典型风场和风压的分形特征及分形模拟研究

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1、学校代号10532学号S150100136分类号TU312密级公开硕士学位论文典型风场和风压的分形特征及分形模拟研究学位申请人姓名张梦宇培养单位土木工程学院导师姓名及职称李正农教授学科专业土木工程研究方向工程结构抗风论文提交日期2018年5月22日学校代号：10532学号：S150100136密级：公开湖南大学硕士学位论文典型风场和风压的分形特征及分形模拟研究国家自然科学基金资助（51478179，51678233）学位申请人姓名：张梦宇导师姓名及职称：李正农教授培养单位：土木工程学院专业名称：土木工程论文提交日期：2018年5月22日论文答辩日期：2018年5月25日答辩委员会主席：汪

2、梦甫教授FractalcharacteristicsandfractalsimulationoftypicalwindandwindpressurebyZHANGMengyuB.E.(ChinaThreeGorgesUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinCivilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorLIZhengnongMay

3、,2018典型风场和风压的分形特征及分形模拟研究摘要随着现代科学技术的进步发展以及土木工程相关领域的基础理论的成熟和完善，使得建造复杂轻柔的建筑形式成为可能，而这种建筑结构通常会产生较大的风致响应，因此对其进行抗风分析也成为必要的步骤之一。而进行抗风分析最重要的就有有较为真实的风速或者风压。那么除了根据现场实测获取风场内的风速时程以及建筑表面的风压时程外，在不适宜采用现场实测方法的情况下，风速的数值模拟以及风洞试验也就成了研究风速或者风压的相关特征的重要方式。分形理论在土木工程的相关领域均有所运用，在风工程中主要用于分析风速或者风压的分形特征以及风速的预测等，其实这些运用总结起来就是两点

4、，一是分形特征机理分析，二是分形模拟。本文将在已有的研究上对风速以及风压的分形模拟做进一步的研究和完善。首先进行了不同风场的风洞试验，并且选取不同风场的风速时程和风压时程作为样本数据。然后介绍了传统的风速数值模拟方法——谐波叠加法和风速的分形模拟方法，将分形维数作为参数之一考虑到风速的模拟当中，同时还介绍了不同风场的建筑表面的风压的分形模拟方法。然后利用谐波叠加法模拟了A、B、C三类风场的风速，并且计算各类风场的模拟风速的盒维数，湍流度和功率谱，然后与分形模拟方法和风洞试验所得风速的盒维数，湍流度和功率谱做对比，发现谐波叠加法模拟所得风速的盒维数在三类风场中几乎没有变化，该方法不能表现出

5、不同风场的风速的分形特征。最后从自相似的角度分析三种方式所得的风速的功率谱，说明造成这种现象的原因。接着利用域重新标度法验证了风洞试验中A、B、C三类风场的风速具有明显的分形特征，并且利用域重新标度法对分形模拟方法所模拟的风速进行的分形特征的验证，结果表明分形模拟方法所得风速具有明显的分形特征，进一步说明了分形模拟方法能够有效的体现风速的分形特征，完善了风速的分形模拟方法。最后将分形函数WM函数考虑到不同风场的低矮房屋表面的风压模拟当中，并且对比各类风场中建筑表明的风压时程的盒维数和风洞试验中风压时程的盒维数的变化规律。说明分形函数在风压的模拟中同样适用，且可以使模拟的不同风场内建筑表面

6、的风压具有不同的分形特征。关键词：风场；风压；分形；盒维数；功率谱II硕士学位论文AbstractWiththeprogressanddevelopmentofscienceandtechnologyandthematurityandperfectionofbasictheoriesintherelatedfieldsofcivilengineering,itispossibletobuildcomplexandsoftarchitectural,andthiskindofbuildingstructureusuallyproduceslargewind-inducedresponse.

7、Therefore,itisoneofthenecessarystepstocarryoutwindresistanceanalysistoit.Themostimportantfactorforwindresistanceanalysisisthewindspeedorwindpressure.Thenumericalsimulationofwindspeedandwindtunneltesthavebecomeanimporta