CN109376480B - 桅杆响应计算方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents

桅杆响应计算方法、装置、计算机设备及存储介质 Download PDF

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CN109376480B CN201811451791.4A CN201811451791A CN109376480B CN 109376480 B CN109376480 B CN 109376480B CN 201811451791 A CN201811451791 A CN 201811451791A CN 109376480 B CN109376480 B CN 109376480B
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Abstract

本发明涉及一种桅杆响应计算方法、装置、计算机设备及存储介质。该方法包括：根据建立的桅杆模型以及预设的第一流场域参数，建立包含桅杆模型的第一流场域模型，并将第一流场域模型划分成多个网格；利用表征风速和网格高度的关系的幂指数函数，构造第一流场域模型中的平均风顺风向流场；根据幂指数函数和第一流场域模型确定每个网格上的压强数据，并根据每个网格上的压强数据和桅杆模型的材料参数，利用流固耦合的方式仿真平均风顺风向下的桅杆响应；根据桅杆的刚度矩阵和桅杆的质量矩阵确定桅杆的固有频率和桅杆的振型矩阵；根据桅杆的振型矩阵和桅杆在横风向下的响应，确定桅杆的总响应。利用该方法计算出的桅杆总响应比较准确。

Description

桅杆响应计算方法、装置、计算机设备及存储介质
技术领域
本发明涉及风工程应用技术领域，特别是涉及一种桅杆响应计算方法、装置、计算机设备及存储介质。
背景技术
桅杆在风的作用下，不但会出现顺风向的平均风响应，而且会同时出现横风向旋涡脱落风阵响应。两者均会对桅杆产生一定的影响，因此，对桅杆在顺风向和横风向的共同作用下的响应研究很有必要。
传统的在计算桅杆顺风向上的响应时，采用的是依据经验值将桅杆首先高度分成多段，然后应用分段计算方式对风压进行计算，在得到计算的风压并将其作为载荷时，通常是将风压视为一个常数施加给桅杆结构，从而计算出桅杆结构在顺风向下的响应；在对横风向下桅杆响应进行计算时，利用的是与桅杆形状有关的近似经验系数，同时基于顺风向风载荷类型的求解公式和一些简化公式，采用解积分和解微分的方法来求解出横风向下的桅杆响应。之后，基于顺风向下和横风向下的桅杆结构响应，计算得到桅杆的总响应。
但是采用上述方法计算出的桅杆的总响应不准确。
发明内容
基于此，有必要针对上述计算出的桅杆的总响应不准确的问题，提供一种桅杆响应计算方法、装置、计算机设备及存储介质。
一种桅杆响应计算方法，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；
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；
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和所述桅杆在横风向下的响应，确定所述桅杆的总响应。
在其中一个实施例中，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。
在其中一个实施例中，所述根据所述桅杆的振型矩阵和所述桅杆在横风向下的响应，确定所述桅杆的总响应，包括：
根据所述桅杆的振型矩阵和
Figure BDA0001886803060000021
确定所述桅杆的总响应；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，/>
Figure BDA0001886803060000031
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。
在其中一个实施例中，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。
在其中一个实施例中，所述幂指数函数为
Figure BDA0001886803060000032
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。
在其中一个实施例中，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。
在其中一个实施例中，所述第一临界风速和所述第二临界风速根据公式
Figure BDA0001886803060000033
确定；
其中，所述vc为第一临界风速，所述第二临界风速等于1.3vc，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。
在其中一个实施例中，所述起点高度H1通过包含
Figure BDA0001886803060000034
的关系式确定，其中，所述v0为所述标准高度处的平均风速，所述α为所述桅杆所处的地面粗糙度，所述z0为标准高度；
所述终点高度H2通过包含
Figure BDA0001886803060000041
的关系式确定。
一种桅杆响应计算装置，包括：
模型建立模块，用于根据建立的桅杆模型以及预设的流场域参数，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；
构造模块，用于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；
仿真模块，用于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；
第一确定模块，用于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；
第二确定模块，用于根据所述桅杆的振型矩阵和所述桅杆在横风向下的响应，确定所述桅杆的总响应。
一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
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；
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；
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和所述桅杆在横风向下的响应，确定所述桅杆的总响应。
一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
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；
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；
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和所述桅杆在横风向下的响应，确定所述桅杆的总响应。
上述桅杆响应计算方法，首先是将建立好的第一流场域模型划分成网格，然后利用表征风速和网格高度的幂指数函数在该第一流场域模型中构造平均风顺风向流场，进而再根据风速计算出压强，其充分考虑了压强随网格高度变化而产生变化的因素；另外，本实施例对第一流场域模型的划分是采用网格划分的，网格的尺度跟分段的尺度数量级不同，网格的尺度数量级更小，因此上述计算得到的每个网格上的压强数据可以认为是连续的、非均匀的数据，也就是说上述得到的压强分布数据更符合实际情况，因此，上述得到的每个网格上的压强数据更为准确，从而使得基于该准确的压强数据以及桅杆的材料参数计算的顺风向下的桅杆响应更加准确，即使得得到的桅杆的刚度矩阵就更准确，进而根据刚度矩阵得到的振型矩阵也就更准确；更进一步地，由于桅杆的总响应是根据上述振型矩阵和桅杆在横风向下的响应来进行计算的，因此利用该方法计算出的桅杆的总响应也就更准确。
附图说明
图1为一个实施例中桅杆响应计算方法的应用环境图；
图2为一个实施例提供的桅杆响应计算方法的流程示意图；
图3为一个实施例中在桅杆响应计算方法中建立的第一流场域模型的俯视图；
图4为一个实施例中在桅杆响应计算方法中建立的第一流场域模型的主视图；
图5为另一个实施例提供的桅杆响应计算方法的流程示意图；
图6为另一个实施例提供的桅杆响应计算方法的流程示意图；
图7为另一个实施例提供的桅杆响应计算方法的流程示意图；
图8为一个实施例提供的桅杆响应计算方法的流程示意图；
图9为一个实施例提供的桅杆响应计算装置的结构示意图；
图10为一个实施例中桅杆响应计算方法的位移结果示意图；
图11为一个实施例中桅杆响应计算方法的弯矩结果示意图；
图12为一个实施例中桅杆响应计算方法的分段风速值选取的示意图；
图13为一个实施例中桅杆响应计算方法的分段建立流场域模型的示意图；
图14为一个实施例中桅杆响应计算方法的各段桅杆的压力时程曲线的示意图；
图15为一个实施例中桅杆响应计算方法的圆柱绕流的速度等值线分布示意图；
图16为一个实施例中桅杆响应计算方法的圆柱绕流的升力系数和阻力系数的示意图；
图17为一个实施例中桅杆响应计算方法的总响应的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本发明实施例提供的桅杆响应计算方法，可以适用于图1所示的计算机设备。如图1所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的计算机通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种桅杆响应计算方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
需要说明的是，图1中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在介绍具体的实施例之前，这里对本发明实施例中涉及的专业术语或者概念进行解释说明：
CFD：Computational Fluid Dynamics，即计算流体动力学，是流体力学的一个分支，简称CFD。CFD是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的交叉科学。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。
CAE：Computer Aided Engineering，指工程设计中的计算机辅助工程，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等，把工程(生产)的各个环节有机地组织起来，其关键就是将有关的信息集成，使其产生并存在于工程(产品)的整个生命周期。
传统技术在计算桅杆总响应时，首先采用的是依据经验值将桅杆高度分成多段，然后应用分段计算方式对风压进行计算，在得到计算的风压并将其作为载荷时，通常是将风压视为一个常数施加给桅杆结构，从而计算出桅杆结构在顺风向下的响应；接着在对横风向下桅杆响应进行计算时，利用的是与桅杆形状有关的近似经验系数，同时基于顺风向风载荷类型的求解公式和一些简化公式，采用解积分和解微分的方法来求解出横风向下的桅杆响应；之后，基于顺风向下和横风向下的桅杆结构响应，计算得到桅杆的总响应，但是其计算出的桅杆总响应不准确。本发明实施例提供的桅杆响应计算方法、装置、计算机设备和存储介质，旨在解决传统技术的如上技术问题。
需要说明的是，下述方法实施例的执行主体可以桅杆响应计算装置，该桅杆响应计算装置可以通过软件、硬件或者软硬件结合的方式实现成为上述计算机设备的部分或者全部。下述方法实施例以执行主体是计算机设备为例进行说明。
图2为一个实施例提供的桅杆响应计算方法的流程示意图。本实施例涉及的是计算机设备如何建立顺风向流场域，并利用该顺风向流场域对桅杆总响应进行计算的具体过程。如图2所示，该方法可以包括以下步骤：
S101，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。
具体的，计算机设备首先可以根据桅杆的相关参数建立桅杆模型，其中，桅杆的相关参数可以是桅杆的高度、形状、横截面大小等；之后计算机设备可以根据预设的第一流场域参数建立第一流场域模型，该第一流场域模型中包含上述建立的桅杆模型，其中，预设的参数可以是第一流场域的形状、第一流场域的大小等。
可选的，图3和图4分别为本实施例中建立的第一流场域模型的俯视图和主视图，如图3所示，该第一流场域模型的俯视图形状可以是长方形，其中的圆心为O点的圆为桅杆的横截面，其直径为d，沿着来流方向的长度为7.5d(即图3中的AE)，尾流去流段长度为40d(即图3中的ED)，两侧宽度分别为7.5d(即图3中的AF和BF)；如图4所示，桅杆模型的上下宽度分别为3d，也就是说，上述建立的第一流场域模型的高为桅杆的高度h加上两个3d的高度。可选的，上述计算机设备可以是在CFD软件中建立桅杆模型以及包含桅杆的第一流场域模型。
另外，在上述第一流场域模型建立完成之后，计算机设备可以将该第一流场域模型划分成多个网格。可选的，计算机设备可以是以第一尺度将第一流场域模型划分成多个网格，即第一流场域模型中的多个网格均是以第一尺度均匀划分的。可选的，计算机设备还可以是先将上述第一流场域模型按照第一尺度划分成多个第一网格，即计算机设备首先可以将第一流场域模型以第一尺度均匀地划分成多个网格，该多个网格记为第一网格；然后再将上述第一流场域模型中处于上述桅杆模型表面的多个第一网格再次以第二尺度划分成多个第二网格，也就是说，计算机设备在将第一流场域模型划分成多个第一网格之后，可以以第二尺度将处于桅杆模型表面的多个第一网格均匀地划分成第二网格，以使计算机设备可以得到准确的流固边界压强值，其他处于非桅杆模型表面的第一流场域模型仍是第一网格。其中，第二尺度小于第一尺度，可选的，对于第二尺度和第一尺度的具体大小，本实施例不做限定，只要第一尺度大于第二尺度即可。另外，上述分段的尺度和用于网格划分的第一尺度相比，二者存在数量级上的差别，例如，一个桅杆的高度是10m，分成10段，每段是1m，；划分网格可以是以1cm*1cm*1cm为上述第一尺度的划分；由此可见，分段和网格划分二者还存在维度上的不同，分段一般是对桅杆高度上的一维划分，而网格是对桅杆周围的第一流场域的三维划分，从而使得对桅杆和第一流场域划分地更细致，计算的结果更准确。
S102，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。
具体的，计算机设备在建立好上述第一流场域模型之后，可以将表征风速和网格高度的关系的幂指数函数带入到上述第一流场域模型中，从而得到平均风顺风向流场，由于得到的平均风顺风向流场中包含上述幂指数函数，因此该平均风顺风向流场中的风速和网格高度满足上述幂指数函数的分布。
另外，各个网格的高度在上述S101划分网格时可以得到，将各个网格的高度带入到幂指数函数中，就可以得到各个网格上的风速。其中，每个网格的高度不同，计算机设备根据幂指数函数得到的每个网格上的风速也不相同。
S103，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。
具体的，计算机设备在得到每个网格上的风速之后，根据流体力学方程就可以得到每个网格上的压强数据；其中，由于每个网格的高度不同，使得每个网格的风速也不相同，因此计算机设备计算出的每个网格的压强也就不相同，也就是说压强是随网格的高度变化而变化的。之后，计算机设备可以根据该每个网格上的压强数据和上述桅杆模型的材料参数，以及根据材料力学方程和受力分析等，利用流固耦合的方式来仿真出平均风顺风向下的桅杆响应。其中，上述桅杆响应可以包括桅杆的刚度矩阵，该刚度矩阵代表的是上述桅杆模型上每个网格所对应的刚度。
另外，上述桅杆响应还可以包括桅杆的等效应力和桅杆的位移，可选的，桅杆的位移可以是桅杆的底部弯矩，还可以是桅杆的顶部位移。其中，计算机设备在得到上述桅杆响应后，可以将该桅杆响应与预设的桅杆响应范围进行对比，得到一个对比结果；如果对比结果为该桅杆响应不在预设的桅杆响应范围内，则计算机设备就可以确定上述桅杆模型错误，就需要对桅杆模型进行调整；如果对比结果为该桅杆响应在预设的桅杆响应范围内，则计算机设备就可以确定上述桅杆模型正确。
可选的，上述材料参数可以包括：上述桅杆模型的密度、弹性模量、屈服强度、泊松比，还可以包括：上述桅杆模型底座的约束方式，桅杆模型底座的约束方式不同，桅杆的响应会有所不同。
可选的，上述流固耦合的方式可以是利用CFD软件和CAE软件流固耦合的方式，即将上述得到的每个网格上的压强数据以及上述桅杆模型的材料参数等输入CAE软件中，运行CAE软件，就可以计算出平均风顺风向下的桅杆响应，得到桅杆在顺风向下的刚度矩阵、等效应力、位移。
例如，一个空心正方形截面钢筋混凝土高耸结构，高50m，B类地貌，w0'＝1.1w0＝0.5kN/m2，(按高耸结构设计规范，一般高耸结构基本风压要乘以1.1)，用两种方法求基底静力弯矩及顶点顺风向静力水平位移。已知正方形边长b(m)，弯曲刚度为EI。
参考求解方法：分别在高度10m、20m、30m、40m、50m设置五个点，每个点的上下各5m组成一个区域，由此分为五个区域，按照幂指数变化，每个区域为等值压力区域，风载荷分别为6.50b、8.125b、9.23b、10.14b、5.4275b。可得基底静力弯矩：
M1＝(6.50×1+8.125×2+9.23×3+10.14×4+5.4275×5)10b＝1181.375b(kN·m)
顶点顺风向静力水平位移，可由虚位移法求得：
Figure BDA0001886803060000111
上述具体计算过程参考张相庭编著的《工程结构风荷载理论和抗风计算手册》，1990年版。
在CFD软件中进行求解的方法：地面粗糙度系数α取0.16，标准参考速度
Figure BDA0001886803060000112
实际速度/>
Figure BDA0001886803060000113
把/>
Figure BDA0001886803060000114
作为流域的速度入口条件，z为高度变量。求解压强/压力分布p。基于流固耦合方式，把p作为压力载荷，在CAE系统中求解结构的水平位移和底部弯矩。求得y2＝48.697mm，如图10所示。M2＝1167.900kN·m，如图11所示。(测试应用结构钢材料，弹性模型E＝2×1011N/m2，截面惯性系数I＝0.07813m4。b＝1m)
分别对比上述M1和M2的结果以及y1和y2的结果，可以得到M1和M2的误差为ΔM＝1.14％、y1和y2的误差为Δy＝1.84％。由此可见两个误差均非常小，也证明了本实施例提供的求取位移和弯矩的方法的可行性。
S104，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。
具体的，计算机设备可以根据公式(1)|[K]-w1 2[M]|＝0计算得到桅杆的固有频率w1。其中，[K]为上述S103得到的桅杆模型受力之后的刚度矩阵，[M]为桅杆模型的质量矩阵，在将桅杆模型划分成网格之后就可以得到每个网格上的质量，||表示求模。
另外，计算机设备可以根据上述得到的w1和公式(2)([K]-w1 2[M])[Φ]＝0计算得到桅杆的振型矩阵。其中，[Φ]为桅杆模型的振型矩阵，包括桅杆模型上每个网格所对应的振动形式。
S105，根据所述桅杆的振型矩阵和所述桅杆在横风向下的响应，确定所述桅杆的总响应。
在该步骤中，上述桅杆的总响应包括自由振动响应部分和强迫振动响应部分。其中，自由振动响应部分为桅杆在顺风向下的响应，可以根据桅杆的振型矩阵得到；可选的，上述强迫振动响应部分为桅杆在横风向下的响应，可以根据
Figure BDA0001886803060000121
来得到；其中，F0为上述桅杆在横风向下的风压的幅值，w为上述桅杆在横风向下的风压的频率，/>
Figure BDA0001886803060000122
为上述桅杆在横风向下的风压的相位角，c为上述桅杆的等效阻尼，k为上述桅杆的等效刚度，m为上述桅杆的等效质量。计算机设备在得到上述自由振动响应部分和强迫振动响应部分之后，将两者进行叠加，就可以得到上述桅杆的总响应。总响应的示例图如图17所示。
由上述描述可知，本实施例提供的桅杆响应计算方法，计算机设备首先是将建立好的第一流场域模型划分成网格，然后利用表征风速和网格高度的幂指数函数在该第一流场域模型中构造平均风顺风向流场，进而再根据风速计算出压强，其充分考虑了压强随网格高度变化而产生变化的因素；另外，本实施例对第一流场域模型的划分是采用网格划分的，网格的尺度跟分段的尺度数量级不同，网格的尺度数量级更小，因此上述计算得到的每个网格上的压强数据可以认为是连续的、非均匀的数据，也就是说上述得到的压强分布数据更符合实际情况，因此，上述得到的每个网格上的压强数据更为准确；从而使得基于该准确的压强数据以及桅杆的材料参数计算的顺风向下的桅杆响应更加准确，即使得得到的桅杆的刚度矩阵就更准确，进而根据刚度矩阵得到的振型矩阵也就更准确；更进一步地，由于桅杆的总响应是根据上述振型矩阵和桅杆在横风向下的响应来进行计算的，因此利用该方法计算出的桅杆的总响应也就更准确。
本实施例提供的桅杆响应计算方法，计算机设备首先建立桅杆模型和包括桅杆模型的第一流场域模型，并将第一流场域模型划分成网格，接着根据每个网格的高度，利用表征风速和高度关系的幂指数函数计算出每个网格上的风速，之后根据每个网格上的风速和流体力学方程计算出每个网格上的压强，再接着根据每个网格上的压强和桅杆的材料参数来计算得到桅杆在顺风向下的刚度矩阵，再接着根据该刚度矩阵和桅杆的质量矩阵得到桅杆的振型矩阵，最后根据该振型矩阵和桅杆在横风向下的响应计算得到桅杆的总响应。利用本实施例的方法，由于采用了表征风速和网格高度的幂指数函数构造平均风顺风向流场，并利用网格划分第一流场域模型来计算每个网格上的压强，因此，其得到压强分布数据更准确；另外，由于本实施例的方法在计算桅杆的刚度矩阵时，是根据上述每个网格上的压强和桅杆的材料参数来计算得到的，因此，其得到的桅杆的刚度矩阵更加准确，也即根据刚度矩阵计算得到的桅杆的振型矩阵也就更加准确；另外，由于桅杆的总响应是根据上述振型矩阵和桅杆在横风向下的响应共同计算得到的，因此该方法得到的桅杆总响应也就更准确。
图5为另一个实施例提供的桅杆响应计算方法的流程示意图。本实施例涉及的是计算机设备如何建立横风向流场域，并在该横风向流场域中对桅杆的横风向下的响应进行计算的具体过程。如图5所示，该方法可以包括以下步骤：
S201，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。
具体的，计算机设备可以根据相关手册得到标准高度，例如，一般取海拔10m为标准高度；在得到桅杆所处地形处的标准高度后，计算机设备可以根据桅杆所处的地形和高度，基于相关手册和标准，得到上述标准高度处的平均风速。其中，上述相关手册和标准可以是《高耸结构设计规范》、《建筑结构荷载规范》等。
S202，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。
具体的，共振指的是桅杆在特定频率下，比其他频率以更大的振幅做振动的情形，即当流体发生振动时，其会引起桅杆振动的现象。桅杆的共振受力范围指的是桅杆在流体所施加的压力的作用下，在一定的风速范围内桅杆均会产生共振，其中，流体指的是流动的空气。上述计算机设备在得到标准高度处的平均风速和临界风速后，可以根据表征风速和高度的幂指数函数来得到桅杆的共振受力范围。
S203，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。
具体的，上述在得到桅杆的共振受力范围之后，计算机设备可以根据该共振受力范围将桅杆在高度上分为多段。可选的，上述将桅杆在高度上划分成多段，可以是平均划分成多段，还可以是非平均划分成多段，本实施例对此不做限定。
上述计算机设备在计算每段桅杆上的平均风速时，可选的，计算机设备可以分别计算出每段桅杆底部的风速和每段桅杆顶部的风速，之后对同一段桅杆底部的风速和桅杆顶部的风速进行算术平均，得到每段桅杆上的平均风速。
具体的，计算机设备在将桅杆分段后，可以得到每段桅杆底部的高度和顶部的高度，之后计算机设备可以根据表征风速和高度的幂指数函数，得到每段桅杆底部的风速和每段桅杆顶部的风速。之后计算机设备就可以对同一段桅杆底部的风速和顶部的风速作和，并将和值除以2得到该段桅杆上的平均风速。利用此方法，计算机设备可以准确得到每段桅杆上的平均风速，从而可以使得利用该平均风速计算的每段桅杆上的压力时程曲线更准确，进而使得利用该压力时程曲线得到的桅杆响应更准确。
以50m高度为例，10米处为标准风速，分为十段，每五米为一段，具体风速数值的选取如图12所示。
S204，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。
具体的，计算机设备首先可以根据上述建立的桅杆模型以及上述得到的共振受力范围将桅杆模型划分成多段，之后计算机设备可以根据上述得到的每段桅杆上的平均风速和预设的流场域参数，建立包含每段桅杆模型的第二流场域模型，其中，预设的参数可以是第二流场域的形状、第二流场域的大小等。本实施例中的第二流场域模型的俯视图和主视图可以参见图3和图4，其中，在本实施例中，第二流场域模型的高可以为每段段桅杆的高度h1加上两个3d的高度。可选的，上述计算机设备可以是在CFD软件中建立每段桅杆模型以及包含每段桅杆的第二流场域模型。
在上述第二流场域模型建立完成之后，计算机设备可以根据每段桅杆上的平均风速、流体的密度、非稳态流体力学方程等，得到各段桅杆上的各个时刻的风压数据，之后计算机设备根据各段桅杆上每个时刻的风压数据和时间的变化关系，就可以得到各段桅杆上的压力时程曲线。可选的，上述计算机设备在计算各段桅杆上的各个时刻的风压数据时，还可以对上述第二流场域模型设置一定的时间步和求解时间，该时间步指的是第二流场域模型中网格长度与该网格上的风速的商值，设置该时间步可以使得计算的各段桅杆上的各个时刻的风压数据更准确；上述求解时间指的是计算机设备在得到预设的满足条件的压力时程曲线后，可以根据该求解时间结束计算过程，而不必计算完整个第二流场域模型的大小，从而可以节省计算机设备的计算时间。
以将桅杆在高度上分成4段为例，分别为该4段桅杆建立流场域模型，如图13所示，图13中的长方形方框为每段桅杆建立的流场域模型。图14为4段桅杆各自的压力时程曲线，图14中横轴表示的是时间，纵轴表示的是各段桅杆上的压力。
S205，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。
具体的，计算机设备在得到各段桅杆上的压力时程曲线后，可以对各段桅杆上的压力时程曲线进行处理来得到各段桅杆的响应。可选的，上述处理可以是对各个压力时程曲线进行傅里叶变换来计算得到各段桅杆的响应，还可以是对各个时程曲线进行Excel曲线拟合来计算得到各段桅杆的响应，本实施例对此不做限定。其中，上述各段桅杆的响应包括各段桅杆上的风压的幅值和各段桅杆上的风压的频率，可选的，上述得到的各段桅杆上的压力时程曲线的频率相等，即各段桅杆上的压力时程曲线的风压的幅值可以不同，各段桅杆上的压力时程曲线的风压的频率可以相等。由于上述得到的各段桅杆在横风向下的风压的频率相等，因此上述得到的各个压力时程曲线可以叠加，因此叠加上述得到的多个压力时程曲线，就可以得到桅杆在横风向下的风压的幅值和在横风向下的风压的频率。
本实施例提供的桅杆响应计算方法，由于计算机设备在得到桅杆的共振受力范围后，是根据该共振受力范围将桅杆在高度上进行分段并计算出每段桅杆上的平均风速，然后通过每段桅杆上平均风速对每段桅杆建立第二流场域模型并计算出每段桅杆上的风压数据的，因此其计算出的每段桅杆上的风压数据更准确。进一步地，由于计算机设备在计算横风向下的桅杆响应时，是利用上述得到的每段桅杆上的风压数据和时间构成的压力时程曲线来计算的，其并不是基于近似经验系数和简化公式计算出桅杆响应的，因此其计算出的桅杆在横风向下的响应也会更加准确。更进一步地，由于利用该方法计算出的桅杆在横风向下的响应更准确，因此利用该横风向下的桅杆响应和上述振型矩阵计算出的桅杆的总响应也就更加准确。
下面以圆柱绕流为例进行说明。其中，圆柱在粘性流体绕其运动过程中，会受到流体力的作用。这种流体力本质上是由流体的粘性产生，粘性直接作用产生的力是摩擦力，粘性间接作用产生的力是压力，两种力共同形成了流体力。其中，摩擦力的产生较易理解，而压力则是由于边界层分离在圆柱表面造成压强差所产生的。在圆柱绕流问题的研究中，通常将圆柱所受流体力分解为两个方向考虑，即沿横流向的浮托力Fi和沿顺流向的拖曳力Fd，分别简称为升力和阻力。作为流体力的两个分量，升力和阻力也都包含摩擦力和压力，二者都会随着旋涡的生成泻落呈周期性变化。不同的是，升力变化周期是阻力变化周期的二倍。
为了进一步说明问题，特设定两个无量纲系数来描述圆柱受力的变化，分别为升力系数Ci和阻力系数Cd，两者的公式分别如下：
Figure BDA0001886803060000171
其中，ρ为流体的密度，v为初始来流速度，A为圆柱在计算方向的投影面积。
此外，圆柱表面所示压力的变化可由压力系数Cp来表示，Cp的公式如下：
Figure BDA0001886803060000172
其中，p为圆柱表面的静压，参考压强p0＝0，圆柱尾流区旋涡的脱落频率可以通过无量纲参数Strouhal数来表示：
Figure BDA0001886803060000173
其中D为圆柱直径，f为平均脱涡频率。本文所采用的计算模型为直径D＝0.04m的圆柱。来流速度为v＝0.01m/s，计算的雷诺数Re＝400。流动在选定的计算域内能够充分发展，圆柱周围采用边界层网格，能够捕捉圆柱周围的细微流动。得到的圆柱绕流速度等值线分布图如图15所示，可见明显涡旋脱落。对应的阻力和升力系数如图16所示。
图6为另一个实施例提供的桅杆响应计算方法的流程示意图。本实施例涉及的是计算机设备如何获取幂指数函数的具体过程。在上述实施例的基础上，如图6所示，上述方法还可以包括以下步骤：
S301，获取标准高度z0以及所述标准高度处的平均风速v0。
具体的，计算机设备可以根据相关手册得到标准高度z0，例如，一般取海拔10m为标准高度；在得到标准高度z0后，计算机设备可以根据桅杆所处的地形和高度，基于相关手册和标准，得到上述标准高度z0处的平均风速v0。其中，上述相关手册和标准可以是《高耸结构设计规范》、《建筑结构荷载规范》等。
S302，获取所述桅杆所在的地面粗糙度α。
具体的，计算机设备可以根据桅杆所处的地形和高度，基于上述S301步骤中的相关手册和标准，得到桅杆所在的地面粗糙度α。
S303，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。
在该步骤中，计算机设备利用上述得到的标准高度z0、标准高度处的平均风速v0以及桅杆所处的地面粗糙度α，确定的幂指数函数可以是公式(3)
Figure BDA0001886803060000181
其中，v为上述流场域模型中任一网格高度处的平均风速，z为上述流场域模型中任一网格的网格高度。
可选的，请继续参见图3，计算机设备可以将上述公式(3)直接设为AB面上的边界条件进行计算，还可以通过对公式(3)进行可以简化的变形，然后再将其设为AB面上的边界条件进行计算，本实施例对此并不做限定。
本实施例提供的桅杆响应计算方法，计算机设备提供了具体的表征风速和网格高度的幂指数函数形式，并利用该幂指数函数来构造平均风顺风向流场，进而再根据风速计算出压强的，由于其充分考虑了速度随高度变化而产生变化的因素，基于该因素以及仿真软件中速度和压强之间的关联，使得仿真时充分考虑到压强随高度变化而产生变化的影响，因此利用本实施例中的幂指数函数得到的压强分布数据更准确，进而使得其得到的桅杆在顺风向下的响应更加准确；进一步地，由于计算桅杆总响应时，利用的是上述得到的顺风向下的桅杆响应来计算的，因此利用该方法计算出的桅杆的总响应就会更加准确。
图7为另一个实施例提供的桅杆响应计算方法的流程示意图。本实施例涉及的是计算机设备如何计算桅杆的共振受力范围的具体过程。在上述实施例的基础上，如图7所示，上述步骤S202可以包括以下步骤：
S401，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。
具体的，计算机设备可以根据上述步骤S201得到标准高度处的平均风速，可选的，第一临界风速可以通过公式(4)
Figure BDA0001886803060000191
来得到，其中，上述vc为第一临界风速，上述B(z)为上述桅杆横截面的直径，St为斯托罗哈数，可以根据表征风速的雷诺数和桅杆的横截面形状来得到，T为桅杆的自振周期。其中，2π/T可以是上述w1的整数倍。
计算机设备在得到第一临界风速后，可以通过包含
Figure BDA0001886803060000192
的关系式来得到共振受力范围的起点高度H1，其中，v0为上述标准高度处的平均风速，α为上述桅杆所处的地面粗糙度，其可以根据桅杆所处的地形，基于相关手册和标准来得到，上述z0为标准高度。可选的，上述H1可以是直接通过/>
Figure BDA0001886803060000193
来得到，也可以通过/>
Figure BDA0001886803060000194
的变形来得到，本实施例对此不做限定。
S402，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。
具体的，流体力学中，桅杆在和流体产生共振时，在增大风速范围的一个区域内，风压的频率不变，桅杆都处于共振状态，此区域成为锁住区域，可选的，计算机设备可以根据该锁住区域，得到第二临界风速等于1.3vc，其中vc可以通过上述公式(4)
Figure BDA0001886803060000195
得到。
计算机设备在得到第二临界风速后，可以通过包含
Figure BDA0001886803060000196
的关系式来得到共振受力范围的终点高度H2，可选的，上述H2可以是直接通过/>
Figure BDA0001886803060000197
来得到，也可以通过/>
Figure BDA0001886803060000201
的变形来得到，本实施例对此不做限定。
S403，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。
计算机设备在得到桅杆共振受力范围的起点高度H1和终点高度H2后，可选的，可以将终点高度H2和起点高度H1之间的范围作为桅杆的共振受力范围。
可选的，上述计算出桅杆共振受力范围的起点高度H1和终点高度H2后，若上述终点高度H2大于上述桅杆顶部的高度时，则确定上述终点高度H2为上述桅杆顶部的高度；若上述起点高度H1小于上述桅杆底部的高度时，则确定上述起点高度H1为上述桅杆底部的高度。利用该方法，可以使得计算出桅杆共振受力范围的起点高度H1和终点高度H2在桅杆的高度范围内，从而使得计算机设备根据该共振受力范围后续计算出的桅杆响应会更准确。
本实施例提供的桅杆响应计算方法，首先计算出桅杆共振受力范围的起点高度和终点高度，最后根据该起点高度和终点高度来得到桅杆的共振受力范围。通过此方法，计算机设备可以准确计算出桅杆的共振受力范围，从而可以使得后续计算的每段桅杆上的压力时程曲线更准确，进而使得利用该压力时程曲线得到的横风向下的桅杆响应更准确；更进一步地，使得利用该横风向下的桅杆响应计算出桅杆的总响应更加准确。
为了便于本领域技术人员的理解，以下对本发明提供的桅杆响应计算方法进行详细介绍，如图8所示，该方法可以包括：
S501，建立桅杆模型和包含桅杆模型的第一流场域模型，并将第一流场域模型划分成多个网格。
S502，获取标准高度z0和标准高度处的平均风速v0以及桅杆所在的地面粗糙度α，并根据z0和v0以及α确定幂指数函数为
Figure BDA0001886803060000202
S503，利用幂指数函数构造第一流场域模型中的平均风顺风向流场。
S504，根据幂指数函数和第一流场域模型确定每个网格上的压强数据。
S505，根据每个网格上的压强数据和桅杆模型的材料参数，利用流固耦合的方式仿真平均风顺风向下的桅杆响应。
S506，根据顺风向下的桅杆响应计算桅杆的振型矩阵。
S507，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。
S508，根据标准高度处的平均风速和临界风速确定桅杆的共振受力范围。
S509，根据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。
S510，根据每段桅杆上的平均风速建立每段桅杆上的第二流场域模型，并根据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。
S511，对各段桅杆上的压力时程曲线进行处理，得到桅杆在横风向下的桅杆响应。
S512，根据S506的振型矩阵和S511的横风向下的桅杆响应计算桅杆的总响应。
上述S501-S512的具体过程可以参见上述方法实施例的描述，在此不再赘述。
应该理解的是，虽然图2、5-8的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2、5-8中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
图9为一个实施例提供的桅杆响应计算装置的结构示意图。如图9所示，该装置可以包括：模型建立模块10、构造模块11、仿真模块12、第一确定模块13、第二确定模块14。
具体的，模型建立模块10，用于根据建立的桅杆模型以及预设的流场域参数，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；
构造模块11，用于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；
仿真模块12，用于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；
第一确定模块13，用于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；
第二确定模块14，用于根据所述桅杆的振型矩阵和所述桅杆在横风向下的响应，确定所述桅杆的总响应。
本实施例提供的桅杆响应计算装置，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
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；
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；
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和所述桅杆在横风向下的响应，确定所述桅杆的总响应。
在一个实施例中，提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
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；
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；
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和所述桅杆在横风向下的响应，确定所述桅杆的总响应。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

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
Figure FDA0004044982160000021
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，/>
Figure FDA0004044982160000022
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
Figure FDA0004044982160000023
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
Figure FDA0004044982160000031
确定；
其中，所述vc为第一临界风速，所述第二临界风速等于1.3vc，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。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述起点高度H1通过包含
Figure FDA0004044982160000032
的关系式确定，其中，所述v0为所述标准高度处的平均风速，所述α为所述桅杆所处的地面粗糙度，所述z0为标准高度；所述vc为所述第一临界风速；
所述终点高度H2通过包含
Figure FDA0004044982160000033
的关系式确定。
9.一种桅杆响应计算装置，其特征在于，包括：
模型建立模块，用于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；
构造模块，用于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；
仿真模块，用于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；
第一确定模块，用于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；
第二确定模块，用于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。
10.一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-8中任一项所述方法的步骤。
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