(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211156729.9 (22)申请日 2022.09.22 (71)申请人 四川农业大 学 地址 625000 四川省雅 安市雨城区新康路 46号 申请人 中铁城市发展投资集团有限公司 (72)发明人 赵宁　周晓华　冯建平　陈良军　 陈晓伟　李小龙　徐志龙　王旭　 吴宇　 (74)专利代理 机构 重庆市信立达专利代理事务 所(普通合伙) 50230 专利代理师 朱月明 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/13(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于数值截断的随机风速场高效模拟 方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于数值截断的随机风 速场高效模拟方法， 涉及土木工程抗风设计技术 领域。 选取描述风场常用的风谱模 型和相干函数 模型； 对相干函数组成的相干矩阵进行快速的 Cholesky分解； 利用合理的阈值对相干矩阵的 Cholesky分解结果进行舍入； 交换模拟公式的内 外层求和顺序， 将舍入后的相干矩阵Cholesk y分 解结果代入并计算出内层求和结果； 对于平稳风 速场， 直接利用快速傅里叶变换进行高效的外层 求和计算； 对于非平稳风速场， 则需要先借助时 频解耦工具解耦二元函数 再采用快 速傅里叶变换计算外层求和。 本发 明避免在多点 风场模拟过程中， 在谐波合 成计算时进行双重求 和的计算量过大， 需要较长计算时间的问题， 且 取合适阈值进行截断时， 可以有效满足模拟精度 的要求。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 115526125 A 2022.12.27 CN 115526125 A 1.一种基于数值截断的随机风速场高效模拟方法， 其特 征是： 包括以下步骤： S1： 选取描述 风场常用的风谱 模型和相干函数模型； S2： 对相干函数组成的相干矩阵进行 快速的Cholesky分解； S3： 利用合理的阈值对相干矩阵的C holesky分解结果进行舍入； S4： 交换模拟公式的内外层求和顺序， 将舍入后的相干矩阵Cholesky分解结果代入并 计算出内层求和结果； S5： 对于平稳风速场， 直接利用快速傅里叶变换进行高效的外层求和计算； 对于非平稳 风速场， 则需要先借助时频解耦工具解耦二元函数 再采用快速傅里叶变换计算 外层求和。 2.根据权利要求1所述的一种基于数值截断的随机风速场高效模拟方法， 其特征是： 所 述步骤S1中， 选取描述空间n点风速场的平稳风谱模型Sjj(ω)或非平稳风谱模型Sjj(ω, t)， 以及Davenpor t相干函数模型γjk(ω)， 表达式如下： 其中j,k＝1,2,...,n； ω和t分别表示频率和时间； Cy与Cz分别表示水平方向和竖直方 向的指数衰减系数； yj与yk点分别表示第j点与第k点的水平坐标； zj与zk分别表示第j点与 第k点的竖直 坐标； U(zj)和U(zk)分别表示zj和zk的平均风速 。 3.根据权利要求2所述的一种基于数值截断的随机风速场高效模拟方法， 其特征是： U (zj)和U(zk)分别表示zj和zk的平均风速， 它 们满足下式： 式中α 为表面 粗糙度相关的指数， 按照规范α ＝0.12 ～0.3。 4.根据权利要求1所述的一种基于数值截断的随机风速场高效模拟方法， 其特征是： 所 述步骤S2中， 风场模拟点 沿水平轴任意分布， 则由相干函数(1)组成的相干矩阵的Cholesky 分解闭合 解可表示 为： 对于沿竖直轴任意分布的模拟点， 由相干函数(1)组成的相干矩阵的Cholesky分解闭 合解可近似表示 为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115526125 A 2对于其它任意分布的模拟点， 可以采用插值法快速完成相干矩阵的Cholesky分解。 首 先确定频率插值点 然后通过Davenport相干函数模型计算出频率插值点 处的相干函 数矩阵 即 再对 执行Cholesky分解得到 最后利用插值点处的 插值得到其他频率 点处的B(ω)， 即 5.根据权利要求1所述的一种基于数值截断的随机风速场高效模拟方法， 其特征是： 所 述步骤S3中， 设定一个合 适的阈值 ε， 当βjk(ω)小于该阈值时， 即可舍入为0， 具体表达式为： 式中阈值一般设定为一个较小的数值。 一方面可以减小截断误差， 尤其是当频率ω较 小时， 确保模拟结果的精确度， 另一 方面， 对于大多数频率 下的βjk(ω)， 较小的阈值 ε就 可以 保证大多数的元 素被截断。 6.根据权利要求1所述的一种基于数值截断的随机风速场高效模拟方法， 其特征是： 所 述步骤S4中， 将双重求和分为内外两层求和， 即先进行对空间维度k的求和， 再进行频率维 度l的求和， 其内层求和为： 式中i表示虚数单位； e表示指数函数； ωl＝lΔω， Δω是频率步长， Δω＝ωup/N(ωup 是上截止频率， N是 频率总数)； 是在(0,2 π )均匀分布的随机相位角； 平稳风速场xj(t)与非平稳风速场 的经典模拟公式： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115526125 A 3