[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

本發明公開了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，包括如下步驟：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；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；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；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，基矩陣乘以系數向量得到重構屋面的風壓分布。本發明通過少量傳感器數據得到整個屋面的實時風壓分布，降低測量成本，使用數值風洞技術，相較于風洞試驗，成本更低，效率更高，沒有對模型尺寸的限制，有利于對更多屋面實現風壓監控。

技術領域

本發明涉及風壓空間分布實時重構技術領域，尤其涉及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。

背景技術

從北京鳥巢體育館到大興機場航站樓，大跨度建筑作為一種新穎的建筑形式，在人們日常生活中扮演著重要的角色。但是由于大跨度建筑具有柔度大與阻尼較低的特點，易受到風載荷的干擾，造成屋面破壞甚至結構損壞，可能帶來嚴重財產損失甚至人員傷亡。因此，對大跨度建筑屋面風壓進行實時監控，有利于屋面的維護與保證建筑屋面的安全性，具有很重要的現實意義。此外，考慮到成本等現實因素，在屋面安裝傳感器的數目是有限的，因此結合數值風洞方法，提出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。

現有專利多注重對于屋面進行數值風洞模擬或風洞實驗，探究其風壓分布的規律，但是這種方法不能實現對現實建筑屋面風壓的實時監控，不利于屋面的健康監測與維護；另一部分的專利使用與本專利相似的非負矩陣分解方法，不過多用于文本分析、圖像處理、人臉識別等領域，未曾運用在實現屋面風壓的重構。

發明內容

本發明目的是提供了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，以解決上述問題。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

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，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，基矩陣乘以系數向量得到重構屋面的風壓分布。

進一步的，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。

進一步的，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：