非高斯風(fēng)荷載的數(shù)值模擬研究.pdf

1、在風(fēng)工程研究領(lǐng)域，通常假定風(fēng)荷載數(shù)據(jù)符合高斯分布，其理論基礎(chǔ)是中心極限定理。但是當(dāng)結(jié)構(gòu)局部區(qū)域風(fēng)壓信號(hào)有時(shí)不滿足中心極限定理的前提條件，風(fēng)壓呈現(xiàn)非高斯分布特性。與高斯分布相比，呈非高斯分布的風(fēng)壓信號(hào)出現(xiàn)強(qiáng)吸力的概率更大。這種瞬間、間隙性出現(xiàn)的強(qiáng)吸力，往往是導(dǎo)致局部屋面構(gòu)件破壞的主要原因，特別是對(duì)于大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的邊緣、屋面轉(zhuǎn)角區(qū)域。如果在處理這些非高斯風(fēng)荷載時(shí)，仍采用高斯模型描述，往往會(huì)產(chǎn)生較大誤差，因此，需要研究非高斯風(fēng)荷載的數(shù)值模擬方

2、法。
　　 目前，模擬非高斯隨機(jī)過(guò)程通常采用非線性變換法方法。鑒于模擬具有指定功率譜、偏度和峭度的非高斯隨機(jī)過(guò)程時(shí)，這種方法迭代過(guò)程復(fù)雜耗時(shí)，本文給出一種基于快速逆傅里葉變換（IFFT法）的非高斯風(fēng)壓數(shù)值模擬方法。該方法首先建立幅值譜模型與相位譜模型，再利用IFFT生成具有指定功率譜、偏度及峭度的信號(hào)時(shí)程。結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，結(jié)果表明該算法簡(jiǎn)便、快捷，是模擬非高斯信號(hào)的有效方法。
　　 由于三維空間結(jié)構(gòu)需考

3、慮風(fēng)壓相關(guān)性，因此本文也給出了相關(guān)非高斯風(fēng)壓場(chǎng)的模擬算法：根據(jù)目標(biāo)自譜、偏度、峭度及相干函數(shù)，首先利用IFFT法建立具有指定空間相關(guān)特性的高斯風(fēng)壓場(chǎng)，然后通過(guò)累計(jì)分布函數(shù)映射譜修正法（CDF-MAP法）對(duì)風(fēng)壓時(shí)程進(jìn)行修正，從而生成相關(guān)非高斯風(fēng)壓場(chǎng)。結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，本文通過(guò)算例驗(yàn)證了該算法的有效性。
　　 如何利用已知風(fēng)壓數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未知點(diǎn)的風(fēng)壓時(shí)程，提高有限元計(jì)算的荷載分辨率，也一直是學(xué)者們所關(guān)注的研究方向。本征正交分解法(P

4、OD法)法是目前國(guó)際上預(yù)測(cè)風(fēng)壓的主要方法。本文利用POD法預(yù)測(cè)風(fēng)壓時(shí)程，并分別采用反距離加權(quán)插值法與二次曲面插值法求解未知點(diǎn)的本征模態(tài)。結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)的效果進(jìn)行驗(yàn)證，指出二次曲面插值法的預(yù)測(cè)效果優(yōu)于反距離加權(quán)法。此外，本文還通過(guò)POD法分解原始風(fēng)壓場(chǎng)，并截?cái)喔唠A本征模態(tài)對(duì)風(fēng)壓場(chǎng)進(jìn)行重建，考查了屋蓋不同區(qū)域的風(fēng)壓重建效果。
　　 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：
　　 1．采用基于IFFT的數(shù)值模擬算法，分別建立幅值譜與相位譜