【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于结构风工程，具体的为一种大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法、系统和存储介质。
技术介绍
1、随着社会经济的发展和工程技术的进步，现代工程结构正向更长、更高、更轻的设计方向发展。这种趋势使得结构日益展现出刚度低、阻尼小的特征，从而导致现代结构对风荷载更加敏感。涡激振动，作为一种广泛出现的风致振动现象，已经在多个著名工程中出现，例如武汉鹦鹉洲长江大桥、广东虎门大桥、深圳赛格大厦等。这些涡激振动事件不仅影响了结构的正常功能，而且引起了社会的广泛关注。因此，对现代工程结构进行准确的涡激振动性能评估至关重要，这不仅确保了结构的稳定性和安全性，而且有助于预防社会恐慌现象的发生。
2、获取结构的涡激振动响应信息是准确评估其涡激振动性能的关键前提。目前主要采用的方法包括风洞实验、计算流体力学(cfd)以及模型预测法。相较于风洞实验和cfd，模型预测法具有更广泛的适用性、较低的实施难度以及成本效益。这使得模型预测法尤其适合于工程建设领域中快速且经济高效地获取结构的涡激振动响应信息。振子模型作为结构涡激振动响应预测的重要模型之一，不仅能够全面提供结构的振幅和风速区间等关键的涡激振动响应信息，其参数还具有显著的通用性。这一特性使得振子模型在预测不同类型结构的涡激振动响应时展现出广泛的适用性，增强了其在工程应用中的有效性和可靠性。
3、然而，现行的振子模型主要应用于小宽高比截面结构的涡激振动响应预测，而在大宽高比截面结构的应用较少，模型的适用性差、预测精度低。这主要是因为，随着结构截面宽高比的增加，结构周围的流场
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法、系统和存储介质，能够综合考虑主旋涡和尾涡脱落对结构涡激振动性能的影响，从而能够准确预测不同风速条件下大宽高比截面结构的涡激振动响应，并有效评估结构的抗振性能。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术首先提出了一种大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，包括如下步骤：
4、步骤一：获取目标结构的模型参数；
5、步骤二：基于目标结构的模型参数，考虑主旋涡和尾涡脱落对结构涡激振动性能的影响，构建振子模型运动控制方程；
6、步骤三：引入状态变量，得到降阶后的振子模型运动控制方程；
7、步骤四：采用数值方法求解降阶后的振子模型运动控制方程，得到目标结构的涡激振动响应。
8、进一步，所述步骤二中，振子模型运动控制方程为：
9、
10、
11、
12、
13、
14、
15、式中：
16、α(t)、分别为振子1摆动的角度、速度和加速度响应；
17、β(t)、分别为振子2摆动的角度、速度和加速度响应；
18、y(t)、分别为目标结构振动的位移、速度以及加速度响应；
19、分别为振子1和振子2的平均长度；ζ1、ζ2分别为振子1和振子2的阻尼比；fm,1、fm,2分别为振子1和振子2的马格努斯效应系数；ωv为振子1和振子2的固有频率；分别为尾涡脱落和主旋涡脱落产生的气动升力系数的幅值；
20、η为尾涡脱落对振子2摆动的影响系数；γ为主旋涡脱落对振子2摆动的影响系数；
21、ms、ζs、ωs分别为结构的质量、阻尼比和固有频率；d、l为结构横风向和跨度方向的尺寸；st为结构的斯特罗哈数；
22、ρ、u分别为空气的密度和流速；t为时间项。
23、进一步，在振子模型中引入无量纲时间、无量纲风速和无量纲位移，得到目标结构的无量纲振子模型运动控制方程：
24、
25、
26、
27、τ＝ωst
28、
29、
30、式中：
31、上标“′”和上标“″”分别为变量对无量纲时间的一阶导数和二阶导数；
32、τ、ur、y(τ)分别为无量纲时间、无量纲风速和无量纲位移。
33、进一步，所述步骤三中，降阶后的振子模型运动控制方程为：
34、x＝{x1 x2 x3 x4 x5 x6}τ＝{α α' β β' y y'}τ
35、xi'＝fi(x,τ)(i＝1,2,…,6)
36、
37、式中：
38、x为状态变量矩阵；xi为第i个状态变量，i＝1,2,...,6；
39、p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8、p9、p10、p11、p12分别为振子模型一阶无量纲控制方程的模型参数。
40、进一步，采用runge-kutta法对降阶后的振子模型运动控制方程进行数值求解，得到结构在不同风速条件下的涡激振动响应。
41、进一步，runge-kutta法的求解公式为：
42、
43、
44、式中：
45、τn、δτ分为无量纲的时刻和无量纲时间的增量；
46、和分别为响应在无量纲时间增量段的起点斜率、中点斜率、修正的中点斜率和终点斜率。
47、本专利技术还提出了一种大宽高比截面结构涡激振动响应求解系统，包括处理器和存储器，所述存储器内存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现如上所述的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法的步骤。
48、本专利技术还提出了一种存储介质，其内存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行以实现如上所述的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法的步骤。
49、本专利技术的有益效果在于：
50、本专利技术的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，针对具有大宽高比截面的结构，独特地考虑了主旋涡和尾涡脱落对结构涡激振动响应的双重影响，能够显著提高大宽高比截面结构涡激振动响应的计算精准度，相较于现有技术，表现出显著的优越性；实验证明，结构涡激振动无量纲振幅与风洞实验结果高度一致，从而验证了求解结果的准确性。此外，本专利技术还能够准确预测在不同阻尼比条件下结构的涡激振动无量纲振幅，进一步证明了本专利技术的广泛适用性。
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1.一种大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，其特征在于：所述步骤二中，振子模型运动控制方程为：
3.根据权利要求2所述的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，其特征在于：在振子模型中引入无量纲时间、无量纲风速和无量纲位移，得到目标结构的无量纲振子模型运动控制方程：
4.根据权利要求3所述的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，其特征在于：所述步骤三中，降阶后的振子模型运动控制方程为：
5.根据权利要求4所述的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，其特征在于：采用Runge-Kutta法对降阶后的振子模型运动控制方程进行数值求解，得到结构在不同风速条件下的涡激振动响应。
6.根据权利要求5所述的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，其特征在于：Runge-Kutta法的求解公式为：
7.一种大宽高比截面结构涡激振动响应求解系统，其特征在于：包括处理器和存储器，所述存储器内存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行
8.一种存储介质，其特征在于：其内存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1-6任一项所述的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，其特征在于：所述步骤二中，振子模型运动控制方程为：
3.根据权利要求2所述的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，其特征在于：在振子模型中引入无量纲时间、无量纲风速和无量纲位移，得到目标结构的无量纲振子模型运动控制方程：
4.根据权利要求3所述的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，其特征在于：所述步骤三中，降阶后的振子模型运动控制方程为：
5.根据权利要求4所述的大宽高比截面结构涡激振动响应求解方法，其特征在于：采用runge-kutta...
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