【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于自相关函数的风振响应高效频域估计方法。
技术介绍
风振响应分析是大型复杂结构(例如大跨度屋盖结构、超高层建筑等)抗风设计的重要环节之一。大型复杂结构的振动特性难以用简单的振型表示,要考虑高阶振型的贡献以及振型之间的耦合,因此,脉动风荷载作用下的结构动力响应极为复杂。传统的时域风振响应分析,需要输入大量风荷载时程信息,采用Newmark-β积分法,计算量较大,计算时所需存储空间较大,导致计算效率低。而传统的频域风振响应分析,同样需要输入大量信息,包括风荷载的协方差矩阵,采用数值积分法,计算耗时较长,导致计算效率低。此外,传统频域计算方法难以考虑振型耦合效应,计算误差大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有风振响应分析方法计算效率低以及计算误差大的缺点,而提出一种基于自相关函数的结构风振响应高效频域估计方法。一种基于自相关函数的结构风振响应高效频域估计方法具体过程为:步骤一:基于风洞试验测得的结构表面脉动风压时程数据pi(t),计算各风荷载加载点的风压时程数据的平均值风压时程数据的标准差σpi、风压时程数据的自相关函数Rpi(τ)和风压时程数据的相干函数Cohpij(ω);其中,i、j为风荷载加载点总数Q中任意两个点,1≤i≤Q,1≤j≤Q,Q为风荷载加载点总数,为正整数;步骤二:采用指数函数拟合自相关函数,得到i点的风荷载加载点的无量纲风压谱曲线的峰值频率ωmi;由自功率谱的定义可知Spi(ω)σpi2=1π∫-∞∞Rpi(τ)exp(-iω ...
【技术保护点】
一种基于自相关函数的结构风振响应高效频域估计方法,其特征在于:一种基于自相关函数的结构风振响应高效频域估计方法具体过程为:步骤一:基于风洞试验测得的结构表面脉动风压时程数据pi(t),计算各风荷载加载点的风压时程数据的平均值风压时程数据的标准差σpi、风压时程数据的自相关函数Rpi(τ)和风压时程数据的相干函数Cohpij(ω);其中,i、j为风荷载加载点总数Q中任意两个点,1≤i≤Q,1≤j≤Q,Q为风荷载加载点总数,为正整数;步骤二:采用指数函数拟合自相关函数,得到i点的风荷载加载点的无量纲风压谱曲线的峰值频率ωmi;步骤三:采用指数函数拟合相干函数,得到该结构的相干指数kc,计算i、j两点的风荷载相干系数;步骤四:提取结构的质量矩阵[M]、刚度矩阵[K]、阻尼矩阵[C]、风荷载加载点与结构自由度的转换矩阵[R],响应的影响面矩阵[I];对结构进行模态分析,求解特征方程得到结构的各阶自振频率ωnk,k=1,2,…,N,k为自振频率所对应的模态阶数,N为结构自由度数,为正整数;取结构振型矩阵其中为第k、r阶振型,k,r=1,2,…W;W为计算所选取的模态阶数,W为正整数,10≤W≤N ...
【技术特征摘要】
1.一种基于自相关函数的结构风振响应高效频域估计方法,其特征在于:一种基于自相关函数的结构风振响应高效频域估计方法具体过程为:步骤一:基于风洞试验测得的结构表面脉动风压时程数据pi(t),计算各风荷载加载点的风压时程数据的平均值风压时程数据的标准差σpi、风压时程数据的自相关函数Rpi(τ)和风压时程数据的相干函数Cohpij(ω);其中,i、j为风荷载加载点总数Q中任意两个点,1≤i≤Q,1≤j≤Q,Q为风荷载加载点总数,为正整数;步骤二:采用指数函数拟合自相关函数,得到i点的风荷载加载点的无量纲风压谱曲线的峰值频率ωmi;步骤三:采用指数函数拟合相干函数,得到该结构的相干指数kc,计算i、j两点的风荷载相干系数;步骤四:提取结构的质量矩阵[M]、刚度矩阵[K]、阻尼矩阵[C]、风荷载加载点与结构自由度的转换矩阵[R],响应的影响面矩阵[I];对结构进行模态分析,求解特征方程得到结构的各阶自振频率ωnk,k=1,2,…,N,k为自振频率所对应的模态阶数,N为结构自由度数,为正整数;取结构振型矩阵其中为第k、r阶振型,k,r=1,2,…W;W为计算所选取的模态阶数,W为正整数,10≤W≤N;k、r为自振频率ωnk、ωnr所对应的模态阶数;使得计算结构k阶振型的广义阻尼比式中,T为转置矩阵;步骤五:根据步骤一、步骤二、步骤三和步骤四计算解析积分,得到[Σkr];步骤六:计算模态响应协方差形成模态响应协方差矩阵[Σy];步骤七:计算位移响应协方差矩阵[Σx]=[Ψ]T[Σy][Ψ],进而可求得其任意响应的协方差矩阵[Σs]。2.根据权利要求1所述一种基于自相关函数的结构风振响应高效频域估计方法,其特征在于:所述步骤一中基于风洞试验测得的结构表面脉动风压时程数据pi(t),计算各风荷载加载点的风压时程数据的平均值风压时程数据的标准差σpi、风压时程数据的自相关函数Rpi(τ)和风压时程数据的相干函数Cohpij(ω);具体过程为:由MATLAB中的mean函数求解;σpi由MATLAB中的std函数求解;Rpi(τ)由MATLAB中的xcorr函数求解;Cohpij(ω)由MATLAB中的mscohere函数求解。3.根据权利要求2所述一种基于自相关函数的结构风振响应高效频域估计方法,其特征在于:所述步骤二中采用指数函数拟合自相关函数,得到i点的风荷载加载点的无量纲风压谱曲线的峰值频率ωmi;具体过程为:采用指数函数拟合自相关函数Rpi(τ)=exp(-ωmi|τ|),得到i点的风荷载加载点的无量纲风压谱曲线的峰值频率ωmi。4.根据权利要求3所述一种基于自相关函数的结构风振响应高效频域估计方法,其特征在于:所述步骤三中采用指数函数拟合相干函数,得到该结构的相干指数kc,计算i、j两点的风荷载相干系数;具体过程为:采用指数函数拟合相干函数得到该结构的相干指数kc,计算i、j两点的风荷载相干系数式中,Dij表示两风荷载加载点i、j间距离,U表示参考风速,cij为i、j两点的风荷载相干系数,为非负实数。5.根据权利要求4所述一种基于自相关函数的结构风振响应高效频域估计方法,其特征在于:所述步骤五中根据步骤一、步骤二、步骤三和步骤四计算解析积分,得到[Σkr];具体过程为:根据步骤一、步骤二、步骤三和步骤四计算解析积分;σijkr=2πσpiσpjωmiωmj∫0∞[(ω2-ωnk2)(ω2-ωnr2)-4ξnkξnrωnkωnrω2]·(ω2+ωmiωmj)[(ω2-ωnk2)2+4ξnk2ξnk2ω2]·[(ω2-ωnr2)2+4ξnr2ωnr2ω2]·(ωmi2+ω2)·(ωmj2+ω2)·[1+(cijω)2]dω=2πσpiσpjωmiωmj∫0∞Θ(ω)Λ(--1ω)·Λ(-1ω)dω=σpiσpjωmiωmj·I1I0]]>式中,σijkr为k、r阶耦合模态在i、j两点间的耦合风振响应均方根;σpi为i...
【专利技术属性】
技术研发人员:孙瑛,苏宁,武岳,沈世钊,
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江;23
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