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caarc高层建筑标模动态测力研究

南京航空航天大学学报 2002年第3期34卷 289-292页

作者：张召明李京伯南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

caarc高层建筑标模的动态测力试验在南京航空航天大学 NH-2低速风洞中进行。在均匀流场中以及模拟大气边界层中分别测量了模型的动态气动力和力矩的平均值、均方根值、峰值。试验目的是为检测 NH-2风洞的大气层边界模拟技术 ,动态天平... 详细信息

caarc高层建筑标模的动态测力试验在南京航空航天大学 NH-2低速风洞中进行。在均匀流场中以及模拟大气边界层中分别测量了模型的动态气动力和力矩的平均值、均方根值、峰值。试验目的是为检测 NH-2风洞的大气层边界模拟技术 ,动态天平、测试仪器以及动态数据采集和处理系统。试验结果表明 ,caarc标模的所有动态气动特性在 NH-2中的测量值与国外资料中报导的结果符合得较好。因此 ,NH-2风洞的大气边界层模拟技术 ,动态天平。

关键词： caarc 动态测力研究高层建筑风洞试验大气边界层模拟建筑物模型

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基于分离涡方法的超高层建筑风荷载研究

建筑科学 2019年第7期35卷 90-96页

作者：卢春玲刘宇杰桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541004 广西岩土力学与工程重点试验室广西桂林541004 桂林理工大学广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心广西桂林541004

本文以caarc标准高层建筑模型作为研究对象,采用standard k-ε、RNG、Realizable、大涡模拟及分离涡模型,由新的湍流脉动流场产生方法DSRFG模拟风场的湍流边界条件,在定常与非定常风场下分别计算分析建筑周围的风压分布规律,探讨了不同... 详细信息

本文以caarc标准高层建筑模型作为研究对象,采用standard k-ε、RNG、Realizable、大涡模拟及分离涡模型,由新的湍流脉动流场产生方法DSRFG模拟风场的湍流边界条件,在定常与非定常风场下分别计算分析建筑周围的风压分布规律,探讨了不同湍流模型对超高层建筑风场及风压分布的影响。将模拟计算结果与风洞试验数据进行对比,验证了计算结果的可靠性。结果表明:RANS模型能够模拟出结构周围流场的一般特性,但对流场的湍流特性模拟效果不佳。大涡模拟模型与分离涡模型能够较好地模拟出流场的湍流分布及结构背风处涡旋的分离脱落情况。在脉动风压系数的分布中,分离涡模型相比大涡模拟模型计算精度更高。

关键词：分离涡风荷载数值模拟 caarc

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表面粗糙度对超高层建筑风荷载效应的影响

表面粗糙度对超高层建筑风荷载效应的影响

作者：刘惠敏长沙理工大学

学位级别：硕士

超高层建筑作为一个国家城市经济繁荣的象征,在不断突破建筑高度的同时,也在向着轻材质、低阻抗和高柔度的方向发展。这也导致超高层建筑对风的敏感度提高,风荷载成为了研究超高层建筑的一项重要参数。而现代高层建筑的外表面通常会带... 详细信息

超高层建筑作为一个国家城市经济繁荣的象征,在不断突破建筑高度的同时,也在向着轻材质、低阻抗和高柔度的方向发展。这也导致超高层建筑对风的敏感度提高,风荷载成为了研究超高层建筑的一项重要参数。而现代高层建筑的外表面通常会带有装饰性的设计或者设置凹凸造型的结构部件,建筑的截面成为具有一定粗糙性质的截面,从而改变了建筑表面的气动效应。但基于以往研究的假设条件下的高层建筑和目前建筑发展的情况并不相符,其研究结论并不完全适用于现代建筑。因此,有必要对表面带有粗糙性质的现代高层建筑进行系统的分析与讨论。本文对6种不同粗糙表面(包含光滑模型在内)的模型开展了刚性模型风洞试验,研究了表面不同粗糙度对风荷载特性的影响,主要包括以下内容:(1)基于测压试验,研究了不同粗糙度表面的高层建筑表面风压特性。首先,分析了各粗糙模型在B、D风场下,各立面的平均风压系数和脉动风压系数的分布情况,也针对典型测点层的风压系数随风向角的变化情况进行了研究,结果表明,表面粗糙度对高层建筑的平均风压影响较小,对脉动风压影响较大,水平粗糙模型的脉动风压减小的最为明显,而且风场的特性湍流对表面粗糙度建筑的风压系数影响较大。其次,从时域和频域的角度分别分析了各粗糙模型脉动风压的相关性和相干性,并参考Davenport提出的脉动风速的相干函数,对水平和竖向相干函数的平方根进行最小二乘拟合,同时还对脉动风压功率谱特性进行了研究。(2)针对表面粗糙度对超高层建筑风荷载的影响进行了研究。其中,探讨了各粗糙模型基底力矩系数随风向角的变化情况,同时得出了各风向的最不利风向角:顺风向为0°,横风向为15°,扭转向为75°。然后对各粗糙模型的层三分力系数也进行了分析,结果发现竖向粗糙模型的层三分力系数相比光滑模型有增大的趋势,而水平粗糙模型相对减小,砂纸模型变化不明显。最后,对各粗糙模型最不利风向角下的风荷载功率谱密度函数进行了分析。

关键词：风荷载超高层建筑 caarc 功率谱三分力平均风压系数

基于傅里叶合成法的大气边界层脉动风场大涡模拟

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基于傅里叶合成法的大气边界层脉动风场大涡模拟

作者：陈铃伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着现代建筑往高耸和大跨的方向发展,建筑的风敏感性越来越受到重视。快速发展的计算风工程为建筑绕流分析提供了有效手段,其中大涡模拟方法是目前研究的热点。在大涡模拟中,生成入口边界脉动来流是真实模拟建筑周围风场的先决条件。... 详细信息

随着现代建筑往高耸和大跨的方向发展,建筑的风敏感性越来越受到重视。快速发展的计算风工程为建筑绕流分析提供了有效手段,其中大涡模拟方法是目前研究的热点。在大涡模拟中,生成入口边界脉动来流是真实模拟建筑周围风场的先决条件。目前傅里叶合成法因其使用方便且计算快速等优点已被广泛使用,但仍然存在无法严格满足所有目标湍流特性等问题。为研究傅里叶合成法公式中各参数与实现目标湍流特性之间的内在机理,本文明确了目标湍流特性易混淆的基本概念及各目标湍流特性的适用范围,并针对基于Kraichnan等提出的方法改进得到的四种傅里叶合成法的基本公式,从脉动风速均值、均方值、风速谱、时间相关性、空间相关性及随机性六个方面进行相关参数理论研究,分析了各个方法实现目标湍流特性的准确程度并指出各方法在应用过程中的一些注意事项。研究结果表明分析的四种傅里叶合成法均未考虑实现目标积分尺度,且只能通过试算的方式使生成的脉动风场的空间相关性与目标值近似,计算量较大。针对目前傅里叶合成法的不足,提出了一种改进的入流湍流生成技术CIRFG(Correlation Improved Random Flow Generation)方法。通过分析比较目标湍流统计特性的特点及适用性,确定了改进的方法拟满足的目标湍流特性。依据傅里叶合成法相关参数与实现目标湍流特性之间的内在机理,理论推导了改进的方法能够严格满足积分尺度和任意顺风向脉动分量的横向空间相关系数。并通过生成入口边界的脉动风场,验证了改进方法的理论推导的准确性,且与CDRFG(Consistent Discrete Random Inflow Generation)和NSRFG(Narrow Spand Random Flow Generator)方法进行对比分析,验证了改进方法能够满足更多的目标湍流特性且具有更高的计算效率。运用改进的方法生成的脉动风场作为大涡模拟入口边界条件,对caarc(Commonwealth Advisory Aeronautical Research Council)标准模型进行数值风洞模拟,并与风洞实验结果进行对比分析,验证了改进方法具有准确性和适用性。同时与CDRFG和NSRFG两方法进行比较分析,验证了改进方法具有模拟精度更高的优势。

关键词：傅里叶合成法脉动风场湍流统计特性 caarc 大涡模拟

高层建筑位移与层间位移角多目标等效静风荷载

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高层建筑位移与层间位移角多目标等效静风荷载

作者：梁衍铭哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

高层建筑及超高层建筑随着科学技术的进步和发展在各地不断涌现,该类建筑不仅提高了城市土地利用率,而且彰显出城市的现代化水平。随着建筑高度的增加,使得结构变得越来越柔,结构阻尼比较小,风荷载卓越频率与结构固有频率两者靠近,因此... 详细信息

高层建筑及超高层建筑随着科学技术的进步和发展在各地不断涌现,该类建筑不仅提高了城市土地利用率,而且彰显出城市的现代化水平。随着建筑高度的增加,使得结构变得越来越柔,结构阻尼比较小,风荷载卓越频率与结构固有频率两者靠近,因此这类建筑对风荷载作用敏感,脉动风荷载作用显著,所以对超高层建筑结构抗风的研究越发具有意义。除了位移响应外,高层结构的层间位移角响应同样是考量结构安全性、舒适性及经济性的重要指标。而现存的等效静力风荷载多侧重关注位移响应,而在复杂的超高层建筑结构中,可能出现竖向刚度不均匀的情况,即可能出现等效静力风荷载计算得到的位移响应能有效反映实际情况,而忽略了层间位移角响应的准确性。为研究超高层建筑物风荷载作用,本文基于刚性模型同步测压试验,对caarc(Commonwealth Advisory Aeronautical Research Council)标准模型表面风压系数随风向角、水平位置及竖向高度变化的分布规律,及测压点之间的相关性展开了建筑物表面风压分布特性研究,验证了风洞试验数据的正确性。为研究不同风致振动分析方法的优劣,利用上述获得的风洞试验风压时程数据对时域与频域分析方法,以及CQC法、SRSS法、HEM法等不同的频域分析方法的优劣性进行了对比,并推导了频域内层间位移角响应计算公式,通过算例验证该计算方法的正确性。针对前述问题,讨论了传统的以位移响应为等效目标与以层间位移角响应为等效目标的等效静风荷载的等效效果及计算准确性。结果表明,以位移为等效目标的等效静风荷载,未能对层间位移角响应准确等效。对此,本文提出一种基于位移与层间位移角响应的多目标等效方法,并通过算例对其等效效果及计算准确性进行验证。本文研究对以风洞试验数据为基础的结构风振响应分析及等效静风荷载计算提供了一定指导意义。

关键词： caarc 风洞试验风振响应等效静力风荷载

深度学习超分辨率重构方法在典型建筑风场重构中的应用

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深度学习超分辨率重构方法在典型建筑风场重构中的应用

作者：梁仍康西南科技大学

学位级别：硕士

精细化高分辨率的建筑流场数据能为结构设计、辅助计算和安全布局等提供技术性指导。传统的高分辨率流场数据主要通过基于插值方法和基于重建方法获得,但存在细微的纹理信息不准确、有锯齿状和先验信息不足等缺点。基于机器学习的超分... 详细信息

精细化高分辨率的建筑流场数据能为结构设计、辅助计算和安全布局等提供技术性指导。传统的高分辨率流场数据主要通过基于插值方法和基于重建方法获得,但存在细微的纹理信息不准确、有锯齿状和先验信息不足等缺点。基于机器学习的超分辨率重构方法是近年来发展的一种有效的图像精细化方法,已在安防监控、医学影像和遥感影像等各个领域被广泛应用。然而调研发现,针对建筑的复杂风场的超分辨率重构尚未有系统的研究。基于此,本文构建了对严重欠分辨率流场数据进行超分辨率重构的深度学习(Deep Learning,DL)模型。模型以卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)为基础,并结合了混合下采样跳跃连接/多尺度(Multi-scale CNN)模型。将构建的超分辨率重构模型应用于典型建筑风场的低分辨率风场,探究基于深度学习的超分辨率重构方法在建筑内外风场重构中的有效性。具体开展了以下工作:一、开展了caarc(Common Wealth Advisory Aeronautical Research Council)标准建筑模型绕流流场的超分辨率重构。基于大涡模拟方法对caarc标准建筑模型绕流流场开展数值模拟,分析了建筑绕流流场的分布特性,构建了建筑表面风压场和速度场的数据集。将构建的超分辨率重构模型应用于caarc标准建筑模型表面风压场和建筑绕流速度场的重构,对比不同方法重构风压场和速度场在不同欠分辨率流场的重构能力。结果显示该深度学习模型重构高分辨率外流场具有良好的精度,重构效果优于原始的卷积神经网络模型和传统的双三次插值方法。在风压场重构方面,Multi-scale CNN模型比双三次插值方法最大减少54.68%的相对误差。由于方法的普适性,该方法可推广应用到具有复杂湍流流动的建筑结构绕流风场的超分辨率重构。二、开展了用氢厂房内高压管道氢气泄漏流场的超分辨率重构。基于Realizable k-ε湍流模型和组分运输模型对用氢厂房内高压管道氢气泄漏流场开展了数值模拟,分析了不同泄漏质量流量的流场速度大小和氢气泄漏分布特性,构建了氢气摩尔分数场和速度场的数据集。基于Multi-Scale CNN模型,开展了用氢厂房内流场超分辨率重构,对比不同方法重构纵截面和3个横截面的氢气摩尔分数场和速度场在不同欠分辨率流场的重构效果。采用了相对误差和相干性分析方法来全面评价深度学习模型的优劣。结果显示,除了速度场中横截面3的Multi-scale CNN模型重构误差高于CNN模型外,其他截面的Multi-scale CNN模型重构精度都有提升。在氢气摩尔分数场和速度场重构方面,Multi-scale CNN模型比双三次插值方法分别最大减少89.01%和89.92%的相对误差。

关键词：深度学习超分辨率重构卷积神经网络 caarc 氢气泄漏