鋼格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命中幾個關(guān)鍵問題研究

鋼格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)廣泛的用于生產(chǎn)和生活中，該類結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)、柔性的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時的強(qiáng)度往往是滿足要求的，但長時間較大幅度的風(fēng)致振動會引起結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，這些結(jié)構(gòu)的破壞給生產(chǎn)和生活帶來很大的影響。本研究課題結(jié)合風(fēng)荷載風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布等特征首先建立了鋼格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命可靠性分析的研究框架，本研究框架包括：失效歷程各階段中風(fēng)振應(yīng)力響應(yīng)的分析模型、失效模式的識別以及安全余量方程的建立，該框架對于計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命可靠性分析具有較大的參考價值；其次，為了驗(yàn)證該分析框架在工程當(dāng)中的應(yīng)用，對一典型的鋼格構(gòu)式輸電線塔工程實(shí)例進(jìn)行風(fēng)振疲勞壽命可靠性分析，在工程實(shí)例分析過程中為了獲得作用在結(jié)構(gòu)上的氣動力，同時使用兩個高頻底座天平對一典型的鋼格構(gòu)式輸電線塔結(jié)構(gòu)片段模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，同步測量兩個片段模型上的氣動力，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果并考慮氣動力的相關(guān)性，建立即計(jì)算省時又滿足精度要求的風(fēng)振應(yīng)力響應(yīng)分析模型。由于制作上部天平結(jié)構(gòu)支撐設(shè)備的精度原因?qū)е铝嗽撛囼?yàn)數(shù)據(jù)無法應(yīng)用，具體的失敗原因會在正文里詳細(xì)闡述。 2100433B

鋼格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)廣泛的用于生產(chǎn)和生活中，該類結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)、柔性的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時的強(qiáng)度往往是滿足要求，但長時間較大幅度的風(fēng)致振動會引起結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，這些結(jié)構(gòu)的破壞給生產(chǎn)和生活帶來很大的影響。本研究課題結(jié)合風(fēng)荷載和格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)的特征，對該類結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命研究中還存在的問題進(jìn)行完善，主要內(nèi)容包括：⑴同時使用兩個高頻底座天平對格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)片段模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，同步測量兩個片段模型上的氣動力，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)并擬合適用于該類結(jié)構(gòu)氣動力的相干函數(shù)；⑵在風(fēng)洞試驗(yàn)測得氣動力的基礎(chǔ)上，建立既計(jì)算省時又滿足精度要求的風(fēng)振應(yīng)力響應(yīng)分析方法，并計(jì)算失效演化歷程任意階段中各個構(gòu)件的風(fēng)振應(yīng)力響應(yīng)；⑶分析構(gòu)件的疲勞累積損傷并識別失效構(gòu)件以及生成主要失效模式的安全余量方程,在主要失效模式的安全余量方程中體現(xiàn)風(fēng)向和平均風(fēng)速聯(lián)合隨機(jī)變量的影響。本研究課題為鋼格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)分析、疲勞壽命設(shè)計(jì)提供參考。

本課題經(jīng)過三年多的努力，研究取得了豐碩成果，主要是：完成了兩個高聳格構(gòu)式塔桅結(jié)構(gòu)氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)；創(chuàng)建了等代離散剛度氣動模擬方法；研究了風(fēng)力譜的振動響應(yīng)測定方法；測定了塔桅結(jié)構(gòu)的風(fēng)阻力系數(shù)，風(fēng)振系數(shù)、順風(fēng)和橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)，試驗(yàn)結(jié)果直接應(yīng)用于工程實(shí)踐，創(chuàng)造單項(xiàng)經(jīng)濟(jì)效益達(dá)250萬元，還獲得了極好的社會效益。通過試驗(yàn)，還發(fā)現(xiàn)了橫風(fēng)向風(fēng)振的重要性和導(dǎo)線、拉索對塔尾結(jié)構(gòu)的風(fēng)振阻尼作用，這些創(chuàng)新研究成果達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。在理論上，還研究了塔桅結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的時域和頻域的計(jì)算模擬；開發(fā)了相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件?？偨Y(jié)了風(fēng)振系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。發(fā)表論文12篇。在人才培養(yǎng)和國際交往上，全取得了較好的成果。 2100433B

絕熱計(jì)算作為一種新型量子計(jì)算模型，具有計(jì)算模式簡單、算法設(shè)計(jì)靈活直觀等特點(diǎn)。本課題研究絕熱計(jì)算中幾個關(guān)鍵問題-非線性型絕熱演化及其量子線路實(shí)現(xiàn)、初始哈密頓量選取對算法效率的影響。課題通過研究一般化模型插值路徑絕熱演化的運(yùn)作機(jī)制，將其運(yùn)用至絕熱整數(shù)質(zhì)因子分解算法中，并提出一種不依賴從外界注入能量來加速常規(guī)絕熱演化的更一般化模型插值路徑；研究顯含驅(qū)動哈密頓量形式的絕熱搜索，定量化驅(qū)動哈密頓量的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，并探討其與算法運(yùn)行時間的關(guān)聯(lián)；分析局部絕熱的線路模型實(shí)現(xiàn)方案，揭示線路模擬絕熱演化的精髓所在，并由此建立量子線路模擬非線性絕熱演化的基礎(chǔ)理論；運(yùn)用不等幅度組織數(shù)據(jù)元素的思想來設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用驅(qū)動的絕熱搜索，分析初始哈密頓量選取對絕熱算法效率的影響，并因此探索提高絕熱演化的新途徑。本課題的研究對進(jìn)一步理解絕熱計(jì)算的本質(zhì)、絕熱量子信息處理乃至絕熱計(jì)算機(jī)的實(shí)用化具有重要的理論指導(dǎo)意義。

絕熱演化作為一種新型量子計(jì)算模型，當(dāng)它剛被提出時就受到了廣泛的關(guān)注。本文在相關(guān)絕熱計(jì)算研究的基礎(chǔ)上，考慮了在絕熱量子計(jì)算環(huán)境下，絕熱搜索算法中若干關(guān)鍵問題，研究了絕熱演化路徑的適用性、絕熱算法的量子線路模型、先驗(yàn)概率分布對設(shè)計(jì)高效絕熱算法的作用、推廣量子態(tài)保真度與絕熱算法性能之間關(guān)系等。 本文得到的主要結(jié)論是： 1．討論了一般化模型插值路徑在絕熱計(jì)算中的局限性。研究發(fā)現(xiàn)，即使系統(tǒng)的保真度不為零，若該模型被賦予不恰當(dāng)?shù)膶?shí)例，相對常規(guī)類型絕熱演化，所得到絕熱計(jì)算將無優(yōu)勢甚至可能完全失效，即算法時間復(fù)雜度無無窮大，從而提示我們在設(shè)計(jì)絕熱算法時，此類型演化路徑的使用并不能隨意。 2．首次全面地研究了額外驅(qū)動哈密頓量在絕熱計(jì)算中的實(shí)用性，即經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)額外驅(qū)動哈密頓量形式固定時，若其前面系數(shù)配置不當(dāng)?shù)脑?，所得絕熱算法將會完全失效；當(dāng)系統(tǒng)絕熱演化路徑形式相對固定，但允許額外驅(qū)動哈密頓量形式變化時，僅特定形式的額外驅(qū)動哈密頓量可以被用來提高絕熱算法效率，而此形式正好為已知幾乎所有文獻(xiàn)中所廣泛使用，從而給出這一現(xiàn)象的一種很好解釋。 3．解決了全局絕熱演化的正確量子線路實(shí)現(xiàn)問題，所獲的線路模型下時間分片數(shù)與絕熱算法的時間復(fù)雜度是一致的，而之前能夠得到的結(jié)論是局部絕熱計(jì)算的演化時間是與其對應(yīng)量子線路模型實(shí)現(xiàn)時的時間分片數(shù)相吻合的；基于此，首次給出一種非線性絕熱演化的量子線路模型實(shí)現(xiàn)。 4．將常規(guī)絕熱搜索算法中所有數(shù)據(jù)元素等幅疊加方式看成是以這些數(shù)據(jù)元素的先驗(yàn)概率分布方式組織時的特殊情形，研究了數(shù)據(jù)元素的先驗(yàn)概率分布對絕熱算法性能的影響。并且發(fā)現(xiàn)，若適當(dāng)利用這些先驗(yàn)概率分布的信息，相應(yīng)的絕熱算法性能可以大大得到改善。 5．改進(jìn)了相關(guān)文獻(xiàn)給出布爾函數(shù)估計(jì)的絕熱算法設(shè)計(jì)，得到即使不添加輔助驅(qū)動哈密頓量的常規(guī)絕熱演化亦能夠于常數(shù)時間復(fù)雜度內(nèi)實(shí)現(xiàn)布爾函數(shù)估計(jì)的目標(biāo)。 6. 證明了具有一般化模型的絕熱演化同樣可以利用系統(tǒng)初末態(tài)之間的保真度來估算對應(yīng)算法時間復(fù)雜度，從而可以擺脫依賴絕熱定理來估算絕熱算法時間復(fù)雜性度的限制，同時也為估算絕熱計(jì)算所需關(guān)鍵系統(tǒng)資源提供導(dǎo)向作用；另一方面，這一研究結(jié)果也可以看成是對之前相關(guān)文獻(xiàn)中提出相關(guān)公開問題的一個部分回答。