[发明专利]桅杆响应计算方法、装置、计算机设备及存储介质

权利要求书

1.一种桅杆响应计算方法，其特征在于，包括：

根据建立的桅杆模型以及预设的第一流场域参数，建立包含所述桅杆模型的第一流场域模型，并将所述第一流场域模型划分成多个网格；各所述网格的尺度数量级小于分段的尺度数量级；所述分段是指对桅杆高度的划分；

利用表征风速和网格高度的关系的幂指数函数，构造所述第一流场域模型中的平均风顺风向流场，所述平均风顺风向流场中的风速与网格高度的关系满足所述幂指数函数的分布；

根据所述幂指数函数和所述第一流场域模型确定每个网格上的压强数据，并根据所述每个网格上的压强数据和所述桅杆模型的材料参数，利用流固耦合的方式仿真所述平均风顺风向下的桅杆响应，所述平均风顺风向下的桅杆响应包括所述桅杆的刚度矩阵，所述刚度矩阵包括桅杆模型上每个网格所对应的刚度；其中，每个网格上的压强数据为连续的且非均匀的数据；

根据所述桅杆的刚度矩阵和所述桅杆的质量矩阵确定所述桅杆的固有频率和所述桅杆的振型矩阵；所述质量矩阵包括桅杆模型上每个网格所对应的质量，所述振型矩阵包括桅杆模型上每个网格所对应的振动形式；

根据所述桅杆的振型矩阵得到自由振动响应，将所述自由振动响应与强迫振动响应的叠加结果确定为所述桅杆的总响应，所述强迫振动响应为所述桅杆在横风向下的响应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据桅杆所处地形处的标准高度确定所述标准高度处的平均风速；

根据所述标准高度处的平均风速和临界风速确定所述桅杆的共振受力范围；其中，所述临界风速指的是所述桅杆和流体产生共振时的风速；

根据所述桅杆的共振受力范围将所述桅杆在高度上划分成多段，并计算出每段桅杆上的平均风速；

根据每段桅杆上的平均风速以及预设的第二流场域参数建立每段桅杆上的第二流场域模型，并根据所述第二流场域模型以及每段桅杆上的平均风速确定各段桅杆上的压力时程曲线；其中，所述压力时程曲线用于表征各段桅杆上的风压随时间变化的关系；

根据各段桅杆上的压力时程曲线计算出所述桅杆在横风向下的桅杆响应，所述横风向下的桅杆响应包括所述桅杆在横风向下的风压的幅值和所述桅杆在横风向下的风压的频率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述强迫振动响应是根据得到的；其中，F₀为所述桅杆在横风向下的风压的幅值，w为所述桅杆在横风向下的风压的频率，/为所述桅杆在横风向下的风压的相位角，c为所述桅杆的等效阻尼，k为所述桅杆的等效刚度，m为所述桅杆的等效质量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用表征风速和网格高度的关系的幂指数函数，构造所述第一流场域模型中的平均风顺风向流场之前，所述方法还包括：

获取标准高度z₀以及所述标准高度处的平均风速v₀；

获取所述桅杆所在的地面粗糙度α；

根据所述标准高度z₀、所述标准高度处的平均风速v₀以及所述桅杆所在的地面粗糙度α，确定所述幂指数函数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述幂指数函数为其中，所述v为所述第一流场域模型中任一网格高度处的平均风速，所述z为所述第一流场域模型中任一网格的网格高度。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述标准高度处的平均风速和临界风速确定所述桅杆的共振受力范围，包括：

根据所述标准高度处的平均风速和第一临界风速，计算所述共振受力范围的起点高度；

根据所述标准高度处的平均风速和第二临界风速，计算所述共振受力范围的终点高度；

将所述起点高度和所述终点高度之间的范围，确定为所述共振受力范围。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一临界风速和所述第二临界风速根据公式确定；

其中，所述v_c为第一临界风速，所述第二临界风速等于1.3v_c，所述B(z)为所述桅杆横截面的直径，St为斯托罗哈数，T为所述桅杆的自振周期。