基于谐波合成法的多维空间风场模拟MATLAB系统

资 源 简 介

本MATLAB项目采用谐波合成法高效模拟非平稳多维风场，精确复现功率谱密度与空间相干特性。支持自定义网格布局，生成符合工程分析需求的多点风速时程，适用于结构风荷载研究及风场特性仿真。

详 情 说 明

基于谐波合成法的多维空间风场模拟系统

项目介绍

本项目实现了一个基于谐波合成法（WAWS）的非平稳风场多维模拟系统。该系统能够精确模拟具有指定统计特性和空间相关性的多点风速时程，适用于结构风工程分析、风场特性研究等领域。核心功能是通过自定义空间网格和风场参数，生成考虑空间相干效应的多维风速数据，并提供全面的验证与可视化分析。

功能特性

• 高效谐波合成算法: 采用成熟的谐波合成法（WAWS），高效生成满足目标统计特性的多维随机风场。
• 灵活的风谱模型支持: 支持用户自定义或内置经典功率谱密度函数（如Von Karman谱、Kaimal谱等）。
• 精确的空间相关性模拟: 集成空间相干函数模型，真实反映风场在不同空间位置上的相关性。
• 自定义空间网格: 允许用户定义任意三维空间网格布局（节点坐标、数量、尺寸），模拟复杂空间结构的风场。
• 全面的统计验证: 自动对模拟生成的风速时程进行统计特性验证，包括自相关函数、功率谱密度和相干函数。
• 丰富的可视化输出: 提供风场空间分布动画、等值线图等多种图形结果，直观展示风场时空演变特性。

使用方法

1. 参数配置: 在主脚本或配置文件中设置模拟所需的各项参数。

* 风场特性: 平均风速、湍流强度、积分尺度等。 * 功率谱密度: 选择或定义目标功率谱模型及相关参数。 * 空间网格: 定义模拟点的三维坐标（如高度、水平位置）。 * 相干函数: 设置相干模型参数（如衰减系数、参考距离）。 * 模拟时间: 设定时间步长和总模拟时长。

1. 运行模拟: 执行主程序，启动风场模拟计算。
2. 结果分析: 程序运行结束后，将生成对应的数据文件和图表。

* 数据输出: 获取多维风速时程矩阵（时间×空间点）。 * 验证报告: 查看模拟风场的统计特性验证结果与质量评估报告。 * 可视化: 分析生成的风场动画和空间分布图。

系统要求

• 操作系统: Windows / Linux / macOS
• 软件环境: MATLAB (推荐 R2018a 或更高版本)
• 硬件建议: 无特殊要求，但处理大规模空间网格或长时程模拟时，建议配备较大内存。

文件说明

主程序文件包含了整个模拟系统的核心流程，实现了从参数初始化和验证，到谐波合成法生成随机相位角与振幅，进而构造互谱密度矩阵并进行Cholesky分解的核心算法。它还负责执行双重求和运算以生成多维风速时程，并完成对模拟结果的后续处理，包括计算统计特性进行验证以及生成风场可视化图形。