钢格构式塔架结构风振疲劳寿命中几个关键问题研究

钢格构式塔架结构广泛的用于生产和生活中，该类结构具有轻质、柔性的特点。结构在设计时的强度往往是满足要求的，但长时间较大幅度的风致振动会引起结构的疲劳破坏，这些结构的破坏给生产和生活带来很大的影响。本研究课题结合风荷载风速风向联合分布等特征首先建立了钢格构式塔架结构风振疲劳寿命可靠性分析的研究框架，本研究框架包括：失效历程各阶段中风振应力响应的分析模型、失效模式的识别以及安全余量方程的建立，该框架对于计算复杂结构风振疲劳寿命可靠性分析具有较大的参考价值；其次，为了验证该分析框架在工程当中的应用，对一典型的钢格构式输电线塔工程实例进行风振疲劳寿命可靠性分析，在工程实例分析过程中为了获得作用在结构上的气动力，同时使用两个高频底座天平对一典型的钢格构式输电线塔结构片段模型进行风洞试验，同步测量两个片段模型上的气动力，根据试验结果并考虑气动力的相关性，建立即计算省时又满足精度要求的风振应力响应分析模型。由于制作上部天平结构支撑设备的精度原因导致了该试验数据无法应用，具体的失败原因会在正文里详细阐述。 2100433B

钢格构式塔架结构广泛的用于生产和生活中，该类结构具有轻质、柔性的特点。结构在设计时的强度往往是满足要求，但长时间较大幅度的风致振动会引起结构的疲劳破坏，这些结构的破坏给生产和生活带来很大的影响。本研究课题结合风荷载和格构式塔架结构的特征，对该类结构风振疲劳寿命研究中还存在的问题进行完善，主要内容包括：⑴同时使用两个高频底座天平对格构式塔架结构片段模型进行风洞试验，同步测量两个片段模型上的气动力，分析试验数据并拟合适用于该类结构气动力的相干函数；⑵在风洞试验测得气动力的基础上，建立既计算省时又满足精度要求的风振应力响应分析方法，并计算失效演化历程任意阶段中各个构件的风振应力响应；⑶分析构件的疲劳累积损伤并识别失效构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体现风向和平均风速联合随机变量的影响。本研究课题为钢格构式塔架结构的风振响应分析、疲劳寿命设计提供参考。

本课题经过三年多的努力，研究取得了丰硕成果，主要是：完成了两个高耸格构式塔桅结构气弹模型风洞试验；创建了等代离散刚度气动模拟方法；研究了风力谱的振动响应测定方法；测定了塔桅结构的风阻力系数，风振系数、顺风和横风向风振响应，试验结果直接应用于工程实践，创造单项经济效益达250万元，还获得了极好的社会效益。通过试验，还发现了横风向风振的重要性和导线、拉索对塔尾结构的风振阻尼作用，这些创新研究成果达到了国际领先水平。在理论上，还研究了塔桅结构风振响应的时域和频域的计算模拟；开发了相关的计算机软件。总结了风振系数的数学表达式。发表论文12篇。在人才培养和国际交往上，全取得了较好的成果。 2100433B

绝热计算作为一种新型量子计算模型，具有计算模式简单、算法设计灵活直观等特点。本课题研究绝热计算中几个关键问题-非线性型绝热演化及其量子线路实现、初始哈密顿量选取对算法效率的影响。课题通过研究一般化模型插值路径绝热演化的运作机制，将其运用至绝热整数质因子分解算法中，并提出一种不依赖从外界注入能量来加速常规绝热演化的更一般化模型插值路径；研究显含驱动哈密顿量形式的绝热搜索，定量化驱动哈密顿量的实现复杂度，并探讨其与算法运行时间的关联；分析局部绝热的线路模型实现方案，揭示线路模拟绝热演化的精髓所在，并由此建立量子线路模拟非线性绝热演化的基础理论；运用不等幅度组织数据元素的思想来设计实际应用驱动的绝热搜索，分析初始哈密顿量选取对绝热算法效率的影响，并因此探索提高绝热演化的新途径。本课题的研究对进一步理解绝热计算的本质、绝热量子信息处理乃至绝热计算机的实用化具有重要的理论指导意义。

绝热演化作为一种新型量子计算模型，当它刚被提出时就受到了广泛的关注。本文在相关绝热计算研究的基础上，考虑了在绝热量子计算环境下，绝热搜索算法中若干关键问题，研究了绝热演化路径的适用性、绝热算法的量子线路模型、先验概率分布对设计高效绝热算法的作用、推广量子态保真度与绝热算法性能之间关系等。 本文得到的主要结论是： 1．讨论了一般化模型插值路径在绝热计算中的局限性。研究发现，即使系统的保真度不为零，若该模型被赋予不恰当的实例，相对常规类型绝热演化，所得到绝热计算将无优势甚至可能完全失效，即算法时间复杂度无无穷大，从而提示我们在设计绝热算法时，此类型演化路径的使用并不能随意。 2．首次全面地研究了额外驱动哈密顿量在绝热计算中的实用性，即经过研究发现，当额外驱动哈密顿量形式固定时，若其前面系数配置不当的话，所得绝热算法将会完全失效；当系统绝热演化路径形式相对固定，但允许额外驱动哈密顿量形式变化时，仅特定形式的额外驱动哈密顿量可以被用来提高绝热算法效率，而此形式正好为已知几乎所有文献中所广泛使用，从而给出这一现象的一种很好解释。 3．解决了全局绝热演化的正确量子线路实现问题，所获的线路模型下时间分片数与绝热算法的时间复杂度是一致的，而之前能够得到的结论是局部绝热计算的演化时间是与其对应量子线路模型实现时的时间分片数相吻合的；基于此，首次给出一种非线性绝热演化的量子线路模型实现。 4．将常规绝热搜索算法中所有数据元素等幅叠加方式看成是以这些数据元素的先验概率分布方式组织时的特殊情形，研究了数据元素的先验概率分布对绝热算法性能的影响。并且发现，若适当利用这些先验概率分布的信息，相应的绝热算法性能可以大大得到改善。 5．改进了相关文献给出布尔函数估计的绝热算法设计，得到即使不添加辅助驱动哈密顿量的常规绝热演化亦能够于常数时间复杂度内实现布尔函数估计的目标。 6. 证明了具有一般化模型的绝热演化同样可以利用系统初末态之间的保真度来估算对应算法时间复杂度，从而可以摆脱依赖绝热定理来估算绝热算法时间复杂性度的限制，同时也为估算绝热计算所需关键系统资源提供导向作用；另一方面，这一研究结果也可以看成是对之前相关文献中提出相关公开问题的一个部分回答。