顺风向流场中的桅杆响应仿真方法、装置、计算机设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种顺风向流场中的桅杆响应仿真方法、装置、计算机设备及存储介质。该方法包括：根据建立的桅杆模型以及预设的流场域参数，建立包含所述桅杆模型的流场域模型，并将所述流场域模型划分成多个网格；利用表征风速和网格高度的关系的幂指数函数，构造所述流场域模型中的平均风顺风向流场，所述平均风顺风向流场中的风速与网格高度的关系满足所述幂指数函数的分布；根据所述幂指数函数和所述流场域模型确定每个网格上的压强数据，并根据所述每个网格上的压强数据和所述桅杆模型的材料参数，利用流固耦合的方式仿真所述平均风顺风向下的桅杆响应，所述桅杆响应包括桅杆的等效应力和所述桅杆的位移。该方法可以准确仿真桅杆响应。

Simulation method, device and computer equipment of mast response in downwind flow field

The invention relates to a mast response simulation method, device, computer equipment and storage medium in a downwind flow field. The method includes: according to the established mast model and the preset flow field parameters, the flow field model including the mast model is established, and the flow field model is divided into several grids; using the power exponential function which characterizes the relationship between the wind speed and the grid height, the average downwind flow field in the flow field model is constructed, and the wind speed in the average downwind flow field and the grid height are calculated. The relationship of grid height satisfies the distribution of the power exponential function; the pressure data on each grid are determined according to the power exponential function and the flow field model, and the response of the mast to the mean downwind direction is simulated by fluid-solid coupling according to the pressure data on each grid and the material parameters of the mast model. The mast response includes the mast and so on. Effect force and displacement of the mast. This method can accurately simulate the mast response.

【技术实现步骤摘要】
顺风向流场中的桅杆响应仿真方法、装置、计算机设备
本专利技术涉及风工程应用
，特别是涉及一种顺风向流场中的桅杆响应仿真方法、装置、计算机设备。
技术介绍
桅杆结构主要由一根竖立的细长杆件构成，其受气候影响十分显著，而风载荷是桅杆结构的主要荷载，在风载荷的作用下，桅杆结构会发生振动。当在发生频率较高的微风作用下引起桅杆的频繁振动时，就容易导致桅杆结构疲劳损坏。因此，对桅杆结构在风载荷作用下的响应(即桅杆结构在风载荷作用下的变形)研究引起了研究人员和工程师的重视。传统的在对桅杆结构的响应进行计算时，首先将桅杆高度分成多段，然后应用分段计算方式对风压进行计算，在得到计算的风压并将其作为载荷时，通常是将风压视为一个常数施加给桅杆结构，从而计算出桅杆结构在顺风向下的响应。但是由于实际情况下的风压是非均匀分布的，因此上述将风压视为一个常数施加给桅杆结构，并计算桅杆结构的响应的方法，其计算出的桅杆结构的响应不准确。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述计算桅杆结构的响应不准确的问题，提供一种顺风向流场中的桅杆响应仿真方法、装置、计算机设备。一种顺风向流场中的桅杆响应仿真方法，包括：根据建立的桅杆模型以及预设的流场域参数，建立包含所述桅杆模型的流场域模型，并将所述流场域模型划分成多个网格；利用表征风速和网格高度的关系的幂指数函数，构造所述流场域模型中的平均风顺风向流场，所述平均风顺风向流场中的风速与网格高度的关系满足所述幂指数函数的分布；根据所述幂指数函数和所述流场域模型确定每个网格上的压强数据，并根据所述每个网格上的压强数据和所述桅杆模型的材料参数，利用流固耦合的方式仿真所述平均风顺风向下的桅杆响应，所述桅杆响应包括桅杆的等效应力和所述桅杆的位移。在其中一个实施例中，所述利用表征风速和网格高度的关系的幂指数函数，构造所述流场域模型中的平均风顺风向流场之前，还包括：获取标准高度z0以及所述标准高度处的平均风速v0；获取所述桅杆所在的地面粗糙度α；根据所述标准高度z0、所述标准高度处的平均风速v0以及所述桅杆所在的地面粗糙度α，确定所述幂指数函数。在其中一个实施例中，所述幂指数函数为其中，所述v为所述流场域模型中任一网格高度处的平均风速，所述z为所述流场域模型中任一网格的网格高度。在其中一个实施例中，所述将所述流场域模型划分成多个网格，包括：将所述流场域模型按照第一尺度划分成多个第一网格；将所述流场域模型中处于所述桅杆模型表面的多个第一网格再次以第二尺度划分成多个第二网格；所述第二尺度小于所述第一尺度。在其中一个实施例中，所述根据每个网格上的压强数据和所述桅杆模型的材料参数，利用流固耦合的方式仿真所述平均风顺风向下的桅杆响应之后，还包括：将所述桅杆响应与预设的标准桅杆响应范围进行对比，确定所述桅杆模型是否正确。在其中一个实施例中，所述桅杆模型的材料参数包括：密度、弹性模量、屈服强度、泊松比。在其中一个实施例中，所述材料参数还包括：所述桅杆模型底座的约束方式。一种顺风向流场中的桅杆响应仿真装置，包括：模型建立模块，用于根据建立的桅杆模型以及预设的流场域参数，建立包含所述桅杆模型的流场域模型，并将所述流场域模型划分成多个网格；构造模块，用于利用表征风速和网格高度的关系的幂指数函数，构造所述流场域模型中的平均风顺风向流场，所述平均风顺风向流场中的风速与网格高度的关系满足所述幂指数函数的分布；仿真模块，用于根据所述幂指数函数和所述流场域模型确定每个网格上的压强数据，并根据所述每个网格上的压强数据和所述桅杆模型的材料参数，利用流固耦合的方式仿真所述平均风顺风向下的桅杆响应，所述桅杆响应包括桅杆的等效应力和所述桅杆的位移。一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：根据建立的桅杆模型以及预设的流场域参数，建立包含所述桅杆模型的流场域模型，并将所述流场域模型划分成多个网格；利用表征风速和网格高度的关系的幂指数函数，构造所述流场域模型中的平均风顺风向流场，所述平均风顺风向流场中的风速与网格高度的关系满足所述幂指数函数的分布；根据所述幂指数函数和所述流场域模型确定每个网格上的压强数据，并根据所述每个网格上的压强数据和所述桅杆模型的材料参数，利用流固耦合的方式仿真所述平均风顺风向下的桅杆响应，所述桅杆响应包括桅杆的等效应力和所述桅杆的位移。一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：根据建立的桅杆模型以及预设的流场域参数，建立包含所述桅杆模型的流场域模型，并将所述流场域模型划分成多个网格；利用表征风速和网格高度的关系的幂指数函数，构造所述流场域模型中的平均风顺风向流场，所述平均风顺风向流场中的风速与网格高度的关系满足所述幂指数函数的分布；根据所述幂指数函数和所述流场域模型确定每个网格上的压强数据，并根据所述每个网格上的压强数据和所述桅杆模型的材料参数，利用流固耦合的方式仿真所述平均风顺风向下的桅杆响应，所述桅杆响应包括桅杆的等效应力和所述桅杆的位移。上述顺风向流场中的桅杆响应仿真方法，计算机设备首先建立桅杆模型和包括桅杆模型的流场域模型，并将流场域模型划分成网格，接着根据每个网格的高度，利用表征风速和高度关系的幂指数函数计算出每个网格上的风速，之后根据每个网格上的风速和流体力学方程计算出每个网格上的压强，最后根据每个网格上的压强和桅杆的材料参数来仿真桅杆响应。利用本实施例的方法，由于采用了表征风速和网格高度的幂指数函数构造平均风顺风向流场，并利用网格划分流场域模型来计算每个网格上的压强，因此，其得到压强分布数据更准确；另外，由于本实施例的方法在仿真桅杆响应时，是根据上述每个网格上的压强和桅杆的材料参数来仿真的，因此，其仿真出的桅杆响应更加准确。附图说明图1为一个实施例中顺风向流场中的桅杆响应仿真方法的应用环境图；图2为一个实施例提供的顺风向流场中的桅杆响应仿真方法的流程示意图；图3为一个实施例提供的顺风向流场中的桅杆响应仿真方法的流程示意图；图4为另一个实施例提供的顺风向流场中的桅杆响应仿真方法的流程示意图；图5为一个实施例提供的顺风向流场中的桅杆响应仿真方法的流程示意图；图6为一个实施例中在顺风向流场中的桅杆响应仿真方法中建立的流场域模型的俯视图；图7为一个实施例中在顺风向流场中的桅杆响应仿真方法中建立的流场域模型的主视图；图8为一个实施例提供的顺风向流场中的桅杆响应仿真装置的结构示意图；图9为另一个实施例提供的顺风向流场中的桅杆响应仿真装置的结构示意图；图10为另一个实施例中顺风向流场中的桅杆响应仿真方法的位移结果示意图；图11为另一个实施例中顺风向流场中的桅杆响应仿真方法的弯矩结果示意图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。本专利技术实施例提供的顺风向流场中的桅杆响应仿真方法，可以适用于图1所示的计算机设备。如图1所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种顺风向流场中的桅杆响应仿真方法，其特征在于，所述方法包括：根据建立的桅杆模型以及预设的流场域参数，建立包含所述桅杆模型的流场域模型，并将所述流场域模型划分成多个网格；利用表征风速和网格高度的关系的幂指数函数，构造所述流场域模型中的平均风顺风向流场，所述平均风顺风向流场中的风速与网格高度的关系满足所述幂指数函数的分布；根据所述幂指数函数和所述流场域模型确定每个网格上的压强数据，并根据所述每个网格上的压强数据和所述桅杆模型的材料参数，利用流固耦合的方式仿真所述平均风顺风向下的桅杆响应，所述桅杆响应包括桅杆的等效应力和所述桅杆的位移。

【技术特征摘要】
1.一种顺风向流场中的桅杆响应仿真方法，其特征在于，所述方法包括：根据建立的桅杆模型以及预设的流场域参数，建立包含所述桅杆模型的流场域模型，并将所述流场域模型划分成多个网格；利用表征风速和网格高度的关系的幂指数函数，构造所述流场域模型中的平均风顺风向流场，所述平均风顺风向流场中的风速与网格高度的关系满足所述幂指数函数的分布；根据所述幂指数函数和所述流场域模型确定每个网格上的压强数据，并根据所述每个网格上的压强数据和所述桅杆模型的材料参数，利用流固耦合的方式仿真所述平均风顺风向下的桅杆响应，所述桅杆响应包括桅杆的等效应力和所述桅杆的位移。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用表征风速和网格高度的关系的幂指数函数，构造所述流场域模型中的平均风顺风向流场之前，所述方法还包括：获取标准高度z0以及所述标准高度处的平均风速v0；获取所述桅杆所在的地面粗糙度α；根据所述标准高度z0、所述标准高度处的平均风速v0以及所述桅杆所在的地面粗糙度α，确定所述幂指数函数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述幂指数函数为其中，所述v为所述流场域模型中任一网格高度处的平均风速，所述z为所述流场域模型中任一网格的网格高度。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述流场域模型划分成多个网格，包括：将所述流场域模型按照第一尺度划分成多个第一网格；将所述流场域模型中处于所述桅杆模型表面的多个第一网格再次以第二尺度划分成多个第二网格；所述第二尺度小于所述第一尺度...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海新，
申请(专利权)人：广州广电计量检测股份有限公司，广州广电计量检测上海有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44