一、平均风
本软件支持两种平均风剖面变化规律
1)、指数律
计算公式为:
其中,V10为离地10米处的平均风速,a为与地面粗糙度有关的系数。
2)、对数律
计算公式为:
其中,Z0为地面粗糙长度,其余参数含义同上。
2、脉动风功率谱
本软件支持5种功率谱,分别为Davenport,Harris,Simiu,Panofsky、Lumley-Panofsky。其中Davenport、Harris、Simiu适用于水平横向风,Panofsky、Lumley-Panofsky适用于竖向风。
各功率谱的计算公式为:
1)、Davenport
其中,K为表面阻力系数,与地面粗糙度类型有关,n为脉动风频率,
2)、Harris
参数含义同上
3)、Simiu
为高度Vz处的平均风速,V*摩阻风速.
4)、Panofsky
5)、Lumley-Panofsky
3、脉动风空间相关性
空间上的任意两点脉动风的风速和风向不可能完全同步,甚至完全不相关的性质称为空间相关性。根据大量的实测和风洞试验结果得到:空间上两点的脉动风压同时达到最大值的概率有限,距离越远同时达到最大值的可能性越小。本软件的空间相关性采用了Davenport 提出的指数形式经验公式,如下所示:
对于三维空间,上面的公式可写成:
对于常见的结构而言,可采用互功率谱函数来描述零均值的高斯平稳随机过程的统计特性。任意两个计算点的脉动风速互功率谱密度函数可以表示为:
4、脉动风时程生成方法
模拟脉动风速时程的方法一般有两种:(1)谐波叠加法;(2)线性滤波法。线性滤波法具有计算量小且计算速度快的优点,但对于各项参数较难选定,而谐波叠加法相比线性滤波法计算速度较慢,但在其它方面均优于线性滤波法,故本软件选用谐波叠加法进行脉动风速时程模拟,并引入快速傅里叶变换(FFT)算法来减少模拟的计算量。
原理如下所示:
5、总风速时程
总风速时程=平均风+脉动风时程
6、风载时程计算
根据伯努利方程,风压计算如下:
其中v为高度z处的总风速,p为空气密度,考虑某个节点的投影面积A(z),注意若某些规范里面需要考虑一些影响,这里的Az应乘以对应的影响系数比如输电线模拟,故最终的风力计算公式如下:
考虑标准状态下的空气密度与重力加速度,最后换算得到的风载时程计算公式如下:
注意上述中,面积单位为m^2,风速为m/s,F单位为KN。
建议增加竖向脉动风速的生成
Panofsky、Lumley-Panofsky 两个功率谱可用于竖向脉动风~
建议增加Von Karman和karmail谱,增加紊流积分尺度、紊流度等参数设置
Von Karman好像需要实测的脉动风均方差,不宜直接生成;karmail谱和simiu谱类似,直接用simiu即可。