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脉动风时程matlab程序

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根据风的记录,脉动风可作为高斯平稳过程来考虑。观察n 个具有零均值的平稳高斯过程,其谱密度函数矩阵为:

?

?

???

??

?????=)(...)

()(............)(...)

()()(...)()()(21222

21

11211ωωωωωωωωωωnn n n n n s s s s s s s s s S (9)

将)(ωS 进行Cholesky 分解,得有效方法。

T H H S )()()(*ωωω?= (10)

其中,

?

?

???

?

?

?????=)(...)

()(............0...)

()(0

...

0)

()(2122

21

11ωωωωωωωnn n n H H H H H H H (11)

T H )(*ω为)(ωH 的共轭转置。

根据文献[8],对于功率谱密度函数矩阵为)(ωS 的多维随机过程向量,模拟风速具有如下形式:

[]

∑∑==++???=j

m N

l ml l jm l l jm j t H t v 11)(cos 2)()(θωψωωω

n j ...,3,2,1= (12)

其中,风谱在频率范围内划分成N 个相同部分,N ωω=?为频率增量,)(l jm H ω为上述下三角矩阵的模,)(l jm ωψ为两个不同作用点之间的相位角,ml θ为介于0和π2之间

均匀分布的随机数,ωω??=l l 是频域的递增变量。

文中模拟开孔处的来流风,因而只作单点模拟。即式(4)可简化为:

[]∑=+???=N

l l l l t H t v 1

cos 2)()(θωωω (13)

本文采用Davenport 水平脉动风速谱:

3

/422

210

)1(4)(x n kx v

n S v += (14) 式中,--)(n S v 脉动风速功率谱;

--n 脉动风频率(Hz);

--k 地面粗糙度系数;

;1200

10v n x

--10v 标准高度为10m 处的风速(m/s)。

Matlab 程序: N=10; d=0.001;

n=d:d:N;%%频率区间(0.01~10) v10=16; k=0.005;

x=1200*n/v10;

s1=4*k*v10^2*x.^2./n./(1+x.^2).^(4/3);%%Davenport 谱

subplot(2,2,1)

loglog(n,s1)%%画谱图 axis([-100 15 -100 1000]) xlabel('freq'); ylabel('S');

for i=1:1:N/d

H(i)=chol(s1(i));%%Cholesky 分解 end

thta=2*pi*rand(N/d,1000);%%介于0和2pi 之间均匀分布的随机数 t=1:1:1000;%%时间区间(0.1~100s )

for j=1:1:1000 a=abs(H);

b=cos((n*j/10)+thta(:,j)'); c=sum(a.*b);

v(j)=(2*d).^(1/2)*c;%%风荷载模拟 end

subplot(2,2,2)

plot(t/10,v)%%显示风荷载 xlabel('t(s)'); ylabel('v(t)');

Y=fft(v);%%对数值解作傅立叶变换 Y(1)=[];%%去掉零频量

m=length(Y)/2;%%计算频率个数;

power=abs(Y(1:m)).^2/(length(Y).^2);%%计算功率谱

freq=10*(1:m)/length(Y);%%计算频率,因为步长为0.1,而不是1,故乘以10

subplot(2,2,3)

loglog(freq,power,'r',n,s1,'b')%%比较 axis([-100 15 -100 1000]) xlabel('freq'); ylabel('S');

10

10

10

10

2

freq

S

50100

-20

-10010

20

t(s)

v (t )

10

-2

100

10

freq

S

对源程序的修改:

z=xcorr(v);

Y=fft(z);%%对数值解作傅立叶变换 Y(1)=[];%%去掉零频量

m=length(Y)/2;%%计算频率个数;

power=abs(Y(1:m)).^2/(length(Y).^2);%%计算功率谱

freq=10*(1:m)/length(Y);%%计算频率,因为步长为0.1,而不是1,故乘以10

subplot(2,2,3)

loglog(freq,power,'r',n,s1,'b')%%比较 axis([-100 15 -100 1000]) xlabel('freq'); ylabel('S');

楼主的修改使模拟得到的功率谱与源谱的数量级对上了,但是吻合不是太好。但是好像这样做是不对的。

求信号x(t)的功率谱有两种方法,一是对X(t)做傅立叶变换,再平方 S=abs(fft(x))^2

一是先对X(t)求相关系数,再进行傅立叶变换:

S=fft(xcorr(X))

楼主的方法好像是这两个方法的混合。欢迎大家拍砖^_^

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