大跨度屋盖风荷载的大涡模拟研究

应用一种新的湍流脉动流场产生方法DSRFG (discretizing and synthesizing random flow generation)模拟风场实际的湍流边界条件.采用一种新的大涡模拟LES（Large Eddy Simulation）的亚格子模型，基于linux系统下软件平台Fluent6.3的并行计算技术，计算了长沙机场扩建航站楼屋盖结构在5个风向下的风荷载.根据对机场屋盖的平均风压和脉动风压系数分布规律的分析，给出了各风向角下屋面的表面风压分布特性和最不利风向角，为长沙机场扩建航站楼的抗风设计提供了依据.并为进一步发展此类复杂建筑结构在复杂湍流环境下的风荷载数值风洞技术提供参考.     

基于点云数据的树在风中可视化模拟

研究树木在不同风速下的动态模拟对预测树木受自然灾害的程度具有重要意义。本研究采用三维激光扫描仪对树枝骨架进行提取,并构建树枝模型,同时建立树叶及风场模型,通过受力分析探索树木运动规律,利用OpenGL模拟树在风中的可视化运动过程。研究结果表明,可视化模拟具有较强的真实感,为自然灾害下树木的动态模拟提供了参考。     

防护林防风效应风洞模拟试验研究进展

林木几何形态特征复杂，且较为轻柔，在风荷载作用下会发生变形和振动，空气动力学效应复杂。针对如何通过风洞试验尽可能真实地模拟防护林在实际风场中的防风效应问题，通过梳理已有国内外相关文献，从模型设计、来流模拟和测试技术3个方面对灌木和乔木防护林防风效应风洞模拟试验的研究进展进行综述。结果表明:防护林风洞试验模型几何缩尺比的确定要综合考虑林木和风洞截面的尺寸，阻塞比一般应控制在5%以下；考虑到林木在风荷载作用下产生的变形和振动会进一步影响周围流场，模型设计时除了要考虑几何相似，还要加强对动力相似的考虑；在防护林风洞试验来流模拟及周围风速测定中，在平均风速的基础上，应加强对脉动风速统计特性的考虑；当采用天平测定林木气动力系数时，应结合林木风洞模型自身频率确定采样频率，避免2个频率过于接近造成结果失真。     

塑料大棚结构风振响应规律研究

为研究塑料大棚结构的风振响应规律,提出了塑料大棚结构风振响应分析的被研究块体方法,推导了塑料大棚骨架结构单元段的段间内力计算公式,设计了被研究块体构成方式,构建骨架结构中被研究块体的力学模型,给出了被研究块体方法实现过程;采用等截面圆柱杆的波动传播算例,验证了方法的有效性。在同时考虑平均风和脉动风作用、仅考虑脉动风作用、仅考虑平均风作用的3种工况下,针对不同跨度塑料大棚骨架结构的风振响应进行时程分析,得到骨架结构的节点位移和截面应力空间最大值的出现位置。结果表明:节点位移和截面应力均为脉动风荷载作用的计算结果明显大于平均风荷载作用的计算结果。因此,塑料大棚结构的风振响应分析需要考虑脉动风荷载的作用。     

考虑脉动风速的平面刚架日光温室结构动力响应规律

日光温室骨架结构属轻型结构,跨度较大,对风荷载较为敏感。为解决风荷载作用下日光温室的动力响应问题,确定骨架结构危险截面的位置,基于Timoshenko梁理论,提出平面刚架模型的日光温室在风荷载作用下的动力响应分析的被研究块体方法。首先根据Timoshenko梁微元体思想,设计被研究块体的构成方式;基于Timoshenko梁理论,推导出平面刚架模型的日光温室钢骨架结构的控制方程,给出了算法的实现过程。然后采用两端自由的变截面梁的弯曲波传播算例,验证方法的有效性。在数值模拟风速、实测风速作用下分别对平面刚架模型的日光温室骨架结构动力响应进行时程分析,得到钢骨架的节点位移和截面应力空间最大值的位置。结果表明:位移的2次峰值分别在迎风面高度1和3m附近,钢骨架中最危险的截面为温室左端附近,应力最大值为321MPa,弯曲应力是引起应力迅速增加的主要原因。脉动风荷载作用的节点位移和截面应力明显大于平均风荷载作用的相应值。日光温室钢骨架结构的动力响应分析需要考虑脉动风荷载的作用,且不能忽略弯曲应力对截面内力的影响。     

单层柱面网壳结构风振系数及其参数分析

风荷载作用是网壳结构设计中的主要荷载之一。本文利用线性自回归过滤器法模拟了具有时空相关性的随机风速时程曲线,利用有限元方法对3向网格单层柱面网壳进行了三维风振响应时程分析,系统考虑了矢跨比、长宽比、平均风速等参数对结构风振特性的影响,得出该类结构在上述参数下位移风振系数和内力风振系数的变化规律,并回归出计算公式,为单层柱面网壳的实用抗风设计提供一定参考。     

马尾松在冰雪荷载下的应力分析

以浙江省富阳市中国林业科学研究院亚热带林业研究所林场的马尾松为研究对象,讨论其在冰雪荷载下的应力应变情况；通过分形理论和VB编程联合建立马尾松三维力学结构模型,然后利用有限元理论对其在冰雪荷载下的应力应变进行分析.由该模型构想出3种分枝结构模型,即单向偏心分枝模型、双向偏心分枝模型、对称的单向偏心分枝模型,从这3种模型的应力应变、位移图得出马尾松在冰雪荷载下的优化结构模型:在树干和分枝直径比较接近的上部,受力最合理的是有对称分枝的单向偏心分枝模型,受力最不合理的是双向偏心分枝模型；在树干和分枝直径尺寸相差较大的下部,破坏一般出现在树干与分枝的节点处.据此建立了马尾松结构受力模型,并对其进行了应力分析,优化了单株马尾松树木结构模型.     

小麦茎秆截面椭圆化的模拟与分析

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立含有5个节间的小麦茎秆模型,模拟分析了典型风荷载作用下小麦茎秆截面椭圆化的变化特性.模拟结果表明,小麦茎秆穗部在爆炸风荷载作用下,基部节间截面是否椭圆化与风荷载的冲量大小有关,冲量越小截面越不易椭圆化,茎秆越不易倒伏.沿整个茎秆轴线,截面椭圆化区域应力值最大,非椭圆化区域应力值偏小.     

中美日三国规范高层结构风荷载标准值对比

世界各国规范对高层结构的顺风向风荷载标准值都取多参数表达的计算式,各参数取值的差异最终反映到荷载标准值的大小.以参数分析为基础,对亚太地区具有代表性的中美日三国荷载规范关于普通高层结构顺风向风荷载标准值的取值原则和计算思路进行了对比.研究了基本风速、风剖面、紊流度、脉动效应系数等各参数的取值以及各参数间的相互影响,分析了脉动效应系数的取值和影响因素.以三个不同高度的典型结构为例,分别采用三国规范计算风荷载标准值及特征响应,并对不同国家规范荷载标准值和响应的差异进行了讨论.结果表明,对于结构顺风向风荷载标准值,日本规范最大而中美规范基本相当.     

林木根系黄土复合体的非线性有限元分析

为了揭示林木根系固土的力学机制和林木固坡的抗滑机理,以林木根系黄土复合体为研究对象,采用三轴压缩试验结合有限元模拟的方法,研究了根土复合体的应力应变传递变化。将根土复合体视作单一均匀复合材料,采用非线性弹性模型中的邓肯--张(E--B)模型作为其复合模型,根据三轴压缩试验结果计算出的模型参数,运用非线性有限元法模拟三轴压缩试验中素土和复合根土复合体的应力场和应变场,绘制等值线图。结果表明:土体中加根能显著提高土体的承载力、限制土体的侧向变形、减少土体的沉降量,模拟结果与三轴压缩试验结果基本一致。可以将有限元方法用于造林边坡的应力应变场研究。     

基于多智能体的森林火灾蔓延模拟

从多智能体的角度来研究森林火灾的蔓延模拟,提出一个整合了地形、风因子、树种因子、以及树木水平分布因子的多智能体模型。在该模型中林火的燃烧蔓延和高程、风速、风向、树种紧密相连。应用该模型可以实现在特定条件下的林火蔓延模拟,预测林火发展趋势。基于多智能体的森林火灾蔓延模拟模型,借助美国西北大学的多智能体建模软件NetLogo开发完成。可以实行研究区域的高程数据读取,树种可燃性因子读取,设置风速风向,森林密度,可视化模拟林火蔓延趋势等功能。     

搭配营造大芸的多种寄主林暨防风固沙林模式

根据实践经验和实地考察结果,提出以寄主与寄生物在生长期充分利用足够的阳光、风干、防风、固沙、提高植被覆盖率及适应现代节水技术为一体的相互独立、互不影响的搭配营造模式。模拟实验表明:①寄主树荫高度与地形条件、树的位置、树高度、树的弯度、时间及阳光照射角度有密切的关系;②主寄主菱形布置时每棵主寄主和寄生物都充分利用正常生长所需的阳光;③以高度不同的副寄主林从矮到高沿着主寄主与主风向按10°～45°布置,起减弱风速、分风及滞风的作用;④副寄主的阶梯型布置,起过滤作用;⑤副寄主的交错布置对过滤后的风起预防旋风和平衡作用。     

基于OSG数字林分景观可视化技术研究

大规模林分场景建模和实时绘制对于模拟林分生长具有重要意义。本文定义了一个基于树龄分枝的树木表达模型,该模型可构建形态结构不规则、灵活的树木模型;在林分场景绘制中,提出了一种基于OSG大规模林分场景的实时绘制技术,利用存储在XML文件中真实的林分调查数据可以实时绘制三维林分场景。林分树木场景数据量大,为了提高场景渲染的效率,利用OSG场景图来组织和优化场景数据;在林分单元格的绘制中引入3D树木的LOD网格简化和PageLOD数据库分页机制实现大规模数据调度。实例证明,所绘制的大规模林分场景能满足用户的实时交互需求。      

基于栅格结构的林火蔓延模拟研究及其实现

为研究定量模拟林火行为对林火决策的重要性和林火扩展的时空特性 ,该文在地理信息系统 (ArcView)支持下 ,建立了火场扩展模拟的空间背景数据库 .在此基础上选择了两个组合模型 ,生成速度图文件 ;通过比较边界插值算法、边界外延算法和迷宫算法的不同特点 ,最终采用迷宫算法实现了在栅格地形背景图上林火蔓延的动态模拟 ,获得了在不同燃点有风和无风情况下的蔓延扩展历时图 ,分析得出风速对林火蔓延扩展的影响较大 ,不同燃点下火蔓延的态势是陡坡火蔓延迅速 ,扑救难度大 ;缓坡较陡坡火蔓延的速度慢 ,范围较小 ,宜尽早从火头打起 ,尽早扑灭 .     

天山云杉人工幼林相容性生物量模型

利用国内外常用的林木各分量生物量独立模型 ,即林木生物量相对生长模型 [W =a(D2 H ) b]研究了天山云杉林木各分量的生物量 ,并采用分级控制、比例分配的方法 ,构造了各分量的相容性生物量模型 .结果表明 :所构造的相容性生物量模型 ,不仅解决了各分量独立模型存在的各分量估计值与总量估计值不等的缺陷 ,而且估计精度并没有降低 ,总体上还略有提高     

老秃顶子林木良种基地建设综合技术探讨

林木种苗是林业建设的基础工作,林业要发展,种苗是关键.林木良种基地建设,林木种苗,品质的高低和良种壮苗的使用率是衡量林木良种基地建设的一项重要指标.该文以老秃顶林木良种基地为例.从林木良种基地建设营建技术、园址选择与造林、基地管理等方面进行了探讨,提出了在基地建设过程中应该注意的问题.     

落叶松人工林节子内部特征变化规律研究

以落叶松人工林为研究对象,采用枝解析和节子剖析技术,获取了95株解析木和2 165个节子数据,以树木和节子自身因子为自变量建立了节子内部特征模型,包括节子直径和角度模型、节子中健全节和疏松节长度模型。模型很好地描述了节子内部特征因子的变化规律,揭示了节子内部特征因子随林木和自身变量变化的机制。结果表明:节子直径、节子角度和健全节长度都随着其所在位置高度的增加而增大,随着树木胸径的增大而增大;疏松节长度随着胸径的增大呈现增大趋势,但节子自身直径大小对其影响也较大。应用独立检验样本对所建模型进行检验,精度达到了95%以上,这些模型可以应用到林木生长模拟系统中,增加模拟效果。节子内部特征变化规律的研究也有助于揭示枝条的生长与死亡机制,对开展整枝抚育从而提高木材质量有重要意义。      

海南霸王岭热带山地雨林树木苗期构筑型研究

为了解热带山地雨林主要树种苗期构筑型特征 ,笔者综合考虑树种在热带山地雨林群落中的重要性、林窗更新进程中的作用及苗圃出苗情况后 ,2 0 0 2年 7— 8月在海南霸王岭自然保护区东二保护站苗圃选择了热带山地雨林中 2 0种主要树木的幼苗 ,分不同苗龄进行了构筑型特征系统观测 .对苗龄≤ 3个月和 3个月 <苗龄≤ 12个月的幼苗 ,采用了不同的指标体系进行研究 .对比了幼苗的构筑型特征 ,并讨论了构筑型与生态对策、群落结构的关系 .结果表明 :大多数热带树木幼苗萌发方式为子叶出土、子叶叶状对生 ;初生叶多为互生 ,其次为对生、轮生 ;分枝角度中 30°和 6 0°居多 ,其次为 4 5°、75°;幼苗枝下高与树高之间符合指数函数关系 ,而树高与基径之间符合幂函数关系 ;Rauh型、Massart型树木通常采取K对策 ,Leeuwenberg型、Attims型树木通常采取r对策 ,Roux型采取r对策或K对策 ,Aubreville型的生态对策在二者之间 .     

柚木冠幅与树高、胸径的回归分析

为考察柚木生长因子与冠幅的关系,准确反映各生长因子与冠幅之间的关系,建立冠幅预测模型,为柚木人工林目标树经营提供理论依据。以广西凭祥、云南德宏、云南景洪、海南乐东4个地区不同林龄阶段的柚木人工林中优势木为研究对象,以胸径、树高、冠长、林龄4个因子作为变量与冠幅进行回归分析,筛选关键因子建立柚木冠幅生长的预测模型。结果表明,胸径(R=0.5342,P=0.0001)、树高(R=0.1798,P=0.0026)是影响柚木冠幅的关键因子;胸径、树高与冠幅的一元回归方程:冠幅与胸径y=15.7893x+1.84766(F=516.4180,P=0.0001),冠幅与树高y=0.3717x-0.60189(F=174.2954,P=0.0001)。并应用胸径、树高2个关键因子与冠幅建立回归模型:y=13.5658x1+0.1064x2+0.35866(F=279.5048,P=0.0001),计算结果与实际测量结果差异性较小(F=0.0140,P=0.9072)。可以根据目标树的培育目标胸径、树高因子,利用该模型来预测该目标树的冠幅,从而确定单位面积内保留目标树的数量。