(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 202210671955.4 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 武汉工程大 学 地址 430205 湖北省武汉市东湖新 技术开 发区光谷一路20 6号 (72)发明人 郝静　卢海林　张钾奇　王宇秋慧 　 郭馨阳　 (74)专利代理 机构 北京知联天下知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11594 专利代理师 韩艺珠 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 111/08(2020.01)G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种桥梁温度场的随机模拟方法及装置 (57)摘要 本发明提供了一种桥梁温度场 的随机模拟 方法及装置， 本发明的方法充分考虑了桥梁结构 的实际温度随时间的变化特征和温度数值的统 计特性， 实现了对桥梁随机温度场的模拟。 基于 监测温度数据的统计特性和时变规律， 建立了一 套采用随机模拟方法对长期温度场进行统计模 拟的实用方法， 使温度效应分析更为准确具有广 阔的工程应用前景。 此外， 本发明提供的方法通 过引入随机函数表达， 在保证不降低模拟精度的 前提下， 使得计算成本 显著降低。 权利要求书4页 说明书9页 附图7页 CN 115422625 A 2022.12.02 CN 115422625 A 1.一种桥梁温度场的随机模拟方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取确定性温度分量和随机性温度分量； 将所述确定性温度分量和所述随机性温度分量相加获得桥梁温度场。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述获取确定性温度分量包括： 根据测点的总温度变化选择 数学模型， 即为确定性温度分量， 所述确定性温度分量 为Td＝Asin(2 π·w·t+θ )+B； 其中， Td为确定性温度分量， w是三角函数的角频率， 由测点的采样频率确定， t为时间， A、 B、 θ 为待定的参数； 所述获取随机性温度分量包括： 用测点的总温度变化减去确定性温度分量得到数据 值， 对数据值进行随机模拟， 获取随机性温度分量。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特 征在于， 所述获取随机性温度分量包括： 确定第一随机变量和第 二随机变量， 所述第 一随机变量和所述第 二随机变量为零均值 的正交随机变量； 根据所述第一随机变量和第二随机变量模拟得到所述随机温度分量； 所述第一随机变量和第二随机变量分别由第一随机变量函数和第二随机变量函数通 过映射得到 。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述第 一随机变量函数和第 二随机变量函 数通过以下 方式确定： 其中， 为第一随机变量函数， 为第二随机变量函数； k＝1,2, …,N； i＝1,2, …,n， k 表示频率截断项数， i表示变量维度， Θ1和Θ2为区间(0,2π )内均匀分布且相互独立的两个 基本随机变量； 所述第一随机变量函数和所述第二随机变量函数， 通过MATLAB的rand( ‘state’,0)和 temp＝randperm(n ×N)函数， 映射 为第一随机变量Rik和第二随机变量 Iik。 5.根据权利要求3或4所述的方法， 其特征在于， 根据所述第一随机变量和所述第二随 机变量确定所述随机温度分量 为， 其中， X(t)为随机温度分量； k＝1,2, …,N； i＝1,2, …,n； k表示频率截断项数； i表示变 量维度； Δω为频率步长； ωk为频率截断项数为k的频率， ωk＝k×Δω； D(ωk)为频率为 ωk时的自谱对角矩阵； t为时间； Rik为第一随机变量， Iik为第二随机变量； λi(ωk)是本征正 交分解的相干函数矩阵在频率截断项数为ωk时的特征值， χi(ωk)和κi(ωk)分别为本征正 交分解的相干函数矩阵的特 征向量在频率截断项数为ωk时的实部和虚部 。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特 征在于， 所述D(ωk)由自谱对角矩阵确定； 所述自谱 对角矩阵是根据自功率谱密度函数构建的矩阵， 具体为，权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115422625 A 2其中， D(ω)为自谱对角矩阵， S11(ω)、 S22(ω)和Snn(ω))分别为第一测点、 第二测点和 第n测点的自功 率谱密度函数； 所述自功 率谱密度函数， 是根据单个测点的总温度变化减去 确定性温度分量得到数据值采用谱分析理论确定自功率谱密度函数模型； 代入频率ωk， 确定所述D(ωk)。 7.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述λi(ωk)、 χi(ωk)和κi(ωk)根据相干函 数矩阵本征正交分解确定， 具体为： 相干函数矩阵γX(ω)是一个非负定的Hermitian矩阵： 其中， γ12(ω)和γ21(ω)， 为第一个测点与第二个测点的相干函数； γ1n(ω)和γn1 (ω)， 为第一个测 点与第n个测 点的相干函数； γ2n(ω)和γn2(ω)， 为第二个测点与第n个 测点的相干函数； 所述相干函数是根据不同测点的总温度减去确定性温度分量得到数据值 构建的函数模型； 对相干函数矩阵γX(ω)本征正交分解： 其中， ω为频率， λi(ω)和 ψi(ω)(i＝1,2, …,n)分别为本征正交分解相干函数矩阵的 特征值和特征向量， 为特征向量 ψi(ω)的共轭转置向量， 特征向量 ψi(ω)＝χi(ω)+ iκi(ω)， χi(ω)和 κi(ω)分别为特 征向量 ψi(ω)的实部和虚部； 代入频率ωk， 确定所述 λi(ωk)、 χi(ωk)和 κi(ωk)。 8.一种桥梁温度场的随机模拟装置， 其特 征在于， 所述装置包括： 获取单元， 用于获取确定性温度分量和获取随机性温度分量； 计算单元， 用于将所述确定性温度分量和所述随机性温度分量相加获得模拟的随机温 度场； 所述获取 单元获取确定性温度分量包括： 通过测点的年温度变化选择 数学模型， 即为确定性温度分量， 所述确定性温度分量 为Td＝Asin(2 π·w·t+θ )+B； 其中， Td为确定性温度分量， w是三角函数的角频率， 由测点的采样频率确定， t为时间， A、 B、 θ 为待定的参数； 所述获取单元获取随机性温度分量包括： 用测点的总温度与确定性温度分量作差得到 数据值， 对数据值进行随机模拟， 根据第一 随机变量和第二 随机变量模拟得到所述 随机温权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115422625 A 3