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)壓信號有時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)壓信號出現(xiàn)強吸力的概率更大。這種瞬間、間隙性出現(xiàn)的強吸力，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，仍采用高斯模型描述，往往會產(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，模擬非高斯隨機過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過程時，這種方法迭代過程復(fù)雜耗時，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、偏度及峭度的信號時程。結(jié)合風(fēng)洞試驗實測數(shù)據(jù)進行實例驗證，結(jié)果表明該算法簡便、快捷，是模擬非高斯信號的有效方法。
　　 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，然后通過累計分布函數(shù)映射譜修正法（CDF-MAP法）對風(fēng)壓時程進行修正，從而生成相關(guān)非高斯風(fēng)壓場。結(jié)合風(fēng)洞試驗實測數(shù)據(jù)，本文通過算例驗證了該算法的有效性。
　　 如何利用已知風(fēng)壓數(shù)據(jù)預(yù)測未知點的風(fēng)壓時程，提高有限元計算的荷載分辨率，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)法是目前國際上預(yù)測風(fēng)壓的主要方法。本文利用POD法預(yù)測風(fēng)壓時程，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的本征模態(tài)。結(jié)合風(fēng)洞試驗實測數(shù)據(jù)對預(yù)測的效果進行驗證，指出二次曲面插值法的預(yù)測效果優(yōu)于反距離加權(quán)法。此外，本文還通過POD法分解原始風(fēng)壓場，并截斷高階本征模態(tài)對風(fēng)壓場進行重建，考查了屋蓋不同區(qū)域的風(fēng)壓重建效果。
　　 本文主要創(chuàng)新點：
　　 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