[發(fā)明專利]一種分區(qū)計算空間相關性的脈動風速時程輸入方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710494942.3
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107300853B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設計）人: 蔣瓅;朱偉華;潘欣鈺;胡衛(wèi)法;李慶武
• 申請（專利權）人: 中船第九設計研究院工程有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 31215 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 徐筱梅

1.一種分區(qū)計算空間相關性的脈動風速時程輸入方法，其特征在于，該方法包括以下具體步驟：

步驟1：建立數值風洞計算域，并將數值風洞入口邊界劃分為平均風速區(qū)A和帶脈動風速區(qū)D兩部分，根據帶脈動風速區(qū)D的大小進行劃分，形成D1,D2,……,Dn共n個帶脈動風速區(qū)分區(qū)；其中n>1；

步驟2：對整個數值風洞計算域進行網格劃分，使入口邊界內形成多個網格，然后輸出平均風速區(qū)A和帶脈動風速區(qū)分區(qū)Di的網格中心點坐標數組P_A[x,z]和P_Di[x,z]；其中，i＝1,2,……,n；

步驟3：根據每個帶脈動風速區(qū)分區(qū)Di的網格中心點坐標數組P_Di[x,z]，運用線性濾波法的AR模型，采用Davenport順風向脈動風速功率譜和Shiotani提出的相干函數，僅對帶脈動風速區(qū)分區(qū)Di內的所有的網格中心點兩兩考慮空間相關性，生成與各個網格中心點對應的脈動風速時程V_Di；

步驟4：根據建筑所處地貌確定平均風速剖面，結合網格中心點的z向坐標，計算得到平均風速區(qū)A和各個帶脈動風速區(qū)分區(qū)Di的平均風速數組和

步驟5：對每個分區(qū)內所有網格逐個按時間步輸入風速時程，平均風速區(qū)A輸入各帶脈動風速區(qū)分區(qū)Di輸入然后進行數值風洞模擬；

步驟6：完成求解后，查看平均風速區(qū)A控制計算域內的風速、風向，若方向與風速輸入方向一致且大小不變，則表明平均風速區(qū)A的大小合適，不影響建筑在垂直于風速輸入方向的風荷載的發(fā)展；若有變化，則需增大帶脈動風速區(qū)D的大小，然后重復步驟2～6。

2.根據權利要求1所述的脈動風速時程輸入方法，其特征在于，所述步驟3中，假設帶脈動風速區(qū)分區(qū)Di內的網格數為M，則所述AR模型生成的M個空間相關點脈動風速的時間序列函數定義為：

式中，p為AR模型階數；△t為時間步長；P_Di[x,z]為帶脈動風速區(qū)分區(qū)Di的網格中心點坐標數組，P_Di[x_jj,z_jj]為帶脈動風速區(qū)分區(qū)Di第jj個網格中心點坐標，jj＝1,2,……,M；ψ_k為AR模型的M×M階自回歸系數矩陣，由下式得到：

式中，R(j△t)是時滯j△t的M×M的協(xié)方差矩陣，其中的元素為

S_pq(f)在p＝q時為脈動風速自譜密度函數，在p≠q時為脈動風速互譜密度函數，由脈動風速自譜函數S_n(f)與相干函數γ_pq(f)確定：

所述脈動風速功率譜S_n(f)用函數定義為：

式中，f為脈動風頻率；為標準高度為10m處的平均風速；k為與地面粗糙度有關的常數，計算公式為k＝0.0021522×35^36(α-0.16)，其中α為地面粗糙度系數；

所述Shiotani提出的相干函數定義為：

式中，L_x＝50m；L_z＝60m；p＝1,2,……,M；q＝1,2,……,M；

N(t)為均值為0方差為1的均勻分布隨機數，且與矩陣R_N相關，R_N可由下式求得：

求解出R_N后可由下式解出N(t)：

N(t)＝Ln(t)

式中，n(t)＝[n¹(t),…,n^M(t)]^T為M個獨立的滿足零均值、單位方差的隨機變數；L滿足R_N＝LL^T，即L為R_N經過喬累斯基分解后的下三角矩陣。

3.根據權利要求1所述的脈動風速時程輸入方法，其特征在于，步驟4中所述平均風速剖面中某網格中心點的速度函數定義為：

式中，為標準高度為10m處的平均風速；α為地面粗糙度系數。