高速列车随车移动点的脉动风速模拟

以修正Karman风速谱为目标谱, 基于最小信息准则确定线性滤波法自回归模型的阶数, 采用线性滤波法和谐波叠加法模拟了高速列车随车移动点的脉动风速时间历程, 并验证了模拟结果的可靠性, 对比了2种方法模拟脉动风速均值、方差、幅频、相频等特征变量以及风速分布规律的差异, 并分析了2种方法的计算效率。分析结果表明: 采用2种方法得到的脉动风速功率谱密度均围绕目标谱波动; 脉动风速均值约为0, 由于随机数的使用, 使得脉动风速峰值在个别时间点存在差异, 且在低频区域得到的仿真谱差异可能超过50%;不同风向角下计算所得脉动风速均值的差异小于2%, 且脉动风速的分布规律几乎一致; 当列车运行速度为80m·s^-1, 且距地面高度10m处平均风速为25m·s^-1时, 2种方法得到的脉动风速峰值均值间的差异小于1%, 表明2种方法均适用于模拟高速列车随车移动点的脉动风速; 2种方法所得脉动风速幅值均随脉动风速频率的增大而减小, 相位在-π~π内波动, 脉动风速分布在-3~3m·s^-1内的差异仅为0.48%;采用2种方法所得脉动风速点数满足高斯分布, 且高斯分布拟合系数最大差异为3.15%;采用线性滤波法模拟所得脉动风速波动比谐波叠加法大7.89%, 其稳定性劣于谐波叠加法; 采用线性滤波法的计算时间约为谐波叠加法的1/9, 其计算效率远高于谐波叠加法。     

山区桥梁三维空间脉动风场模拟

依据脉动风的特性,对三维空间脉动风场进行了合理简化.基于谐波合成法(WAWS),考虑空间相关性并运用FFT技术,采用MATLAB编制了脉动风场数值模拟程序.以某一高墩刚构桥为例,模拟了其脉动风速,并对模拟结果进行了检验,结果表明模拟值与目标值之间拟合较好,验证了这种方法对山区桥梁三维空间脉动风场模拟的适用性.     

基于改进局部递归率的脉动风速非平稳度分析方法

为了克服递归趋势(recurrence trend, RT)指标对不同信号非平稳度估计存在误判的缺陷,分别采用互信息法和伪临近法确定了递归量化分析的最佳延迟时间和最小嵌入维数,然后在递归量化分析基础上,提出了归一化局部递归率标准差(standard deviation of normalized local recurrence rate, SDNLRR)作为信号非平稳度量化指标.利用该指标,通过递归量化分析方法分析了白噪声信号、正弦信号、调幅信号、线性调频信号4个基本信号和2个实测台风场脉动风速信号的非平稳特性,并与传统的递归趋势指标分析结果进行了对比.研究结果表明:利用SDNLRR指标对6个信号的非平稳度的量化比较准确率达100%,比RT指标的准确率提高了33.33%,消除了RT指标对正弦信号和平稳脉动风速信号的错误估计.      

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.     

基于AR模型的接触网脉动风场与风振响应

基于AR模型和接触网结构特性,建立了具有时间和空间相关的接触网脉动风场,由模拟的风速时程获得作用于接触网的风荷载;建立接触网三维有限元模型,研究了其模态、静态风偏和风振响应,并对位移响应进行了频谱分析.分析结果表明:垂向风速相对顺风向风速较小,采用Davenport风速谱可建立接触网脉动风场;接触网在30 m·S-1的横向平均风和自然风作用时,接触线跨中节点横向位移的最大值分别为109.11 mm和312.49 mm,平均风荷载下计算得到的接触线横向位移减小了186.40％;接触网在横向自然风作用时,接触线横向和垂向振动位移同时产生,接触网第1阶垂向和横向振动频率分别为0.973 Hz和1.384 Hz,在这2阶频率处产生了接触网结构与风荷载的峰值共振;接触网在30 m·S-1的自然风作用时,由风荷载引起的应力分别占接触线和承力索总应力的10.77％和27.40％,因此,需采用脉动风荷载进行接触网的风偏和强度设计.     

基于GARCH的短时风速预测方法

为提高高速列车运行的安全性,基于线性递归的差分自回归移动平均模型(auto-regressive integrated moving average, ARIMA)和非线性递归的广义自回归条件异方差模型(generalized auto-regressive conditionally heteroscedastic, GARCH),提出一种组合模型ARIMA-GARCH进行高速铁路强风风速的短时预测.首先对数据的非平稳性进行预处理,以降低数据非平稳性对所提模型的影响;其次建立线性递归的ARIMA模型对数据进行分析和预测;最后,引入非线性递归的GARCH模型对数据进行分析和预测.基于现场测量的样本仿真分析表明:相比原始数据,ARIMA-GARCH模型的预测精度较高且随着预测步长的增加,平均绝对误差仅从0.836 m/s增加到1.272 m/s;ARIMA-GARCH模型考虑了异方差这一非线性特性,其预测精度明显好于线性的ARIMA模型,其中超前6步预测的平均绝对误差精度提高11.54%.      

重庆某高层建筑脉动风荷载模拟

结合重庆某高层建筑,将建筑等效成二维离散模型,采用Davenport风速谱模拟作用在建筑物上的风荷载。分别采用星谷胜和Shinozuka对于风荷载模拟的理论,模拟出脉动风荷载时程曲线,并对两种理论模拟结果进行比较。     

按非平稳随机过程模拟自然风速的一种数值方法

基于数据的第二种非平稳随机过程数学模型是第一种非平稳随机过程数学模型的继续。该方法根据有限的原始风速记录 ,通过快速富氏变换和希尔伯特变换 ,建立了非平稳随机过程数学模型 ,然后以数字模拟的方法产生所需的随机样本。根据第二种非平稳随机过程数学模型和观测的风速记录 ,进行了风速样本模拟     

基于壁面射流的下击暴流非稳态风场大涡模拟

为研究边界层风洞中下击暴流大缩尺比试验的可行性,基于冲击射流和壁面射流模型,采用大涡模拟方法,分析了静止和移动下击暴流的风场特性;通过与Wood模型、Oseguera模型、Victory模型以及经典壁面射流实验对比,验证了采用冲击射流和壁面射流模型在模拟稳态下击暴流出流段的一致性和有效性;在壁面射流模型入口处引入3种速度函数,模拟了下击暴流非稳态风速时程. 研究结果表明:与冲击射流一样,无协同流壁面射流能够有效地模拟静止下击暴流的稳态出流段;当冲击射流平移速度为出流速度的15%时,其最大水平风速较静止冲击射流增大了15.8%;协同流速度为射流速度的19.2%时,其最大风速较无协同流壁面射流增大了16.9%,带协同流壁面射流能够有效地模拟移动下击暴流;提出的速度入口函数模型作为壁面射流入流条件,能够较为真实地模拟出Andrews AFB下击暴流非稳态风场.      

按非平衡随机过程模拟自然风速的一种数值方法

基于数据的第二种非平稳随机过程数学模型是第一种非平稳随机过程数学模型的继续。该方法根据有限的原始风速记录，通过快速富氏变换和希尔伯特变换，建立了非平稳随机过程数学模型，然后以数字模拟的方法产生所需的随机样本。根据第二种非平稳随机过程中数学模型和观测的风速记录，进行了风速样本模拟。     

高速列车头部气动性能的模拟计算与试验

为了研究高速列车的头形对列车整车的气动性能有着重要的影响,对一节半车编组列车分别进行了空气动力学仿真分析和风洞试验.采用有限体积法对列车头部周围流场进行区域离散,进行气动性能仿真分析,得到高速列车头车的气动特性参数.在满足几何相似的基础上,对一节半编组的列车模型进行风洞试验,获取头部的气动参数,并从模拟仿真分析结果与风洞试验结果对比分析中验证,两种方法能够相互补充,相互印证,为高速列车头形的研究总结出有效的研究途径.     

高速列车头部气动性能的模拟计算与试验

为了研究高速列车的头形对列车整车的气动性能有着重要的影响,对一节半车编组列车分别进行了空气动力学仿真分析和风洞试验．采用有限体积法对列车头部周围流场进行区域离散,进行气动性能仿真分析,得到高速列车头车的气动特性参数．在满足几何相似的基础上,对一节半编组的列车模型进行风洞试验,获取头部的气动参数,并从模拟仿真分析结果与风洞试验结果对比分析中验证,两种方法能够相互补充,相互印证,为高速列车头形的研究总结出有效的研究途径．     

坝陵河大桥桥位风速观测及设计基准风速的计算

架设在峡谷上的大跨度桥梁,由于桥位处地形复杂,离谷底较高,设计基准风速一般无法通过抗风规范查得,需要进行专门的分析或测试。针对坝陵河大桥的设计基准风速问题,分别通过附近气象台站的数据和专门架设的观测塔的观测数据,通过分析得到了桥位处的设计基准风速。对类似地貌大桥建设设计基准风速的取得具有一定的参考意义。     

风切变条件下的空速稳定性分析

建立了讨论空速稳定性的数学模型，并对该数学模型的数值结果进行了分析，认识飞机的空速稳定性参数和空速时间常数与空速、翼载荷、阻力系数以及机型大小有关。其结果对掌握风切变条件下的飞行处置有一定意义。     

高速列车优化外形的数值分析

本文利用作者博士研究生期间提出的三维钝体湍流绕流数值计算方法和计算程序，在国内首次对高速列车头型及车体横截面优化进行数值模拟研究，了解流线型头型各几何参数与形阻关系以及横截面各几何参数对横风下列车稳定性、安全性的影响。为京沪线高速列车推荐出综合考虑气动阻力、压力波特性的最佳头型，计算结果与西南交通大学ＸＮＪＤ－１风洞试验结果吻合很好。     

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。     

水面无人艇在风干扰下的操纵性能仿真

根据静水中完整的操纵运动数学模型,对无人艇载体平台滑行艇,在定常风假设下,建立了风干扰下简化的滑行艇操纵运动数学模型.利用数学模型对滑行艇在风压力及风压作用下在各个角度下的操纵运动进行仿真.     

高速列车作用在跨线天桥上风压力的数值模拟

列车风载是临近高速铁路建筑物设计和确定相关建筑限界必须考虑的重要问题,采用三维不可压缩势流模型和而元法,对高速列车通过时作用在跨线天桥表面上的气压动力进行了数值计算,结果表明,高速列车通过时一天桥表面受空气压力波的作用,压力系数的波动范围为－０．１３５～０．０９５,文中分析了跨线天桥上压力的分布的基本特征。     

方形土楼屋盖风荷载的数值模拟分析

为探讨屋面坡角和高径比对客家圆形土楼屋盖风荷载的影响,应用数值模拟方法,在不同方向角下分别对不同的坡角和高宽比情况下土楼的屋盖极值风压系数和净风压系数进行参数分析,采用SSTk-ω湍流模型,建立具有代表性的单体方楼德辉楼的数值风洞模型,得到了屋盖极值风压系数和净风压系数随坡角、高宽比变化的分布曲线.综合考虑2种风压系数和风流场的影响,结果表明：方形土楼抗风效果较好的坡角为45°,而高径比是0.45.