国家自然科学基金(51108345)
- 作品数：25 被引量：38H指数：4
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- 相关机构：辽宁工程技术大学桂林理工大学同济大学更多>>
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- 相关领域：建筑科学天文地球动力工程及工程热物理机械工程更多>>
- 分块降阶模型及其在风与膜结构流固耦合计算中的应用被引量：1
- 2015年
- 提出一种分块降阶模型,将流固耦合体系看成由力模型和结构动力模型构成,力模型中作用于结构上的力由力幅和频率信号构成,考虑膜结构的非线性,对模型进行了非线性校正。校正时采用本征正交分解方法,对每一个模态利用其时间系数进行比例调整;最后将力模型输出结果输入到结构动力模型中,计算得到膜结构的风振响应。将降阶模型应用于风与膜结构的流固耦合分析中,计算得到膜结构风压系数、风振响应等参数,并与全阶模型进行了对比。结果表明,降阶模型可以准确预测膜结构的风致响应和风压系数,且计算效率大大提高。
- 孙芳锦梁爽
- 关键词：风荷载膜结构流固耦合
- 风力机叶片流固耦合计算的降阶模型研究被引量：4
- 2021年
- 针对风力机叶片流固耦合计算复杂,耗时量大的局限性,建立了一种风力机叶片的弱耦合计算降阶模型。采用本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)方法建立流固耦合计算中空气流体方程的降阶模型,利用POD方法将流体控制方程的速度和压力等未知量进行基模态分解并用一小部分空间模态表示,对流体方程进行时间离散,在既有缩减空间上采用Galerkin投影方法获得流体控制方程的最小残差投影,构造流体方程的最小残差降阶模型。再将流体降阶模型与风力机叶片进行流固耦合计算。将该降阶模型应用于经典NREL V风力机叶片的流固耦合计算中,对比了该降阶模型和经典Galerkin法的时间离散系数;计算得到了风力机叶片的受力和变形变化特征,并与CFD结果进行了对比,结果表明了该降阶模型的正确性和有效性。最后对比了该降阶模型和全阶模型的计算效率,结果表明降阶模型的计算效率有较大幅度提高,节约了大量机时。提出的降阶模型是正确有效的,达到了准确高效进行风力机叶片流固耦合计算的目的。
- 孙芳锦祝东涵张大明
- 关键词：风力机叶片本征正交分解降阶模型
- 大跨度悬挑屋盖风驱雨压分布特性的数值模拟研究被引量：2
- 2017年
- 目前大跨度悬挑屋盖设计通常忽略结构的风驱雨压,而风驱雨压是造成该类结构破坏的重要原因之一,为此研究大跨度悬挑结构表面风驱雨压的分布规律.为克服欧拉-拉格朗日多相流模型只能得到物理层面相对值的缺点,采用欧拉-欧拉多相流模型,研究风速、雨强变化条件下,悬挑屋盖表面风驱雨平均压力分布规律,并与单独风荷载作用时的风压分布进行了对比;计算了风驱雨条件下屋盖上下表面的极限体型系数.总结分析了大跨度悬挑屋盖表面风驱雨压分布特征和规律.研究结果表明:悬挑屋盖的风驱雨压较单独风作用时增幅明显,压力增大1.1-2.18倍;极限暴雨雨强工况下较中度暴雨工况下压力增大1.07-1.24倍.因此建议在进行大跨度悬挑屋盖设计时应考虑风驱雨效应,适当增大安全指数.
- 孙芳锦吕艳卓冯旭
- 考虑流固耦合作用的大跨度桥梁风振响应研究被引量：3
- 2015年
- 为更准确研究大跨度桥梁的风致振动特性,为设计提供更可靠的方法,对考虑流固耦合作用的大跨度桥梁风振响应进行了研究。介绍了一种流固耦合分析的强耦合方法,同时求解流体控制方程和结构控制方程,计算出全场变量值。给出了与求解方法相应的湍流模型和边界条件。对大跨度悬索桥进行了风振响应分析和颤振分析,与已有文献进行了结果对比。研究表明:发生颤振时,考虑流固耦合作用时桥梁的颤振临界风速要小于不考虑流固耦合作用时的情况,其风振响应要大于不考虑耦合作用的风振响应,说明在气动弹失稳的情况下,流固耦合作用加深了结构的不稳定性。结果表明流固耦合效应对于大跨度悬索桥风振响应有重要影响,强耦合计算方法可以较准确地预测其风致振动特性。
- 孙芳锦梁爽
- 关键词：桥梁工程大跨度悬索桥风振响应
- 物质点法在风与膜结构耦合作用中的应用研究
- 2015年
- 为克服常用数值方法在风与膜结构的耦合计算中网格易畸变、耗费机时大的缺点,提出采用物质点法计算风与膜结构的耦合作用。结构域采用物质点法描述,流体域采用浸入边界法描述。结构对流体的作用通过对结构最边缘的网格节点施加边界条件来实现,流体对结构的作用通过在结构表面施加压力和剪力实现。分别给出了结构域、流体域和流固耦合计算的求解步骤。将该算法应用于二维膜结构的耦合计算,得到了结构响应和流体压力场等结果,与采用有限元法计算结果进行了对比,结果符合良好;同时与有限元法对比了计算效率,结果表明物质点法计算效率要高于有限元法。结果表明物质点法计算风与膜结构的流固耦合作用中可以得到准确的结果,且计算效率得到较大提升。
- 孙芳锦梁爽张大明
- 关键词：膜结构流固耦合
- 基于模态转换的降阶模型在风与膜结构耦合分析的应用研究被引量：2
- 2015年
- 传统的不变流行降阶技术通过增加状态空间的方式将外荷载看成是附加状态,这种方法只适用于非线性较弱的结构。考虑到膜结构的较强非线性的特点,本文基于中心流形理论,通过模态转换的方式对风和膜结构形成的耦合体系进行降阶处理,将膜结构的模态分为主模态和次模态,将膜结构的风振状态表示为主模态的非线性函数,并将次模态表达为主模态的随时间变化的非线性函数,这里的不变流形依赖于主模态和风荷载,最后通过扩展不变流形方程获得体系的降阶模型。将该降阶模型用于计算膜结构的风振耦合响应,得到了膜结构风压系数、风振响应和功率谱等重要参数,结果与全阶模型计算结果符合良好。同时对比了本文降阶模型的计算效率,由此可见本文降阶模型耗费机时比全阶模型平均减少约55%,耦合迭代次数比全阶模型平均减少约60%。由此可见,基于模态转换的降阶模型适用于膜结构的风振耦合分析,且具有较高的准确性和计算效率。
- 孙芳锦余磊张大明
- 关键词：降阶模型模态转换膜结构风致振动流固耦合
- 大型风力机变桨角度对尾流特性影响的研究被引量：1
- 2022年
- 以往很少有学者研究大型风力机变桨条件下的尾流,而变桨角度对于大型风力机的尾流特性影响重大。选用美国可再生能源实验室(NREL)大型海上5 MW风力机作为研究对象。根据风力机机械相似准则,将风力机缩小为原尺寸的1/10,基于粘性k-ω风力机的尾流影响的距离越远,所有工况的尾流均在4D左右就开始明显变弱,并且在风力机旋转域周围的风速变化均较剧烈,旋转域后3D内尾流较为对称;背风面速度云图中有着较为清晰的叶轮轮廓,可能是因为旋转域中风力机叶片背风面的边界层的厚度较大,从而使得此处风速降低;受到变桨的作用,外流域尾流气压气流出现偏转现象,距离风力机越远空气流速差也越来越小。
- 孙芳锦贺伟盼邓富河卢琛张大明
- 关键词：大型风力机
- 大跨度屋盖风振控制的遗传算法研究被引量：1
- 2012年
- 对大跨度屋盖的遗传算法风振控制进行了研究,提出了一种采用主动调谐质量阻尼器(ATMD)进行风振控制的方法.首先介绍了风振控制理论,然后提出了大跨度屋盖风振控制的遗传算法,将位移和加速度响应均方差作为了控制效率的评价标准,并给出了该方法的实施步骤.最后将该方法应用于一大跨度平屋盖的风振控制,计算了屋盖上典型测点的位移和加速度均方差值,并与采用其他控制方法的计算结果进行了比较.结果发现笔者提出的遗传算法控制器准确高效,其中位移和加速度均方差分别平均减少了53.8%和44.6%,结构竖向位移峰值平均减少65.7%,加速度峰值平均减少56.2%,有效地控制了屋盖结构的风振响应.结果证明遗传算法可以准确预测相关参数,进而有效地控制大跨度屋盖风振响应,为工程实践提供了相应参考.
- 孙文彬孙芳锦
- 关键词：大跨度屋盖风振控制遗传算法
- 结合非高斯随机分布的粒子群优化算法在风力机叶片优化设计中的应用被引量：1
- 2015年
- 为克服传统粒子群优化算法易陷入局部解的缺点,提出一种结合非高斯随机分布的粒子群优化算法,对风力机叶片进行优化设计。在更新速度前对每一个粒子进行限制检验,寻找全局最优解。对某1.3 MW风力机叶片进行优化设计,优化结果与原始叶片、传统粒子群优化算法结果进行比较。和原始叶片输出功率相比,采用结合非高斯随机分布的粒子群算法,叶片的年输出功率增加了5.3%,计算耗时为传统粒子群优化算法的65%。与传统粒子群优化算法相比,结合非高斯随机分布的粒子群算法的计算残差随时间步长的增加而迅速减小,说明计算效率提高,保证了全局最优解。结合非高斯随机分布的粒子群优化算法是风力机叶片优化设计的高效稳定方法。
- 孙芳锦梁爽
- 关键词：风力机叶片优化设计粒子群优化算法
- 基于回归神经网络的大跨度结构风压场预测被引量：1
- 2014年
- 为提高计算效率并降低存储耗时,提出一种局部回归神经网络方法用来预测大跨度结构风压场。将原有整体优化问题分解为神经元层的子问题进行处理,基于在线学习方法中的递归预报误差法对局部回归神经网络进行训练。首先给出了整体递归预报误差算法,对所有可调权进行同步处理,然后将整体优化问题分解为子问题推导出局部回归神经网络,在更新递归过程中使用二阶信息。将该方法应用于大跨度屋盖的风压预测中,并将计算结果与传统神经网络计算结果进行了比较。结果表明,本文方法的计算误差小,收敛速度快,达到了提高计算效率和降低存储耗时的目的。提出的局部回归神经网络方法为大跨度结构风压场的预测提供了准确高效的方法。
- 孙芳锦梁爽张大明
- 关键词：回归神经网络大跨度结构
