風速時程的分形特征研究.pdf

1、近年來，為滿足人們的生產(chǎn)生活需要，土木工程結(jié)構(gòu)日益向大型化、復(fù)雜化的趨勢發(fā)展，從而對結(jié)構(gòu)本身也提出了更輕、更柔的要求，結(jié)構(gòu)對風荷載的敏感性也有所增加。對復(fù)雜結(jié)構(gòu)在風荷載作用下的響應(yīng)研究也越來越受到研究者的重視。由于生成機理、傳播路徑等因素的不可控制性，導(dǎo)致脈動風速具有明顯的隨機性。從時域角度出發(fā)，對結(jié)構(gòu)進行隨機非線性分析具有極大的理論價值和實用意義。在這樣一個分析過程中，風速時程的數(shù)值模擬是很有意義的研究課題。 分形分析可以對不

2、規(guī)則的幾何體及混沌現(xiàn)象進行定性或定量的分析，隨著分形理論的研究發(fā)展，完全展開式紊亂和流體流動一類無序現(xiàn)象的分形特征分析課題也成為了科學界的研究熱點。1983年，Mandelbrot首先將分形應(yīng)用于湍流分析。此后眾多國內(nèi)外科學家進行了類似課題的研究。目前對于湍流分形特征的研究主要集中在對不同尺度下的運動或漩渦中能量的分布，以及對大小漩渦中能量傳遞等問題的定性分析。本文的研究目的是將分形理論引入風速時程特性的研究中，通過證實風速分形特征的存

3、在，實現(xiàn)從分形相似到分形重構(gòu)。 本文首先通過對實測風速時程的R/S分析來說明風時程的分形特征。然后討論了基于Matlab、C++平臺的風速時間序列的盒維數(shù)及關(guān)聯(lián)維數(shù)的計算。采用中國大陸地區(qū)421個氣象站點歷時52年的風速觀測資料，分析了風速的分形維數(shù)與時間尺度之間的變化關(guān)系，并在統(tǒng)計意義下提出了一個分形維數(shù)—尺度關(guān)系式，從中挖掘風速的分形自仿射性。同時本文利用Weierstrass-Mandelbrot函數(shù)重構(gòu)脈動風速時程曲線，