波浪力作用下跨海大桥变形数值模拟的可靠性分析（英文）

针对跨海大桥在复杂海浪力作用下数值模拟计算的可靠性问题,以青岛胶州湾跨海大桥为研究背景,开展了GPS变形监测与数值模拟计算。对监测的跨海大桥水平移动与海浪风速值进行了db3小波三层分解,分析了桥梁水平变形值与风速相关关系。将青岛胶州湾跨海大桥计算的复杂海浪作用力量值,成功地加载于FLAC3D软件,实现了桥梁变形的数值模拟计算。由于GPS变形监测精度可达到毫米级,故以其为桥梁变形准确值,判断数值模拟可靠性。经比较,X方向、Y方向及Z方向位移相对误差介于33%～41%之间,可见数值模拟误差较大,这主要是由于多种环境因素影响以及施加海浪力偏差引起的。但数值模拟总体上反映了跨海大桥在复杂的海浪力作用下的变形规律,为准确地评估跨海大桥安全运营提供了一种有效的技术支撑。     

利用极值分布概型预测海峡地区风环境期望风速

根据《公路桥梁抗风设计规范》,对于特别重要的桥梁要求对桥址处的设计基本风速进行重新观测或参考实测风速样本进行推算得到,选取合理的基本设计风速.本文选取厦门一漳州跨海大桥附近的厦门市专业气象台和龙海市气象局360个月的极值10分钟平均时距的风速和风向标准值,采用3种极值分布概型推算出不同重现期内的设计风速.得出了厦门海峡桥址处100年一遇的期望风速为35.8 m/s,小于规范给出的厦门地区100年一遇基本设计风速39.7m/s.     

重庆大宁河特大桥成桥状态抖振响应分析

目前桥梁的抗风研究主要针对平原开阔地区,复杂山地风作用下桥梁的抗风问题研究很少.以重庆大宁河钢桁架特大拱桥为对象,通过现场实测,得到了该桥桥址处的风环境特性,包括平均风速沿高度的变化规律、湍流强度、脉动风功率谱密度函数以及湍流积分尺度等参数.根据风特性参数,计算出该桥在成桥状态下的抖振力和响应值,结果表明:即使在45m/s风速下,抖振位移响应也在公路桥梁抗风设计规范(JTG/T D60-01-2004)规定范围内.山区地貌中的平均风速沿高度的变化规律不符合公路桥梁抗风设计规范给出的指数变化率分布,湍流强度明显大于规范值.     

山区峡谷地带大跨度桥梁风场特性试验

以主跨1176m的超大跨度悬索桥--湘西矮寨大桥为工程背景,进行了桥址处峡谷地形模型的风场特性风洞试验研究.主要研究了山区峡谷风对桥梁结构抗风设计的影响.提出了由地形模型谷口中前试验风场梯度风速与模型中桥位桥面高度处风速的实测对应关系,结合实际谷口前的梯度风速计算桥梁设计风速的方法.试验结果表明:峡谷内沿桥跨方向平均风剖面的分布具有明显不均匀性,不能用统一的剖面形式描述;桥面高度处风迎角明显高于规范要求的±3.之内的检验标准;峡谷风速放大效应需综合考虑测点高度和两侧山体地形的影响.     

大跨度桥梁斜风作用下抖振响应现场实测及风洞试验研究

基于现场实测和全桥气弹模型风洞实验,对大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应进行了研究.在西堠门大桥上安装了GPS位移测量系统和加速度传感器,对桥梁在施工和成桥阶段的风速、风压和抖振响应进行了同步现场实测.然后设计1∶124的全桥气弹模型,进行了该桥在正交风与斜向风作用下的抖振响应风洞试验.对现场实测数据和全桥气弹模型风洞试验结果进行了对比分析,实测数据与风洞实验结果吻合较好.分析结果表明大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应幅值可能达到甚至超过同等风速正交风作用下的响应值.因此,大跨度桥梁抖振响应分析中考虑斜风的作用是非常有必要的.通过对本桥在斜风作用下抖振响应的现场实测和全桥风洞试验结果的研究,得出了一些关于斜风作用下大跨度桥梁抖振响应的有益结论.     

因特网实时动态GPS"智能桥梁"的设计与实施

介绍了基于因特网的实时动态GPS在大型结构变形监测中应用的原型系统的概念与设计.该系统包括参考基站、监测站、控制中心和用户4部分.文中采用了模拟桥梁变形的仿真平台验证该原型系统.实验结果表明:在10 Hz的采样率下,该系统的数据传输时间延迟可以忽略不计, 并可达到毫米级的三维定位精度.     

5000m特大跨度悬索桥空气动力稳定性风洞试验研究

伴随跨海大桥建造时代的来临,特大跨度悬索桥的空气动力性能研究日益紧迫,设计了中跨跨度为5000m的宽开槽和窄开槽钢箱梁悬索桥方案,实现了5000m特大跨度钢箱梁悬索桥的节段模型风洞试验,研究了宽开槽和窄开槽两种方案的颤振性能,识别了其颤振导数、颤振风速、颤振频率、三分力系数等重要参数;其次在风洞试验中研究了多种稳定板组合方案对窄开槽钢箱梁的颤振控制作用,发现中央稳定板和上稳定板的组合能将颤振临界风速提高50%;最后提出了适用于特大跨度悬索桥的二维颤振Straight-forward Method分析方法,对风洞试验进行了数值模拟,验证了该方法和节段模型风洞试验对于5000m悬索桥分析结果的一致性.最终研究认为:中央开槽达到足够宽度的方案与窄开槽附加稳定板的方案都能为跨度5000m的悬索桥提供足够高的颤振失稳临界风速,并能满足世界上绝大多数台风区的要求.     

倾斜有曲率隧道火灾中烟气扩散的数值模拟

为了研究在倾斜有曲率的隧道内汽车发生火灾时烟气的蔓延规律,建立了南昌市红谷隧道一入口处的全尺寸模型,运用Fluent软件对不同风速和不同火源功率下的隧道火灾进行了数值模拟分析,探究了抑制火灾烟气逆流的临界风速;通过与经验公式所算的结果进行比较,验证了数值模拟的可靠性。结果表明:坡度的存在使得火灾烟气更多的向隧道上坡方向蔓延;纵向通风风速太小对烟气蔓延会产生不利的影响,风速达到或大于临界风速时对烟气的控制效果较好;当风速达到临界风速时,曲率的存在使得隧道内侧和外侧的温度呈现不对称分布;隧道火灾火源功率为5、10、20 MW时,临界风速大概分别为2.0、2.5、3.0 m/s,模拟结果与经验公式所算的值变化趋势相似。     

单曲率隧道火灾中的烟气流动数值分析

通过运用ANSYS FLUENT软件对曲线公路隧道模型进行数值模拟计算,并深入分析了不同火源功率、曲率和通风风速影响下的隧道纵轴面和横截面的烟气蔓延规律,且对拱顶以及人高区域沿程烟气温度和CO浓度的变化趋势进行了详细的探讨。结果表明:隧道内拱顶和2 m高度处烟气温度和CO浓度随功率增大而升高,但通风风速2 m/s时,随着功率的增加,火源下游拱顶CO浓度逐渐减小;通风风速大于3 m/s时,下游拱顶烟气温度和CO浓度随着曲率增加而减小,而对于2 m高度处,火源下游烟气温度和CO浓度随着曲率增大而增大,这一规律与通风风速为2 m/s时正好相反;随着风速的增加,烟气温度和CO浓度越低;曲线公路隧道横向浓度不再呈现对称分布,且横断面右上角浓度略大于左下角。     

双锥流量计流出系数特性的数值模拟与试验研究

提出了一种新型的差压式流量计——双锥流量计,利用Fluent仿真软件与实流实验相结合的方法,探索雷诺数、双锥直径比β对双锥流量计流出系数的影响规律.针对50mm管径,共加工了6个不同β值的双锥流量计.经过模拟计算,得到其流出系数与雷诺数有关,但在一定范围内趋于一个定值.此外,不同β值对流出系数的影响很小,在一定误差允许条件下可近似认为双锥流量计流出系数与β无关.进一步用实流实验验证了模拟结果的正确性,得到模拟计算的预测误差小于3%.     

基于ANSYS的铝合金拉片体系墙模改进设计

铝墙模横肋间面板的理论分析结果与有限元计算结果吻合,说明模拟计算具有可靠性。采用ANSYS对铝合金拉片体系现用和几种改进墙模在施工荷载作用下的受力变形特性进行了三维有限元模拟,计算结果表明:侧向变形、弯曲应力较大值均出现在墙模中下部,调整纵、横肋尺寸和间距,可有效改变施工时墙模的受力变形特性,更好地保证浇筑墙体的平整度。3种改进方案在少量增加用材(不超过10%)的前提下,不同程度上减小了墙模的侧向弯曲应力和变形。改进方案三的最大侧向变形相对现用墙模减少了65.25%,为最佳改进方案。     

风洞收缩段曲线气动性能研究

介绍了一种新的风洞收缩段曲线的设计方法,即UG参数化收缩段壁型曲线设计.采用商用软件fluent对这种收缩段曲线性能进行数值模拟计算,获得了好的流场品质,对于风洞的设计以及流动优化提供了新的设计思想.在模拟计算的基础上应用了该研究成果加工制造了一座低速风洞,并对风洞流场进行了校测,对比了模拟计算结果与实验测量结果,并进行了流场性能分析.该设计方法可以应用推广到风洞设计工作中去.     

坝陵河大桥桥位深切峡谷风剖面实测研究

用相控阵声雷达风廓线仪对坝陵河大桥桥址处深切峡谷中风剖面进行了实地观测,结果表明:在地形复杂的山区深切峡谷中,平均风剖面受峡谷地形影响较大,形态有时显得较为复杂而不规则,呈现锯齿形、正切变形或逆切变形等多样化.在峡谷的上半部,平均风速较大时其剖面相对较为规则,但不符合规范中描述平坦地貌平均风速剖面的幂函数形式,而具有e指数函数的变化规律.此外,统计显示,风向角在低空范围内受峡谷地形的影响要比在高空范围内严重,其在低空范围的变化幅度也要比在高空范围的变化幅度大.风迎角的散布范围和绝对值大小均随高度的增加呈减小的趋势.观测得到的峡谷湍流度大于平坦地貌湍流度的规范推荐值,同时峡谷湍流度具有一定的随机性,并且这种随机性随高度的增加而变大.     

球管焊接应力应变有限元三维数值模拟

利用大型有限元分析软件ANSYS,对空心球与钢管焊接件的温度场和应力应变场进行了三维数值动态模拟。不同阶段具体控制措施的准确运用使焊接模拟这一复杂过程得以实现,有限元分析计算结果表明,由于钢球及钢管弧线方向不易变形,管球焊接焊缝应力水平较高,焊缝较易发生脆性破坏,合理的焊接速度与分段施焊法的应用均能有效降低焊接应力水平。     

三维旋转水平轴风力机流场的PIV试验和数值模拟

通过粒子图像测速仪(Particle image velocimetry,PIV)测量和定常计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟相结合的方法,对某三维旋转水平轴风力机模型的流场展开研究。在风洞开口实验段,来流风速为8m/s,针对不同尖速比(λ=4,8)利用PIV技术对风力机叶片的瞬时速度场进行测试。通过定常CFD数值模拟,获得了风力机叶片在相应工况下的流场细节。在8m/s来流风速下,当尖速比大于7.4时,试验测得的风轮扭矩和风能利用率与数值模拟结果趋于一致。尖速比小于7.4时,试验测得的扭矩值低于计算值,其风能利用效率也较低。通过速度矢量分布可以看出,在λ=4时,PIV测得靠近叶根的两个截面S1,S2在叶背有明显的流动分离,CFD结果中仅在S1截面叶背存在流动分离,S2截面叶背存在低速区。在λ=9.8时,PIV和CFD结果均显示叶片绕流流场没有流动分离。尝试采用Gamma Theta转捩模型进行了数值模拟,在考虑了层流影响后,计算所得风轮扭矩更加接近试验值。     

复杂群山环境下某桥址的风场特性

通过地貌模型风洞试验研究复杂群山情况下某桥址的风场特性,分析平均风速、风攻角、湍流强度、湍流积分尺度等随风向角和测点位置的变化特性,获得了复杂群山环境下典型位置测点脉动风速功率谱的变化情况.研究表明:复杂群山环境下,桥址的平均风速均小于梯度风高度的风速;爬坡效应使得顺山谷方向来流(顺风向,即风从谷口吹入)产生显著的正攻...     

超音速下某一维弹道修正弹丸气动特性的数值模拟

为了研究超音速下某型号一维弹道修正弹的气动特性,以可压缩非定常的三维无量纲化Navier—Stokes方程为控制方程,采用结构化网格对其进行了CFD数值模拟计算。数值计算结果显示了其阻力系数、升力系数及俯仰力矩系数在不同马赫数及攻角下的变化情况及其压力等值线分布图。数值模拟得到的气动特性结果与实验值几乎吻合,为今后弹丸的气动设计和进一步深入研究提供了一定的依据。     

金属板料单点无模渐进成形数值模拟及分析

有限元数值模拟对单点无模渐进成形技术的研究起着重要的理论指导作用.本文介绍了教值模拟的基本步骤,重点介绍了圆/方锥台形件模拟轨迹的改进,轨迹环采用正逆相问方式可避免成形件发生扭曲变形.此外,基于Matlab软件编程,可快速生成不同工艺参教的模拟轨迹.最后通过多次数值模拟得出,工具头半径越小,工件成形角度越大,板料发生的等效应变就越大.结论与实验结果完全吻合.     

鼻锥声学特性试验研究

该文内容涉及在气流当中进行声学测量存在的传感器自噪声问题.在速度为10m/s以下的气流中测量噪声,通常用泡沫球形风罩可有效降低气流流过传声器时产生的噪声(称为传感器自噪声).在速度为10m/s以上时,为降低自噪声,传声器必须装上特殊形式的鼻锥.但风速达到某个数值以后,传声器自噪声仍会太大以至于无法进行声学测量.所以,在高速气流中进行声学测量时,传感器自噪声成为测量的制约因素.根据自噪声主要取决于鼻锥的边界层与透声孔干扰的论断,笔者用风洞实验的方法研究了三种形式鼻锥的声学特性,试图寻找降低自噪声水平和提高实验风速的方法.研究表明,在透声孔上覆盖纱网可以降低传感器自噪声.在本文的实验条件下,加纱网可以降低自噪声约5dB或在保持自噪声水平相同的条件下提高实验风速约10m/s.     

基于非结构化单元的磁场及梯度模拟计算

在地球物理磁法勘探中,磁场及其梯度张量数据是磁法正反演及解释的重要基础.本文结合磁梯度张量解析解表达式,实现了一种基于非结构化四面体单元的磁场及梯度模拟计算方法,该方法弥补了传统方法难以处理任意复杂模型的缺陷,同时大幅提高了模拟计算精度.首先,采用非结构化单元剖分异常体可以显著地减小几何误差,更好地模拟带地形复杂模型.其次,采用新的磁梯度张量解析解表达式,其精度比传统的有限元、有限差分方法更高.本文设计了单个球体模型和组合体模型,模拟计算结果体现了该方法的适用性和准确性.