钢质天线风振疲劳寿命：频域与蒙特卡洛方法对比研究

本文探讨的是钢质天线结构在风振作用下的疲劳寿命估算方法比较研究，发表于2008年的《振动与冲击》期刊，属于工程技术领域的论文。研究背景是屋顶天线结构，这种由细长钢结构杆身构成的柔性结构，在随机风荷载的作用下容易产生显著振动，风振疲劳成为其主要的失效模式。 研究者利用了一项屋顶钢质天线的气弹模型风洞试验数据，着重分析了疲劳分析的关键点处的应力响应功率谱。他们采用了一种频域上的疲劳累积损伤理论——等效窄带法，这种方法通过将复杂的风力频率响应转换成简化且易于处理的窄带信号，从而对钢天线的疲劳寿命进行了估算。 此外，研究还引入了蒙特卡洛模拟技术，对关键点的应力时程响应进行模拟，通过雨流法统计应力循环次数，然后结合Goodman法则考虑平均应力的影响，以得到应力范围出现的概率。进一步，通过对这些数据的统计分析，研究人员成功拟合出应力范围的概率密度函数，以此对天线的风振疲劳寿命进行了更为精确的预测。 结果显示，无论是基于频域的等效窄带法还是结合时域模拟的雨流法与Goodman法则，两种方法估算出的钢质天线结构风致疲劳寿命相当接近，这表明两种方法在实际应用中具有良好的适用性和准确性。同时，研究发现平均风对结构的疲劳寿命影响较小，这意味着在设计和维护过程中，可以更关注其他因素，如局部风速峰值和不规则风的影响。 这篇文章提供了一个实用的对比分析，展示了在不同疲劳寿命估算方法下，如何准确评估和预测屋顶钢质天线在风振条件下的耐久性，这对于提升结构设计的可靠性和减少风振风险具有重要的工程实践价值。