[發明專利]基于離散多點測量數據的大跨度屋面風壓分布快速重構算法

有效

• 申請號: 202110755742.5
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113607373B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 楊麗曼;王睿;楊學堯
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M9/06
• 代理公司: 北京快易權知識產權代理有限公司 11660
• 代理人: 趙秀英

1.一種基于離散多點測量數據的大跨度屋面風壓分布快速重構算法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：利用數值風洞模擬建立與實際屋面相似的模型，仿真得到的不同風速、風向條件下的屋面風壓分布數據庫；

S2:對數據庫里的數據通過非負矩陣分解，構造每個風場條件下的風壓分布基矩陣；

S3：檢測環境風場信息，根據環境風場信息選擇與風場條件最為相近的風壓分布基矩陣；

S4:根據傳感器測得的數據利用最小二乘法求取該基矩陣的重構系數向量，風壓分布基矩陣乘以重構系數向量得到重構屋面的風壓分布。

2.根據權利要求1所述的一種基于離散多點測量數據的大跨度屋面風壓分布快速重構算法，其特征在于，利用數值風洞模擬建立與實際屋面相似的模型，仿真得到的不同風速、風向條件下的屋面風壓分布數據庫的方法包括如下步驟：

S11，建立幾何模型并確定計算域的范圍；

S12，根據幾何模型的實際情況以及實驗所需精度劃分網格；

S13，選擇湍流模型，并確定流體的相關參數；

S14，根據所研究的實際問題確定計算域的邊界條件；

S15，確定控制參數與收斂標準參數；

S16，設置迭代計算次數，進行計算；

S17，得到計算結果，如果結果不理想，改變湍流模型、計算域，或調整相關參數；

S18，根據計算結果，得到球形屋面在不同風場條件下的風壓分布數據庫。

3.根據權利要求2所述的一種基于離散多點測量數據的大跨度屋面風壓分布快速重構算法，其特征在于，對數據庫里的數據通過非負矩陣分解的方法如下：

非負矩陣分解算法目的是將V矩陣分解為W、H兩個非負的矩陣，用公式表示如下：

V_m×n＝W_m×kH_k×n+D_m×n (1)

式中，V為風壓分布樣本矩陣，W為風壓分布基矩陣，H為分解系數矩陣，D為分解誤差矩陣，表示可從W復原的樣本矩陣，m，n，k表示矩陣維數；為了使得到的W能夠全面地包含V的信息，采用以下兩種損失函數：

平方距離法：

Kullback-Leibler散度法：

其中，V_i,j表示風壓分布樣本矩陣中第i行，j列的元素；表示可從W復原的樣本矩陣中第i行，j列的元素；

為了得到最佳的分解結果，求解以下最小化問題：

使用計算機軟件編程實現非負矩陣分解并得到最佳的W矩陣；所有風場條件下的風壓分布基矩陣，作為風壓模板存入數據庫，標記為W_i,j＝W(v_i,θ_j)，其中v_i,θ_j分別表示某一風場條件下的風速與風向。

4.根據權利要求3所述的一種基于離散多點測量數據的大跨度屋面風壓分布快速重構算法，其特征在于，選擇風壓分布基矩陣需要現場檢測信號，包括環境風場的風向、風速信息；根據環境風場信息，從屋面風壓分布數據庫中按照最鄰近原則選擇與環境風場信息相匹配的風壓分布基矩陣。