[發明專利]一種大跨度屋蓋結構脈動風致響應計算的塊里茲向量生成方法

無效

• 申請號: 201210579079.9
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103020471A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 李方慧;倪振華
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 王艷萍

技術領域

本發明涉及大跨度屋蓋結構抗風分析領域，是一種隨機風振響應計算的高效方法。

背景技術

由于大跨度低矮屋蓋結構體型復雜，變化多樣，對風荷載非常敏感，導致在風致響應計算過程中存在參與模態數多、模態耦合項不能忽略等特點。傳統模態疊加法計算過程中所采用的模態僅僅考慮結構的自身特性，而沒能考慮風壓場的空間分布特性，在計算過程中缺乏對模態挑選標準和依據，往往很難確定選用多少階模態能獲得準確的響應結果，如果截取模態數太少可能忽略高階模態的貢獻。此外，對于截取的模態缺乏挑選控制的標準，不管對響應貢獻大小的模態均被包含在內，影響了計算效率。為了克服傳統模態疊加法的一些不足，本發明探尋一種大跨度屋蓋結構風致響應計算的非傳統方法。

發明內容

本發明是要解決傳統模態疊加法計算大跨度屋蓋結構脈動風致響應效率低的技術問題，從而提供一種大跨度屋蓋結構脈動風致響應計算的塊里茲向量生成方法。

塊里茲向量的生成方法按以下步驟進行：

步驟一：利用風洞實驗測量或者數值模擬方法獲得大跨度房屋蓋表面的t時刻脈動風壓向量p₁(t)，p₂(t)，……，p_i(t)，……，p_N(t)，(N為結構的自由度數)，其中p_i(t)為t時刻，結構第i自由度上的風壓向量，；可表示成風壓列向量{p(t)}的形式，即

{p(t)}＝{p₁(t)，p₂(t)，……，p_i(t)，……，p_j(t)，……，p_N(t)}^T，同時提取結構剛度矩陣[K]和質量矩陣[M]；

步驟二：計算風壓列向量{p(t)}的協方差矩陣[c]，協方差矩陣[c]的元素i＝1，2，…，N；j＝1，2，…，N；

步驟三：對協方差矩陣[c]進行本征正交分解，利用[c]{υ}_n＝λ_n{υ}_n?(n＝1，2，…，N)求出協方差矩陣[c]的特征值λ₁、λ₂、……、λ_i、……、λ_N和正則化的特征向量{υ}₁、{υ}₂、……、{υ}_i、……、{υ}_N；正則化的特征向量為本征模式；該過程的物理意義是尋找一個正交坐標系使風壓列向量{p(t)}在該正交坐標系各坐標軸上有最大投影，同時得到正交坐標系第n軸上基向量，正則化的特征向量{υ}_n即為第n軸上基向量，特征向量{υ}_n為N×1的列向量；再根據(n＝1，2，…，N)，計算風壓向量在軸上的投影a₁(t)、a₂(t)、……、a_i(t)、……、a_N(t)；即求出了與時間相關的主坐標a_n(t)；

步驟四：以步驟三計算出的本征模式{υ}₁、{υ}₂、……、{υ}_i、……、{υ}_N和主坐標a₁(t)、a₂(t)、……、a_i(t)、……、a_N(t)，將風壓列向量{p(t)}用本征模態和主坐標表示，即這樣實現對風壓場的簡化描述；

步驟五：用本征模態{υ}₁，{υ}₂，……，{υ}_k，……，{υ}_m表示脈動風壓場的m(m≤N)個荷載空間分布模式，對主坐標a₁(t)、a₂(t)、……、a_i(t)、……、a_m(t)進行功率譜分析，其曲線峰值所對應的頻率即為脈動風壓荷載模式的中心頻率ω₁，ω₂，……，ω_k，……，ω_m；本步驟利用本征正交分解法提取脈動風壓場空間分布形態和荷載模式中心頻率，用于初始塊里茲向量的生成；