混凝土氯离子扩散理论模型的研究II——基于有限大体的非稳态齐次与非齐次扩散问题

针对I维大平板、Ⅱ雏长方柱体和Ⅲ维长方体等有限大扩散介质,以综合考虑氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和结构微缺陷影响的实际混凝土氯离子扩散新方程为基础,在常数边界条件下推导出混凝土构件的氯离子扩散理论齐次模型,可以作为自然扩散法的计算模型使用.同时,在指数函数的边界条件下获得了I维大平板、Ⅱ维长方柱体、Ⅲ维长方体和正交各向异性Ⅲ维长方体等混凝土构件的氯离子扩散理论非齐次模型,满足实际混凝土结构的多种体形和复杂边界条件.并用大量的实测数据验证了有限大体的Ⅱ维和Ⅲ维氯离子扩散理论齐次模型,探讨了有限大扩散和无限大扩散对混凝土结构寿命的影响.     

混凝土氯离子扩散理论模型的研究I—基于无限大体的非稳态齐次与非齐次扩散问题

针对无限大的扩散介质,以综合考虑氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和结构微缺陷影响的实际混凝土氯离子扩散新方程为基础,在常数边界条件下,推导出一维、二维和三维氯离子扩散理论的齐次模型.同时,根据指数函数的边界条件,在理论上导出了一维氯离子扩散理论的非齐次模型,能满足混凝土结构工程的实际边界条件.最后论证了引进氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和劣化效应系数等参数对于描述混凝土氯离子扩散行为的必要性,探讨了采用多雏扩散理论模型的意义,并通过实验确定了混凝土的指数边界条件函数.结果表明,采用氯离子扩散理论非齐次模型有利于提高混凝土结构耐久性设计的安全性.     

贴壁二维方柱绕流对壁面摩擦应力的影响

利用TR–PIV与平行双丝热线,对平板边界层内的贴壁二维方柱绕流流场和壁面摩擦应力的关联进行了实验研究。主要关注方柱下游大尺度流动结构的运动对近壁面流向平均速度零点处摩擦应力的影响(基于方柱宽度与来流风速定义的雷诺数固定为1.1×10⁴)。研究表明,贴壁二维方柱绕流产生了2种典型的流动结构：一为向壁面靠近并接触壁面的近壁流动结构,本文称“I涡”;一为平行壁面沿流向运动的流动结构,本文称“Ⅱ涡”。Ⅰ涡、Ⅱ涡的出现改变了壁面附近流动速度的大小和方向,影响了测点壁面摩擦应力：增大了流向速度梯度,导致摩擦应力陡增;减小了流向速度梯度,导致摩擦应力锐减;改变了摩擦应力方向。本文研究结果可为理解表面冲蚀、污染物聚集、近壁面湍流耗散等问题的机理提供参考。     

基于层次分析法的桥梁承载力检算方法

在分析桥梁承载力检算方法现状的基础上,引进了变权原理及模糊描述,提出了基于无损检测信息的层次分析法承载力估算模型.基于实测强度的桥梁理论分析了承载力,并结合检测信息进行修正.修正内容包括截面折减及构件恶化,其中截面折减考虑混凝土截面折减及钢筋截面折减;构件恶化考虑了混凝土表观缺损状况、混凝土实际强度、钢筋锈蚀电位、氯离子含量、碳化深度及保护层厚度这6个因素.各因素的权重采用层次分析法,由专家调查的判断矩阵计算,并引进变权公式对状况较差的因素加大权重.最后以实桥为例进行承载力检算,计算结果与试验吻合良好,表明所提方法客观、全面且结果可靠.     

基于流固热耦合低温风洞扩散段热力学特性分析

低温风洞降温过程中,温度变化范围大,容易在结构内部引发较大热应力,影响设备运行安全。以中国空气动力研究与发展中心0.3m跨声速低温风洞扩散段为研究对象,基于流固热耦合方法,采用多物理场数据交换接口MpCCI,联合结构有限元软件Abaqus和计算流体动力学软件Fluent,建立扩散段的流固热耦合仿真模型,分析低温内流场的换热特性,计算低温风洞结构的温度及应力分布。通过低温风洞试验发现,流固热耦合仿真结果接近于实际的测量结果,能够准确反映低温风洞结构的热力学特性,可为低温风洞的结构安全性能优化提供可靠的仿真分析方法。     

基于有限时间和不完备检测的飞机结构延迟模型(英文)

延迟模型是针对飞机结构的故障特点,通过优化飞机结构的维修活动,以达到维修成本最优化的一种有效方法。基于现有的延迟模型都是建立在无限时间跨度假设上的不足,提出和建立了有限时间跨度上的飞机结构不完备检测延迟模型。模型中考虑了飞机结构维修中存在不完备检测、检测门槛值和重复检测间隔等情况,使得延迟模型更加符合飞机结构维修的实际情况。针对模型的复杂性,采用非齐次泊松过程方法研究两次检测之间的更新概率,并采用Nelder-Mead单纯形法对模型进行了优化求解,最后,通过数值算例,验证了模型的合理性和有效性。     

基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正

低温风洞运行过程消耗大量液氮和电力，洞体结构产生附加热应力和热变形，建立可靠的低温风洞热力学模型对研究风洞运行安全性和经济性是必不可少的。以低温风洞扩散段为方法研究对象，建立有限元热力学模型，为提高热力学模型和实际模型的相关性，使用响应面法对有限元热力学模型多个参数进行修正。通过对比分析温度、应力监测点试验数据和仿真数据的差别，确定驻室锥形体内表面对流换热系数为待修正参数；使用中心复合试验设计生成有限元热分析样本空间，以温度、应力监测点试验数据和仿真数据的残差均方和为考核指标，在样本空间内对残差均方和进行非线性回归分析，建立残差均方和的响应面模型；以所有监测点残差均方和总和为目标函数，在样本空间内进行多目标非线性优化分析，得到最优解；验证修正后的热力学模型，结果表明:（1）基于响应面法的热力学模型修正是可行的；（2）修正后的热力学模型分析数据与试验数据吻合性提高，并且适用于其它降温试验。     

三维编织复合材料圆柱壳的热后屈曲分析

通过研究三维圆型编织中所形成的空间纱线交织结构的特征,给出了改进的三细胞结构单胞模型,通过单胞的组装和变换,得到编织预制件的整体力学性能模型.基于Reddy高阶剪切变形理论,导得广义Kármán型大挠度方程,计及边界层效应,采用奇异摄动法,考虑非线性前屈曲、大挠度和初始几何缺陷的影响,给出三维四向编织复合材料圆柱壳在均匀热分布作用下的严格满足边界条件的大挠度渐近解,讨论了纤维体积含量、编织角和几何参数等因素对圆柱壳屈曲和后屈曲行为的影响.     

离散W变换-Ⅱ的一种快速递归算法

离散W变换(DWT)是一种新型的实正交变换。具有一定对称特性与反对称特性的离散W变换有四种类型,即DWT-j,j=Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,它们均可用于数字信号处理。本文首先导出了DWT-Ⅱ的递归特性,由此提出了计算长度-2~m离散W变换-Ⅱ(DWT-Ⅱ)的一种新算法——快速递归算法。该算法由两个同阶的低阶DWT-Ⅱ直接形成较高阶的DWT-Ⅱ。文中给出了长度为2~1,2~2,2~2,2~4的DWT-Ⅱ快速递归算法的信号流图,列出了DWT-Ⅱ的直接算法与快速递归算法所需的实乘次数、实加次数以及实乘和实加总次数。本文提出的算法不仅大大减少了计算DWT-Ⅱ的运算量,而且具有数值稳定、结构简单规则、易于硬件或软件实现等优点。本文对促进DWT的实际应用也有重要价值。     

刀具螺旋角对高速铣削系统稳定性的影响

考虑铣刀螺旋角的影响,将刀齿的切削过程划分为连续,切入和切出3个过程,建立了高速铣削系统的动力学模型。运用半离散估计技术,将无限维特征值稳定性判定问题转化为有限维Floquet变换矩阵特征乘子稳定性判定问题,判定了系统的稳定性,获得了系统的稳定性极限图。结果显示,在考虑刀具螺旋角影响的情况下,铣削系统稳定性极限较传统情况有所增大,出现了类似“岛”的结构,其位置由轴向切削深度和螺旋齿距的关系决定,且由于切削刀齿切入、切出过程的影响,“岛”不是孤立的,而是有稳定性“桥”连接。理论结果通过铣削实验进行了验证。     

基于几何设计法的航空发动机内外机匣减振控制新方法

航空发动机在运行过程中，由于其结构的复杂性和外部气流的不稳定性，不可避免地会产生大量的振动问题。针对航空发动机整机振动问题，首先根据航空发动机的实际结构并结合经验总结，建立了一种通用的转子-支承-机匣振动传递动力学模型，并从航空发动机内外机匣减振控制问题出发，利用一种新型的控制算法（几何设计法），在有限频域内来设计减振控制器，在传感器和执行机构受限的情况下，尝试对多个输出量（即航空发动机的内机匣和外机匣）进行减振控制，并与经典控制理论法比例、微分、积分（Proportional integral derivative,PID）设计的减振控制器进行减振效果对比，最后通过Matlab/Simulink搭建仿真模型并进行仿真验证。结果表明，几何设计法在有限频域内可以直观地获得最优控制器的存在性、唯一性、最优性，对于主控对象的减振控制最优可高达25 dB，相较于传统控制方法形成明显优势。     

双凸极永磁电机气隙对电机静态特性的影响研究

结合双凸极永磁电机的结构特点及工作原理,在12／8极双凸极永磁电机模型的基础上．采用二维磁场有限元分析法．在取电机气隙不同值的情况下．时电机内电磁场进行了仿真计算,并时计算结果作了分析处理,得出气隙大小影响电机静态特性的关系;时同一台原理样机,在取气隙不同值时时其输出特性进行了实验测试。根据理论分析和实验结果,当确定电机气隙的大小时,须根据负载的特性要求,选择一个合适的值。     

描述碳纳米管内水分子单链的深度学习势

碳纳米管通道内的受限水具有与体相水截然不同的物理力学性质。当纳米管直径低至约0.8 nm时,通道内水分子形成与生物水通道内类似的单链结构,并显现出极高的流速和离子排斥能力。尽管基于经验势的分子动力学模拟在揭示单链水的奇特行为方面发挥了重要作用,但其模拟结果通常依赖于水模型和壁面-水作用参数选取。本文以从头算分子动力学计算结果为数据集,通过深度神经网络训练获得描述碳纳米管内单链水的深度学习势。基于深度学习势的分子动力学模拟在势能和原子受力方面具有近似第一性原理水平的准确性但低得多的计算成本,能准确重现从头算分子动力学得到的单链水性质,包括O-H键长、H-O-H键角、取向角和密度分布等。此外,本文对比了该深度学习势与常用经典水模型所得结果的异同。本文所构建的深度学习势为以接近第一性原理的准确性进行碳纳米管内单链水体系的大尺寸、长时间模拟提供了可能。