非平稳非高斯湿下击暴流风雨荷载的模拟

为模拟湿下击暴流风雨荷载,使用时变平均风速和调制的kaimal谱数值模拟具有非平稳非高斯特征的下击暴流脉动风速。从模拟结果可以看出,模拟的脉动风速相关函数明显具有时变的特征,而且瞬时相关函数均与目标函数吻合,因此模拟的脉动风速具有非平稳的目标特性;与此同时,在任意时刻,目标函数也与模拟的脉动风速概率密度函数吻合,表明模拟的脉动风速也具有非高斯的目标特性。因此,所采用的非平稳非高斯过程模拟方法有效可行。针对雨滴冲击荷载,首先对单个雨滴运动分析,推导出单个雨滴的冲击力,进而运用单位体积雨滴谱将单个雨滴冲击扩展到大量雨滴的冲击状态。结果表明,风速对雨滴冲击荷载的影响大,雨荷载变化趋势基本与风速一致,说明湿下击暴流的雨滴冲击作用主要由风速拖拽所致;此外,通过改变降雨强度发现,随着降雨强度增大,雨滴冲击力的变化趋势几乎不变,但峰值增大。     

下击暴流移动对其水平风速及影响高度的作用

针对下击暴流整体移动对其水平风速的增大效应,采用数值模拟方法(CFD)得到全尺寸下击暴流不同径向位置的风剖面,并与线性叠加算法得到的水平移动下击暴流的风剖面进行对比,发现线性叠加方法在R/D≤1.1径向区间内不能准确体现下击暴流整体水平移动对沿其整体移动方向上的纵向风速剖面的影响。为此,本文提出了非线性预测方法,准确地得到了下击暴流不同水平移动速度条件下的不同径向位置风剖面;结合风剖面计算该公式与大气边界层风速分布,研究了地表粗糙度、10m高度参考风速、下击暴流初始出流速度等对下击暴流影响高度的作用。结果表明:整体水平移动下击暴流影响高度的最大值出现在R/D≤1.13范围;地面粗糙度增加明显降低了该影响高度;整体移动速度增大显著增加了下击暴流的影响高度。     

夯击能应用于高填土地基的一些探讨

大量工程实践表明 ,对填土及软土地基进行夯击加固时 ,夯击能的选取不仅与填土层的厚度有关 ,而且与填土层下覆土质的工程地质条件等因素密切相关。本文结合南方某港口填土地基加固工程实例 ,对在高填土地层中夯击能的使用问题进行了探讨 ,分析了当填土层的下卧层分别为坚硬土层和软弱土层、以及当填土层的填料分别为粗颗粒料和含水量较高的粘性土等细粒填料时 ,填土层加固的机理 ,制定了在不同条件下选取夯击能的标准 ,并根据现场检测资料 ,评价了该场地的地基加固效果 ,进一步验证了所确定夯击能标准的可靠性。     

5-1/2 FH钻杆接头极限承载能力研究

随着超深井、定向井、水平井、大位移井及大斜度井在石油钻井工程中的广泛应用,由井下复杂工况引起的钻杆接头过早失效问题日益突出,导致钻井周期增长,成本增加,成为制约钻井工程效益的主要因素之一.近年来,不少学者对钻杆接头进行了大量研究,多数采用二维轴对称模型,少数采用三维力学模型,但并未同时考虑螺纹升角和井眼弯曲作用等因素的影响,而钻杆接头的极限承载能力研究更是鲜见报道.针对上述问题,基于虚功原理、von Mises屈服原则及接触非线性理论,同时考虑螺纹升角和井眼弯曲作用,建立了钻杆接头的三维数值仿真模型与井眼曲率到加载弯矩的转换模型,研究了钻杆接头的上扣特性、井眼曲率对连接强度和密封性能的影响,考虑预紧力、弯曲载荷及动载安全系数,计算了钻杆接头的极限工作拉力和极限工作扭矩.研究结果表明:上扣扭矩使钻杆接头产生一定的初始接触压力,保证钻杆接头井下作业过程中的连接强度与密封性能;井眼曲率对钻杆接头井下作业过程中的连接强度与密封性能影响极大,常见的某些工况会导致钻杆接头的连接强度和密封性能丧失,考虑服役时的随机振动与冲击,常规的超深井、水平井、定向井、大位移井及大斜度井弯曲段钻杆接头的设计和选型应着重考虑井眼曲率的影响;针对设计的每种钻杆接头,都应考虑常见的井眼曲率和轴向拉伸载荷进行极限工作拉力和极限工作扭矩的精细化数值计算,以确保其安全工作.     

加强空心圆柱中纵向贯穿裂纹的热击应力强度因子

本文研究了带纵向贯穿裂纹的加劲空心圆柱的热击问题,文中对圆柱内腔突然冷却热击时所引起的温度变化、应力场及热击应力强度因子等问题,作了分析与计算,数值结果绘制了图形,这可供实际参考使用。     

新型碳酚醛材料状态方程研究

碳酚醛材料在航空航天领域有着广泛的应用,其高压力学性能的研究逐渐受到人们的关注。本文通过轻气炮实验,开展了新型碳酚醛材料冲击压缩力学性能研究。采用非对称碰撞直接测量法测量并计算了击波速度(D)与波后粒子速度(u),建立了D-u型的Hugoniot曲线,并由此推导了两种P-η型的状态方程。进一步,建立了该材料的Murnaghan状态方程,求得了相应的材料参数,并对Murnaghan状态方程和P-η型Hugoniot状态方程进行了比较和分析。     

虚拟时变微下击暴流的数值仿真方法

为了生成虚拟飞行仿真中的微下击暴流风场,本文提出了一种基于涡环原理的工程化非对称时变微下击暴流模型。考虑了空气粘性的作用,建立了有限粘性涡核模型,解决了诱导速度在涡核内分布不连续的问题。采用湍流自由射流理论求解涡环中心轴处诱导速度,避免了奇异值的产生。考虑造成涡环运动的因素,建立了随时间变化的非定常涡环模型。仿真结果表明:与解析法相比,本文采用的数值方法所耗机时短(仅需0.3871s),所得结果与解析法结果完全一致,计算结果精确;且得出的微下击暴流风场的分布与真实情况类似,可满足实时飞行仿真的需要。本文结果可为虚拟飞行实验提供一定的理论参考。     

下击暴流作用下群体高层建筑风压干扰特性的数值分析

针对布局变化对高层建筑下击暴流场气动干扰特性研究的缺乏,采用RNG k-ε湍流模型封闭求解N-S方程的RANS方法模拟下击暴流场,在与已有单体高层建筑下击暴流场试验数据进行对比验证的基础上,模拟研究两幢高层建筑布局的下击暴流风效应场。考虑建筑布局距风暴中心距离变化以及布局纵横向间距变化时,施扰建筑对受扰建筑立面风压的影响,获取立面风压干扰规律与特性。结果表明:受扰建筑迎风面干扰因子随风暴中心距离的增大而增大,突出表现在较大距离区间(r2D),且干扰作用随布局纵横向间距的变化存在较明显差异;当距风暴中心较近时(r2D),布局纵横方向间距变化对受扰建筑干扰因子的影响较小;在径向最大风速位置处(r/D=1.0),临近施扰建筑的受扰建筑侧风面风压相对单体情况有所减小,其干扰因子随布局纵向间距的增大而减小,随横向间距的增大而增大。     

升温热冲击环境下超高温陶瓷材料抗热震性能的热-损伤模型

在现有的抗热震理论基础上考虑到超高温陶瓷材料热物理性能对温度的敏感性及损伤在其使役历程中随温度的演化,建立了适用于升温服役环境下表征超高温陶瓷材料抗热震性能的热-损伤模型。该模型考虑了微裂纹尺寸、密度、热冲击环境温度等因素对材料抗热震性能的影响。利用此模型研究了超高温陶瓷材料在升温服役环境下损伤以微裂纹形核规律演化时对其抗热震性能的影响。从理论上验证了基于材料微结构设计思想在制备超高温陶瓷材料时,引进一定密度一定尺寸的微裂纹并控制其随温度演化规律以形核方式进行,既可以使材料保持较高的强度又能大幅度提升材料的抗热震性能。     

硬盘驱动器冲击激励的头盘碰撞分析

根据Winchester型硬盘驱动器在冲击载荷作用下头盘碰撞的动力学方程,利用数值模拟方法分析了在正弦半波激励条件下头盘系统的动力学响应过程。当头盘系统发生碰撞时,冲击激励峰值加速度与作用时间的倒数之间具有近似线性关系。随激励强度和作用时间的变化,硬盘驱动器具有性能退化、盘面局部损坏和头盘系统结构破坏三种失效形式。磁头浮动块与磁盘盘面发生多次碰撞,碰撞位置可能在浮动块尾端,也可能在浮动块的前端。硬盘驱动器冲击失效的理论分析结果得到了爆炸冲击环境条件下试验现象的验证。     

结构碰撞的动力响应分析

本文研究结构在动力作用下发生碰撞时的动力响应的分析方法。其中碰撞包括结构与刚（弹）性支座的碰撞和两个结构物之间的碰撞；碰撞的速度假定为中低速度，分析时不考虑局部的破坏问题。本文方法的关键点是提出了碰撞过程中的碰撞反力的模拟表达式。它是通过碰撞时结构与碰撞物体的碰撞力和碰撞变形关系的假定，并利用能量守恒原理，动量守恒原理和冲量定理建立的，既可描述完全弹性碰撞过程也可描述非完全弹性碰撞过程，当然也可考虑结构阻尼的影响。文末给出了几个算例，其中与有解析解的做了比较，符合得很好；至于没有解析解可比较的，在理论上也是合理的，算法上采用了中央差分的逐步积分法，在碰撞过程中采用非常小的积分步长，获得了预想的理想结果。     

结构碰撞的动力响应分析

本文研究结构在动力作用下发生碰撞时的动力响应的分析方法，其中碰撞包括结构与刚（弹）性性支座的碰撞和两个结构物之间的碰撞；碰掸的速度假定为中低速度分析时不考虑局部的破坏问题，本文方法的关键点是提出了碰撞过程中的碰撞反力的模拟表达式。它是通过碰撞时结构与碰撞物体的碰撞力和碰撞变形关系的假定，并利用非完全弹性碰撞过程，当然也可考虑结构阻尼的影响。文末给出了几个算例，其中与有解析解的做了比较，符合得很好。     

混凝土板在接触爆炸作用下的震塌和贯穿临界厚度计算方法

采用刚塑性模型描述介质的动力学行为，结合不可压缩条件和质量守恒条件及边界条件，构造塑性区的动力学许可速度场；利用极限平衡原理推导动力学许可速度场所对应的介质抗力的量纲一表达式；根据初始条件和边界条件，求解运动方程，分别得到爆炸震塌的临界厚度和爆炸贯穿的临界厚度，并推得能够反映爆炸源参数和材料参数综合性质的量纲一冲击因子。将推得的计算公式与经验公式对比分析，证明本文计算结果合理，推导的计算公式揭示了经验公式的物理本质，且具有较为广泛的适用范围。     

平纹编织C/SiC复合材料低速冲击数值模拟

首先,基于空气炮装置进行了2D-C/SiC薄板在冲击速度为79~219 m/s范围内的低速冲击实验,对碎片云团发展过程进行高速摄影记录;其次,基于Autodyn软件正交各向异性复合材料模型,推导2D-C/SiC材料相关参数;选取SPH求解器建立二维计算模型,对实验工况进行数值模拟,并基于碎片云结构、B扫描检测结果和碎片云轴向发展速度验证了该模型可以很好地描述C/SiC材料在冲击载荷作用下的脆性特征和软化行为。最后,基于数值模拟结果推导得出了钢弹丸冲击C/SiC材料的极限侵彻深度预测公式。     

绳索的大变形问题

根据绝对柔韧杆在大变形时应变与位移的准确关系以及平衡方程;推导出绳索在自重作用下的精确关系以及平衡方程,推导出绳索在自重作用下的精确解析解．并举例对电缆进行了分析和讨论．     

湿下击暴流作用下建筑立面雨压分布特性的数值分析

下击暴流作用于建筑物将产生严重破坏,虽然其引起的风荷载已有较多研究,但均局限于无降雨的干下击暴流作用情况。目前,已有研究表明风雨环境下的建筑风驱雨(wind-driven rain,WDR)可能产生较显著的雨压荷载,因此对有降雨的湿下击暴流作用下建筑立面WDR雨压开展研究十分必要。基于建筑WDR数值模拟方法,引入欧拉多相流模型,采用RNG k-ε湍流模型封闭求解N-S方程,模拟求解湿下击暴流的建筑WDR场,侧重考虑建筑距风暴中心位置及雨强变化的情况,分析迎风面WDR雨压分布特性并与干下击暴流作用下的纯风压进行比较。结果表明:随着建筑远离风暴中心,雨压存在先增大后又减小的现象;迎风面沿竖直中心线上同处的雨压可达纯风压的20%,且迎风面较大风压、雨压均出现在建筑底部位置,因此湿下击暴流风压与雨压联合作用将比较显著,需要考虑其对建筑的影响。     

微惯性传感器建模及冲击响应分析

研究了微惯性传感器在冲击环境下的可靠性问题，重点分析了微惯性传感器在冲击载荷作用下的冲击响应问题。根据微惯性传感器结构部件主要由质量块、支承梁、衬底组成的特点，建立了微惯性传感器结构部件的集总参数模型，得出了微加速度计和微陀螺在半周正弦加速度冲击载荷作用下的冲击响应解析解，并采用有限元分析软件ANSYS验证了该解析解的正确性。此冲击响应解析解对预测微惯性传感器在冲击环境下的可靠性具有重要作用。     

山地下击暴流风剖面特性试验研究

为研究山地下击暴流的近地风场特征,建立了三维余弦山体模型,通过物理试验研究了不同初始出流风速和径向距离下山地下击暴流的风场特性、风剖面特性和山顶风速加速效应。研究结果表明:在山体迎风侧,气流挤压使得风剖面中最大风速值所在高度更贴近地面,在山体背风侧,由于山顶对气流的抬升作用,风剖面中最大风速值所在高度显著提高;距离风暴中心径向距离和出流风速大小会明显影响山地下击暴流的风速值,对山顶最大风速加速比影响较小;山地下击暴流山顶最大风速加速比在数值上近似等于1.0加上对应的山体坡度值。     

起落架落震试验机轮瞬态冲击转速的测试方法

飞机起落架落震试验中,机轮触台时的瞬态转速变化的测试数据对起落架安全设计和强度研究有着重要的意义.本文针对机轮在高速旋转冲击下,震动强烈并且瞬态转速变化范围大的特点,设计了非接触式机轮转速测试系统.采用M/T转速测量方法,实现了机轮在触台全过程中瞬态转速的准确测量.     

DYNAMIC SUBSTRUCTURE METHOD FOR PROPAGATION OF ELASTIC-PLASTIC WAVE INDUCED BY IMPACT

通过建立弹塑性碰撞动态子结构模型,推导了模态坐标下的控制方程,提出了模拟柔性结构碰撞激发弹塑性波传播的动态子结构方法,并对其中的主模态的存在性和主模态截断的收敛性进行了证明.通过对柔性杆纵向碰撞和柔性梁横向碰撞两个算例的计算,并将计算结果与理论解和三维动力有限方法计算结果进行了对比,验证了该方法的数值收敛性和计算碰撞弹塑性波传播的有效性.