波浪力作用下跨海大桥变形数值模拟的可靠性分析

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...     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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.     

强侧风下青藏线列车气动性能风洞试验研究

列车运行过程中可能遭遇来自不同方向的强风,为了充分了解和掌握列车在侧风作用下的气动性能,作者以青藏线为工程背景,通过风洞试验,对强侧风下青藏线客车、棚车、集装箱车在桥梁和平地上运行时气动性能进行了测量和分析.结果表明:列车上的侧向力系数和倾覆力矩系数的绝对值随侧滑角的增加而迅速增大;当侧滑角达到一定值时,列车侧向力系数和倾覆力矩系数的绝对值达到最大值,此后,侧向力系数和倾覆力矩系数的绝对值随侧滑角的增加而减小;在同样的运行速度和同样的大风风速下,列车在桥梁上运行比在平地上运行所受到的侧向力系数和倾覆力矩系数大,因而列车在桥上运行也相对较危险.     

基于ANSYS的齿根应力和齿面变形的合理分析

根据齿轮啮合原理,准确求出复杂的齿廓曲线;采用MATALB—APDL混合建模方法,创建精确的齿轮有限元模型。在不同网格密度等级下,分别对齿轮的齿面变形、齿根应力分布进行分析。对照经验公式的计算结果,得出如下结论：在齿轮数值模拟中,由于有限元软件计算中舍入误差的存在,网格划分合理与否将直接影响仿真程度的高低;网格密度等级对齿面最大变形的仿真结果有较大影响,而对齿根应力影响甚微。     

内环向加筋圆柱形金属膜片变形数值仿真与失效分析

基于贮箱金属膜片特性的研究现状，结合内环向加筋金属膜片的地面排放试验，利用弹塑性大变形有限元分析方法对膜片的变形过程进行了数值模拟。通过与试验对比表明，数值模拟能比较准确的反应膜片变形的过程，并进一步深入分析了膜片的变形规律及变形机理，发现加筋结构处翻转时产生的失稳是膜片失效的主要原因，为改进膜片的设计提供了参考和依据。     

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。     

共轴刚性旋翼气动干扰数值计算方法

建立了一个适用于共轴刚性旋翼气动特性分析的数值模拟方法。该方法采用任意拉格朗日欧拉方法(Arbitrary Lagrange Euler,ALE)描述的可压缩Navier-Stokes(N-S)方程求解流场,采用低数值耗散的Roe格式进行空间离散;使用多重嵌套网格方法以模拟双旋翼的运动。针对共轴刚性旋翼配平,引入"差量修正"策略解决了传统配平中雅克比矩阵计算复杂的问题。首先,对Harrington-2共轴双旋翼的悬停气动性能进行了计算,然后,对某2 m直径共轴双旋翼的悬停及前飞状态进行了计算,并与试验值进行了对比。结果表明:在典型状态下拉力系数的计算结果与试验值误差在3%以内,扭矩系数的计算结果与试验值误差基本在5%以内;所采用的数值计算方法对旋翼涡尾迹特征具有较高的捕捉精度,可以有效模拟共轴刚性旋翼悬停和小速度前飞下的复杂流场及其细节特征。     

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.     

考虑空间效应的基坑变形数值分析

在基坑工程设计中,常忽略基坑空间形状对其变形的影响,将其简化为二维平面问题进行分析,这就在经济上造成了一定的浪费。通过采用数值模拟方法研究长宽比对基坑变形的影响。计算结果表明:当基坑长宽比L/B小于2时,随着L/B的变化,基坑长边方向围护结构水平位移和基坑基底隆起变形具有明显的变化;当L/B超过临界值2后,其变化不再明显,而是趋于一稳定值,与按二维平面问题分析所得结果差距较小。对于基坑短边方向围护结构水平位移和基坑长边方向坑外土体地表沉降而言,基坑长宽比L/B的变化对其影响并不显著。     

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。     

不同下垫面资料对京津冀地区天气数值模拟影响的研究

本文通过引入高分辨率的土地利用数据与高分辨率的地形数据,利用WRF模式对京津冀地区进行了多次天气数值模拟,对比分析观测数据与数值模拟结果中的地面温度、相对湿度、风速风向及地表热通量等气象要素,以京津冀地区夏季晴天为例,初步分析了下垫面效应对天气数值模拟的影响。     

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.     

行波管放大器的时域粒子模拟计算参数

模拟计算行波管放大器的注-波互作用段是工业设计制管过程中最重要、最复杂的环节之一,为达到在这一环节中快速而准确地进行模拟计算参数设置,本文采用时域粒子模拟(Particle-in-cell, PIC)技术与时域有限差分方法(Finite difference time domain, FDTD)编写C程序有针对性地对这一问题展开计算与研究.经过比较与分析可知,网格数目这一参数要比宏粒子数目敏感度更高.本文研究的结果为快速而准确地完成工业设计提供了取值参考.     

竖直上升通道内微气泡湍流流动的数值模拟

为了提高气泡浓度分布预测精度,考虑流体和气泡之间的双向耦合作用,对竖直上升通道内含有微小气泡的湍流流动进行了数值模拟研究。采用直接数值模拟方法模拟流体流动,并用拉格朗日法跟踪气泡受流体和重力作用所产生的运动轨迹。气泡受力包括相间阻力、虚质量力、升力、壁面升力、压力梯度和重力等。数值模拟结果表明,通过加入壁面升力和采用双向耦合方法,可以较准确地预测气泡浓度分布和揭示气泡流动对流体湍流结构的影响。     

基于蒙特卡洛方法的冰晶撞击特性计算

航空发动机摄入冰晶易发生内部结冰、造成发动机推力损失,严重时引发航空事故。冰晶结冰数值模拟是研究冰晶结冰的重要手段,而撞击收集系数计算是冰晶结冰数值模拟的关键环节。基于NNWICE平台开展冰晶结冰前期的阻力系数、运动轨迹和撞击收集系数的数值模拟与计算研究,实现了基于蒙特卡洛方法的冰晶撞击收集系数的准确计算;在此基础上发展了拉格朗日框架下冰晶粒子运动、传热传质耦合数值计算方法;通过完成二维NACA0012翼型的相关算例,对比分析了不同阻力模型和冰晶相变对撞击收集系数的影响。结果表明阻力模型对冰晶撞击收集系数影响较小,冰晶相变过程会对冰晶运动轨迹及撞击收集系数产生显著影响,为进一步发展冰晶结冰数值模拟计算方法奠定了基础。