空间结构三维风时程模拟及其小波分析

基于谐波叠加法和快速傅里叶变换提出改进方法,用于大跨空间结构的三维相关风速时程模拟。风速功率谱被分解为频率谱函数和相干函数;研究表明在空间三个方向上模拟风速功率谱皆收敛于目标风谱。小波分析在时域和频域上同时具有良好局部化特性。使用小波技术对模拟的风速时程进行时频分析,利用离散小波变换分解和重构风速时程,用小波系数描述风速信号特性。采用最大熵值法减少风速时程分析在时频域上的信息损失并提高效率。计算显示,改进方法速度快、精度高,弥补了传统手段模拟空间结构三维风速时程耗时冗长、精度低的缺陷,小波分析在风速时程分析中具有理想的可靠性和保真性。     

基于ARMA模型和时空kriging插值联合模拟大跨结构的脉动风速时程

采用ARMA模型模拟具有时间和空间相关性的大跨结构的随机风速时程。并对Whittle递推算法进行了改进,求解出自回归系数和滑动回归系数矩阵。利用MATLAB软件编制了模拟大跨桥梁的风速时程模拟程序,运行结果表明: 改进的方法计算效率高,模拟精度符合要求。然后又利用时空Kriging插值法对控制点区域内节点的脉动风速时程进行模拟,其模拟精度较好且求解过程快,可用于大跨空间结构、超高层建筑等含有大量节点的结构风场模拟。     

湍流边界层中三维山丘地形风场大涡模拟

利用谐波合成法生成粗网格的脉动风速时程,通过双线性插值得到入口节点时程数据,考虑时程互相关性对时程进行修正得到大涡模拟湍流入口。采用谱元法对两种不同坡度的三维山丘地形进行大涡数值模拟,将结果与风洞试验及有限体积法数值模拟进行对比。结果表明:大涡模拟能较准确地预测山丘地形的风场及湍流特性;与有限体积法相比,谱元法的计算效率更高,在复杂山地地形的风场预测上有较好的应用前景。     

小波分析在空间随机风场模拟中的应用

采用小波分析的方法对具有空间相关性的随机风场进行模拟.在模拟过程中,首先依据小波的多分辨率特性及小波重构算法生成一系列不相关的一维风速时程样本,其中尝试采用ARMA(自回归滑动平均)法产生每一尺度小波系数并推导了相应的计算公式.然后依据风场的空间相关特性,修正已生成的不具有相关性的随机场样本,最终合成具有指定相关特性的空间风场,并通过算例验证了这种方法的有效性.     

基于小波变换的高层建筑脉动风速模拟与实测研究

对某200m高的超高层建筑顶层实测风速及用传统的谐波叠加法得到的模拟风速分别进行了静态离散小波变换,通过对小波系数的概率密度、峭度及偏度分析,证明了传统模拟方法不能反映湍流的间歇性及局部自相似性。基于小波能量与目标风速谱的关系,利用实测风速及对数泊松模型,建立了基于静态离散小波变换的脉动风速时程模拟方法。实例模拟表明,该方法避免了传统离散小波重构所需要的上采样,且模拟数据符合统计检验,从而验证了方法的简便性和有效性。     

基于小波变换和EMD提取非平稳风速中的时变均值

依据Gramer定理,非平稳风速可以分解为确定性的时变平均风速和零均值平稳随机脉动风速的叠加.时变平均风速刻画了风速时程的非平稳特征,其准确提取将使得非平稳风速的分析变得较为容易.提出利用单尺度小波能量的突变确定时变均值分解的准确层次,利用该层次近似系数的离散正交小波逆变换可得到准确的时变均值.分析结果表明,利用该方法提取的时变平均风速比EMD方法更为准确可靠.     

基于AR算法的小波技术在随机场模拟中的应用

采用线性滤波器法中的AR法模拟生成了地震动场和风场的时程信号。由于AR算法具有很高的计算效率,但模拟精度却不理想,故引入小波分析中的小波分解方法和小波包分解方法对AR算法模拟的信号进行调整,并对这两种方法改进的效果进行对比。算例分析表明由改进的AR法得到的样本信号频谱与目标谱吻合良好,且发现小波包分解方法调整信号具有比小波分解方法更好的精度。     

基于混合编码和IWT的医学图像近无损压缩

本文对医学图像先采用DPCM预测变换后,再选择IWT(整数小波变换)对其进行分解,对分解后的低频和高频子带分别作无损Huffman编码和有损矢量量化.根据小波分解后系数的分布特征,能量大部分集中在低频部分,对低频进行无损熵编码,对高频采用量化处理,去除人眼不敏感的冗余信息.最后利用处理过的低频和高频系数进行重构获得压缩后的图像.并与传统的离散小波变换压缩编码,JPEG和JPEG2000进行比较,实验结果表明,利用该方法能得到较高的压缩比和较好的压缩效果.     

超高层建筑实测风压相干性的小波分析

在结构的顺风向动力响应计算中,高层建筑上任意两点风压的空间相关性信息是必需的。风压全尺度实测是分析建筑物风压相干性的必要途径,而小波变换为非平稳风压间的相干性分析提供了有力的工具。为了获得超高层建筑风压的相干性信息,针对一超高层建筑进行了强风下的风压现场实测,基于小波变换分别进行了风压间小波相干和考虑伪相干的小波相干分析,对各测点之间风压的相关性与依据经验公式计算的风速相关性进行了比较。比较结果表明,在低频区域,任意两点脉动风速的相干性高于脉动风压的相干性;反之亦然。     

水下爆炸作用下船体结构应变信号修正方法

提出了用小波变换对水下爆炸作用下船体结构应变信号进行畸变和漂移修正的方法,采用db8小波函数对原始信号,进行6层分解,对分解出的细节信号进行重构并对原始信号和修正信号进行功率谱分析,与传统的多项式最小二乘法和滑动平均法进行修正的结果进行了对比分析,分析结果表明:采用小波变换方法能够准确地分离出代表信号趋势的低频成分,对...     

基于小波变换的非平稳脉动风时变功率谱估计方法研究

为揭示非平稳随机脉动风的时频特性,基于小波变换原理推导了时变功率谱的时间、频率和幅值与小波变换系数的关系,建立了非平稳随机脉动风时变功率谱估计的小波函数加权和法,并采用模拟非平稳脉动风和实测台风过程对理论推导结果进行了验证。研究结果表明:非平稳随机过程在某一时刻的不同尺度小波变换系数是一个以此非平稳随机过程的调制函数与小波函数的乘积为调制函数的非平稳随机过程的傅里叶变换,非平稳随机过程的时变功率谱等于不同尺度和不同时移的小波函数模平方的加权和,小波函数加权和法计算的非平稳随机脉动风的时变功率谱与理论结果具有良好的一致性。小波函数加权和法可有效地估计非平稳随机脉动风的时变功率谱,估计的时变功率谱可为进一步理解强(台)风的随机脉动特性奠定基础。     

流线型闭口箱梁断面风荷载空间相关性试验研究

对典型流线型闭口箱梁断面的风荷载效应进行同步测压风洞试验,比较了来流平均风速、湍流度、风攻角、展向间距等不同参数条件下风荷载在空间分布状况,对风速及其荷载效应的空间相关性进行深入研究,从时、频域两个方面来尝试分析现象及原因,探讨影响因素,证实升力、扭矩的展向相关性远大于风速、阻力的相关性,并发现升力与扭矩的相关性规律相似,风速与阻力相关性规律相似;验证了传统随机抖振动气动力理论所存在的不足     

下击暴流空间相关性风场模拟

考虑时间衰减性研究了下击暴流平均风速与空间观测点位置的关系,并给出了空间中四个点的平均风速随时间的分布情况。在确定性-随机性混合模型的基础上,利用Wood竖向风剖面模型和Holmes水平径向风剖面模型模拟出空间七点处的平均风速,并采用AR模型生成具有时间相关性和空间相关性的脉动风速,从而获得下击暴流空间相关性风场。通过脉动风相关函数及功率谱的对比表明,本文方法具有较高的精度。     

利用小波逆变换模拟随机风场的脉动风

首先对洞庭湖大桥处的自然脉动风进行了小波分析，从分析结果可以看出．自然脉动风具有一定的间歇性和局部相似性。传统的谐波合成法（WAWS）和线性滤波器方法（ARMA）虽然可以模拟随机风场的脉动风，但是它们无法模拟脉动风的局部相似性和间歇性。针对这一点，采用Meyer小波基，利用小波逆变换，模拟随机风场的脉动风。最后，根据目标谱，模拟了随机风场的脉动风，模拟的脉动风具有和自然脉动风类似的间歇性和局部相似性，同时模拟脉动风的风谱与目标风谱基本吻合，说明了论文方法的有效性。     

Short-Term Wind Speed Forecast Using Measurements From Multiple Turbines in A Wind Farm

Turbine operations in a wind farm benefit from an understanding of the near-ground behavior of wind speeds. This article describes a probabilistic spatial-temporal model for analyzing local wind fields. Our model is constructed based on measurements taken from a large number of turbines in a wind farm, as opposed to aggregating the data into a single time-series. The model incorporates both temporal and spatial characteristics of wind speed data: in addition to using a time epoch mechanism to model temporal nonstationarity, our model identifies an informative neighborhood of turbines that are spatially related, and consequently, constructs an ensemble-like predictor using the data associated with the neighboring turbines. Using actual wind data measured at 200 wind turbines in a wind farm, we found that the two modeling elements benefit short-term wind speed forecasts. We also investigate the use of regime switching to account for the effect of wind direction and the use of geostrophic wind to account for the effects of meteorologic factors other than wind. These at best provide a small performance boost to speed forecast.     

平均时距对良态风气候地区极值风速的影响研究

在风气候分析中,风速观测历史数据一般来源于各气象站的归档测量,但不同气象站采用的平均时距并不统一,这导致基于风速观测历史数据的极值风速预测过程存在平均时距的转换问题。该文对美国11座处于良态风气候地区城市气象站记录的风速连续观测数据,进行处理得到不同时距下平均风速序列,并将改进独立风暴法与极值I型分布模型相结合分析得到各重现期的风速极值,分析了平均时距对极值风速预测结果的影响。研究结果表明:在良态风气候地区,一定重现期的极值风速随平均时距的增大而减小,近似呈指数律衰减;平均时距对极值风速的影响规律基本不受极值风速重现期的影响; 1 min平均时距下的极值风速比10 min平均时距极值风速大19%左右。基于这些结果,拟合给出了良态风气候地区不同平均时距极值风速的转换关系式。     

考虑风速分布的叶片MPC气弹控制

作为叶片失效的重要原因,颤振一直是风电领域研究重点。以抑制叶片工作过程中的颤振为目的,建立分析模型时应充分考虑实际风速分布特别是风切变和塔影效应对叶片振动的影响,并在离散化后求取平均输入风速。针对小型风力机叶片气动弹性稳定性问题进行综合分析,根据实体结构建立叶片气弹模型,考虑非线性气动力作用时叶片大攻角、大风速工况下产生的高频、高幅失速颤振,模拟典型截面仿真振动位移。通过模型预测控制的滚动优化和误差矫正控制叶片挥舞、摆振两个运动方向的振动频率和幅值,结果表明振动形式实现控制后可在短时间内达到稳定且静差可接受。     

A fast wavelet-based moment method for solving thin-wire EFIE

Solving the thin-wire electric field integral equation (EFIE) by the multiresolution wavelet expansion method involves a time-consuming double numerical integration for each nonzero element of the moment matrix which in turn can outweigh the advantages of achieving a sparse matrix. To speed up the matrix fill process in wavelet-based moment method codes, first, the triangular scaling functions of a nonorthogonal piecewise liner wavelet at the finest spatial resolution are appropriately replaced by sinusoidal dipoles for which mutual impedances are available in closed-form analytical expressions. The fast wavelet bases transform is then exploited to effectively transfer the resultant matrix equation to multiresolution wavelet domain. Numerical results obtained by the compactly supported semi-orthogonal linear B-spline wavelet demonstrate dramatic reduction of the overall solution time without any degradation in the accuracy of the final solution.