[发明专利]一种分区计算空间相关性的脉动风速时程输入方法

权利要求书

1.一种分区计算空间相关性的脉动风速时程输入方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：建立数值风洞计算域，并将数值风洞入口边界划分为平均风速区A和带脉动风速区D两部分，根据带脉动风速区D的大小进行划分，形成D1,D2,……,Dn共n个带脉动风速区分区；其中n>1；

步骤2：对整个数值风洞计算域进行网格划分，使入口边界内形成多个网格，然后输出平均风速区A和带脉动风速区分区Di的网格中心点坐标数组P_A[x,z]和P_Di[x,z]；其中，i＝1,2,……,n；

步骤3：根据每个带脉动风速区分区Di的网格中心点坐标数组P_Di[x,z]，运用线性滤波法的AR模型，采用Davenport顺风向脉动风速功率谱和Shiotani提出的相干函数，仅对带脉动风速区分区Di内的所有的网格中心点两两考虑空间相关性，生成与各个网格中心点对应的脉动风速时程V_Di；

步骤4：根据建筑所处地貌确定平均风速剖面，结合网格中心点的z向坐标，计算得到平均风速区A和各个带脉动风速区分区Di的平均风速数组和

步骤5：对每个分区内所有网格逐个按时间步输入风速时程，平均风速区A输入各带脉动风速区分区Di输入然后进行数值风洞模拟；

步骤6：完成求解后，查看平均风速区A控制计算域内的风速、风向，若方向与风速输入方向一致且大小不变，则表明平均风速区A的大小合适，不影响建筑在垂直于风速输入方向的风荷载的发展；若有变化，则需增大带脉动风速区D的大小，然后重复步骤2～6。

2.根据权利要求1所述的脉动风速时程输入方法，其特征在于，所述步骤3中，假设带脉动风速区分区Di内的网格数为M，则所述AR模型生成的M个空间相关点脉动风速的时间序列函数定义为：

式中，p为AR模型阶数；△t为时间步长；P_Di[x,z]为带脉动风速区分区Di的网格中心点坐标数组，P_Di[x_jj,z_jj]为带脉动风速区分区Di第jj个网格中心点坐标，jj＝1,2,……,M；ψ_k为AR模型的M×M阶自回归系数矩阵，由下式得到：

式中，R(j△t)是时滞j△t的M×M的协方差矩阵，其中的元素为

S_pq(f)在p＝q时为脉动风速自谱密度函数，在p≠q时为脉动风速互谱密度函数，由脉动风速自谱函数S_n(f)与相干函数γ_pq(f)确定：

所述脉动风速功率谱S_n(f)用函数定义为：

式中，f为脉动风频率；为标准高度为10m处的平均风速；k为与地面粗糙度有关的常数，计算公式为k＝0.0021522×35^36(α-0.16)，其中α为地面粗糙度系数；

所述Shiotani提出的相干函数定义为：

式中，L_x＝50m；L_z＝60m；p＝1,2,……,M；q＝1,2,……,M；

N(t)为均值为0方差为1的均匀分布随机数，且与矩阵R_N相关，R_N可由下式求得：

求解出R_N后可由下式解出N(t)：

N(t)＝Ln(t)

式中，n(t)＝[n¹(t),…,n^M(t)]^T为M个独立的满足零均值、单位方差的随机变数；L满足R_N＝LL^T，即L为R_N经过乔累斯基分解后的下三角矩阵。

3.根据权利要求1所述的脉动风速时程输入方法，其特征在于，步骤4中所述平均风速剖面中某网格中心点的速度函数定义为：

式中，为标准高度为10m处的平均风速；α为地面粗糙度系数。