载对桥梁振动及稳定性的影响。     

重庆万豪国际会展大厦风效应试验研究

重庆万豪国际会展大厦是高度达303m的超高层钢结构，其基阶频率仅0．1234Hz，为了准确确定风荷载及其风致响应，对其进行了风致安全性及舒适性评估．采用风洞模型试验方法，对场地大气边界层进行了模拟；通过测压模型风洞试验测量风压系数的分布，并计算静风荷载；用气动弹性模型测量风致响应，包括大厦顶部的位移响应、加速度响应和角速度响应，并计算动风荷载．此外，还讨论了周边环境建筑对其风效应的影响．研究表明，周边建筑环境对大厦的静力和动力风荷载均有较大影响，在设计风速范围内不会产生驰振现象，其顶部加速度和角速度均小于限值，舒适性满足规范要求．     

基于风致响应的高层建筑等效静力荷载研究

为研究风荷载作用下高层建筑动力响应对其顺风向等效静力风荷载的影响,基于结构风致响应动力学理论、脉动风速功率谱密度函数与相干函数的维纳辛钦关系及脉动风速准定常关系,采用随机振动振型分解方法对高层建筑的风致响应进行了研究. 首先,对高层建筑的平均风响应、背景风响应和共振风响应进行了理论分析,并推导出了沿结构高度分布的高层建筑顺风向等效静力风荷载理论计算公式;其次,通过对理论公式中各参数对计算结果的影响进行分析,提出了便于实际应用的高层建筑顺风向等效静力风荷载简化计算方法;最后,设计了4个典型高层建筑算例模型,并与阵风荷载因子法（gust load factor method,GLF）和惯性风荷载法（inertial wind load method,IWL ）进行对比,研究了本文方法的可靠性和有效性. 研究结果表明:当结构高度小于250 m时,3种方法所计算出的分布风力、剪力响应和弯矩响应偏差要大一些,GLF法计算结果最大,IWL法的计算结果最小,本文方法介于二者之间;当结构高度大于350 m时,分布风力的偏差在15%以内,对于剪力响应和弯矩响应的偏差在10%以内;本文方法与IWL法在剪力响应方面的差异率在–1%～18%之间,与GLF法的差异率在–12%～5%之间;本文方法与IWL法在弯矩响应方面的差异率在–6%～10%之间,与GLF法的差异率在–16%～5%之间.      

风和随机车流下悬索桥伸缩缝纵向变形

为动态仿真与评估运营阶段风和随机车流联合作用下大跨钢桁悬索桥伸缩缝纵向变形, 建立了风-随机车流-钢桁悬索桥分析系统; 基于已有单主梁风-车-桥耦合振动分析系统, 引入弹簧单元模拟伸缩缝, 并从车-桥耦合关系和钢桁梁横断面风荷载精细化加载2个方面将分析系统从单主梁提升为梁格法; 基于监测数据仿真重现了交通流荷载, 采用建立的分析系统计算了一座典型大跨钢桁悬索桥伸缩缝在随机车流作用下的动态位移时程响应, 获取并验证了累计位移与交通流质量的相关关系; 以滑动支承耐磨材料厚度为评估指标确定了伸缩缝累计位移临界值, 评估了伸缩缝的正常工作寿命; 在不同风速和随机车流作用下对伸缩缝纵向变形性能进行了参数敏感性分析。分析结果表明: 伸缩缝在随机车流作用下的时位移极值远小于设计允许伸缩范围-880~880 mm; 伸缩缝累计位移与其对应时段内的交通流荷载具有正相关性; 在风与随机车流联合作用下, 风速小于15 m·s-1时, 影响伸缩缝纵向变形的主要荷载因素为随机车流, 风速大于15 m·s-1时, 主要荷载因素为风荷载; 伸缩缝时位移极值与时累计位移随风速的增大均呈增大趋势; 当风速增大至20 m·s-1时, 风荷载产生的伸缩缝纵向变形近似为车流荷载下的2倍; 建立的风-随机车流-钢桁悬索桥分析系统可为运营荷载下伸缩缝纵向变形的动态仿真与性能评估提供数值分析平台。      

高速列车风阻制动试验方法综述

针对高速列车风阻制动试验方法缺少统一标准的问题，从气动特性和装置工作特性两方面系统梳理了风阻制动的相关成果与进展；分析了风翼板形状、尺寸、安装位置和间距对气动特性的影响，装置结构、工作原理和配置对工作特性的影响，阐明了制动系统性能的试验需求；分析了风阻制动对车上其他设备、轮轨/磁浮列车运行稳定性、气动噪声的影响，阐明了风阻制动运行影响性的试验需求；分析了物体撞击、平均风载荷和脉动风载荷对风阻制动装置的影响，以及风阻制动装置安装对车体结构强度的影响，阐明了风阻制动结构强度的试验需求。研究结果表明:随着新型复合材料风翼板的应用，需采用高速摄影机记录等方式获取更详细的鸟撞试验过程信息；风载荷试验便于模拟验证不同运行工况下装置的制动能力、强度和气动噪声，但受空间和成本的限制，难以进行制动系统和车体的试验；线路试验可以验证制动性能、运行影响性和结构强度，但受天气条件影响，难以模拟所有运行工况，未来需进一步研究风阻制动的标准试验方法，探索不同装置位置、运行工况和故障状态下地面风载荷试验和线路试验模拟方法，完善试验结果的评价标准。      

大跨翘曲屋盖风压分布的风洞试验与数值模拟

为了解大跨翘曲屋盖结构的风压分布特征,对某大跨翘曲屋盖进行了风洞试验和计算流体动力学数值模拟.首先,根据风洞试验结果分析了屋盖风压分布情况及门窗开启状态对风压分布的影响;然后,基于CFX软件平台,采用RNG k-ε湍流模型模拟了该屋盖结构的平均风压分布,并将模拟结果与风洞试验数据进行了比较.研究结果表明:门窗开启对外风压影响较小,对内压有一定影响,开一边门窗时,屋盖会受到向上的升力,两边同时开启时,内压对屋盖有向下的吸力作用;采用RNG k-ε湍流模型模拟大跨翘曲屋盖结构的平均风压分布具有较好的计算精度,可较准确地反映实际风压;屋面风压分布以吸力为主,风荷载最不利位置在翘曲边缘和屋面顶部区域;来流方向为翘曲向时,风流在翘曲边缘有较大的分离,在翘曲面有较强的漩涡产生,风流绕过建筑后,在来流方向建筑两侧会伴随着分离和漩涡产生,且在背风面会形成两个大的对称尾涡,而来流方向为凹曲向时,侧面和背风面的分离和漩涡并不明显.      

数值模拟引导的低矮建筑风压系数规范比较研究

采用基于RANS的SST（Shear Stress Transport）k-ω湍流模型对不同屋面坡角下双坡屋顶低矮建筑的表面风压及周围定常风场进行数值模拟,深入分析了坡角对结构周围流场及其表面风压的影响．在理解建筑周围流场结构的基础上,对中美澳3国风荷载规范中关于封闭式双坡屋顶低矮建筑主体结构的相关规定做了详细比较．结果表明,采用SST k-ω模型结合适当的边界条件,可较准确地预测结构表面平均风压系数及周围定常流场;分析建筑周围流场结构有助于理解并对比分析规范中的相应规定．通过规范比较可知,中国规范相对简单,关澳规范则较为详细的考虑了屋面坡角、建筑长宽比、气流分离及再附着等因素对风压系数的影响．最后,结合数值模拟的结论,给出中国规范相应规定的细化建议．     

湍流积分尺度对高层建筑风荷载影响的大涡模拟

为研究湍流积分尺度对高层建筑风荷载大小和分布的影响,研究其合理取值,基于大涡模拟开展了B类地貌不同湍流积分尺度下CAARC（commonwealth advisory aeronautical research council）标准高层建筑模型绕流模拟,并将模拟结果与风洞试验进行了比较.研究结果表明:大涡模拟能较好地反映高层建筑周围风场绕流特性和表面风压分布.随着湍流积分尺度的增大,平均运动的变形率向湍流脉动输入能量,以致平均风速降低、湍流强度增大;侧面风压脉动性降低15%、分离流附着提前出现;基底扭矩谱和弯矩谱的峰值及高频段幅值均减小;层斯托罗哈数在0.4倍建筑高度以下基本相同,随高度的增加其值下降20%~30%;层平均阻力系数下降5%~10%;迎风面风压系数平均值下降2%~5%,侧面和背面下降12%~17%.湍流积分尺度对迎风面和侧面上风向的风压水平相关性、层升力和0.8倍建筑高度以下的层阻力相关性的影响可以忽略.随湍流积分尺度的增大,风压水平相关系数增大,背风面增大5%~10%,侧面下风向增大15%~25%,0.8倍建筑高度以上层阻力相关性系数增大25%~50%.B类地貌湍流积分尺度的调整系数为0.4时,计算得到的风荷载与试验结果趋于一致.      

Wind Vibration Study of Long-span Steel Arch Structure of Beijing Capital International Airport

IntroductionThe long-span light-weight steel arch struc-tures have been widely used in the world due to itsbeautiful shape and reasonable mechanical charac-teristics. With the development of the computa-tional theory, the steel arch span becomes longerand longer. So, the wind loads become the majoror even dominant loads applied on steel arch struc-tural system[1~3]. The distress and damage willprobably occur in the structure, because of thelong term wind-induced vibration.1 Structural Wind-in…     

Sensitivity Analysis of Wave Slamming Load with Respect to Wind Load for Semi-Submersible Platform Design

A design of offshore floating structure is mainly based on the extreme response analysis due to the forces experienced. The extreme response can induce the negative air gap response and potential impact to the deck bottom of floating structure. It is important to predict the slamming load in order to check the strength of local structures which withstand the wave slamming. In recent years, studies of the effects of wind load on air gap response and slamming load are ignored. When the platform suffers the extreme wave, the wind is also harsh.Moreover, the wind load can affect the motion response of the platform. The wind load cannot be simulated easily by model test in towing tank whereas it can be simulated accurately in wind tunnel test. Though the model test results are not accurate enough for air gap and slamming load evaluation due to the loss of wind effect, they can be used as a good basis for tuning the radiation damping and viscous drag in numerical simulation. This paper aims at presenting the sensitivity analysis results of wave slamming load with respect to the wind load for the design of semi-submersible platform. As an example of semi-submersible drilling platform design, the wind tunnel test has been carried out, and the sea-keeping model test is also performed in towing tank, while the wind load effect is ignored. According to the model test results, a numerical model is tuned and validated by ANSYS AQWA. Sensitivity analysis studies of the relative velocity between water particle and platform surface and the wave slamming load with respect to the wind load are performed in time domain by the tuned numerical model.Five simulation cases about the presented platform are simulated based on the results of wind tunnel tests and sea-keeping tests. The sensitivity analysis results are valuable for the floating platform design.     

基于PIV试验的积雪平屋面风场特性研究

为研究屋盖积雪对低矮平屋面风场特性的干扰影响，基于风吹雪风洞试验，通过3D打印获得平屋面的3D积雪形态，并以无积雪模型作为对照，系统地开展了PIV (particle image velocimetry)风洞试验，并结合LES(large eddy simulation)方法，研究了6组平屋面建筑有无积雪时的流场分布特性.试验研究表明：当无积雪时，来流在屋面前缘处分离后能形成典型的分离泡流动，分离泡内速度场存在明显逆流现象；当有积雪时，屋面上方的逆流减弱甚至消失，积雪显著地加快了流经屋面附近流场的速度，其最大速度增量约为0.6，同时，流线分布更贴合模型壁面，速度梯度增大，也相对增大了涡量值；积雪会使得屋面上方整体的时均湍动能和切应力均减小，但对屋面迎风区域的平均和脉动风压均有增大作用，其增大比值约为15%和20%.通过该研究可进一步对低矮建筑的风雪荷载作用机理展开分析，为屋盖结构的抗风雪设计提供参考.