沉管隧道结构的空间受力性态分析

目前沉管隧道的结构设计计算大我和一维弹性地基梁模型,或在此基础上再取若干个横截面进行平面分析。本文以甬江水底沉管隧道为工程背景,采用墙单元和板壳单元建立沉和结构的三维有限元分析模型,用水土分算原理确定沉管结构的水土荷载,对沉管隧道结构水土荷载的空间分布及沉管结构的空间受力性态进行了数值计算与分析,探讨了水位对沉管结构水土荷载值的影响以及沉管板底与基础的部分脱空和沉管顶部覆土厚度等因素对沉管结构内力     

流体驱动高速运动机构的张开过程模拟

通过计算流体力学、动网格技术和刚体动力学,对水中高速运动柱体上厚板受水流冲击绕销轴加速打开过程进行了仿真分析.计算了厚板从初始位置到与缓冲管接触的张开过程中,厚板周围流场、压强分布、流体对厚板的驱动力矩及厚板的运动规律,并通过与试验结果的对比,验证了计算结果的有效性.计算结果表明:柱体运动速度越快,厚板张开速度越快,受到的驱动力矩越大.研究结果为分析运动机构结构强度提供冲击载荷的时间历程.     

PVC-CFRP管钢筋混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

在试验研究基础上,借助有限元分析软件,选取合理材料本构关系,建立PVC-CFRP管钢筋混凝土柱有限元分析模型,验证分析模型的正确性。对试验进行延拓分析,探讨混凝土强度等级、纵筋配筋率、CFRP条带层数及剪跨比等对试件骨架曲线、刚度退化影响规律,分析低周往复荷载作用下PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的受力性能,揭示低周往复荷载作用下PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的受力工作机理。     

展开式战斗部能量吸收铰链结构

基于展开式战斗部动力学展开原理及理论模型,设计一种具有能量吸收特性的限位铰链,并对不同辅助装药量下展开式战斗部的展开过程进行数值模拟,对比分析了普通铰链和能量吸收铰链的展开过程,重点研究了限位角度时的受力与能量吸收情况,结果表明能量吸收铰链可以更好地降低碰撞力及提高吸能效果。对两种铰链装配的展开式战斗部结构进行了静爆实验,结果显示普通铰链发生不同程度的破坏,而能量吸收铰链结构完整,证明能量吸收铰链达到限位角度时能有效保证战斗部及铰链的完整性,进而验证了能量吸收铰链设计的合理性以及数值模拟的可靠性。     

高气液比垂直管流连续携液实验

在可视化管流实验架上, 采用压缩空气和雾化液体作为实验介质, 模拟连续携液过程并测试 实验参数; 采用高速摄像仪捕捉到气流中液滴实际形状------椭球体. 实验发现: 圆球体模型、 椭球体模型计算结果与实验值分别偏差10{\%}, 58.3{\%}. 分析椭球体受力状态并结合实验数据导出了新的椭球体数学模型, 按照新模型计算的结 果与7口产水气井生产情况一致.     

自由活塞压缩管ALE方法数值模拟

当前国际上实现高焓气体流动的实验手段之一是自由活塞驱动类脉冲设备,包括自由活塞激波风洞和自由活塞膨胀管.采用自由活塞压缩管作为激波风洞和膨胀管的驱动段时,其驱动能力在很大程度上决定了该类设备的性能.本文采用计算流体力学中任意拉格朗日——欧拉方法(arbitrary Lagrangian Eulerian)数值模拟了压缩管内部的自由活塞运动和气体流动特征.采用移动网格技术来适应活塞运动边界,耦合求解网格运动和气体流动过程,并通过双时间步长方法进行流体运动的时间积分.为了满足几何守恒律(geometric conservation law),对移动网格的法向矢量和表面面积计算进行了修正.不同时刻的活塞位置试验测量结果及欧拉方法预测结果,以及基于简单波理论获得的运动活塞底部气体压力、活塞速度与活塞位置都与当前的ALE方法十分一致.该工作为下一步数值模拟自由活塞激波风洞和自由活塞膨胀管中包括压缩管、激波管和喷管等不同部位的耦合流动提供了基础.      

大长径比点火管高密实火药床点传火过程两相流的数值模拟

设计了某中心点火管,完成了该点火管的点传火实验,针对该点火管长径比大、装填密度高的特点,建立了点火管内气固两相流动和燃烧过程的一维两相流模型,并进行了数值模拟。计算结果与实验结果良好符合,说明计算模型能够准确描述点火管内的实际物理化学过程,计算程序参数取值合理,该计算程序可为此类点火管各种结构尺寸及装填条件下的点传火性能分析及优化计算提供充分的理论依据和方法。并且,根据计算结果初步分析了该结构及装填条件下点火管的点传火性能,为下阶段工程优化设计提供参考     

MODELING OF NONLINEAR BEHAVIORS OF IMMERSION JOINT

沉管隧道柔性接头的力学性能是其抗震设计的关键准则. 用有限元方法模拟接头的非线性力学性能需要解决接头处材料非线性和接触非线性两个问题. 为简化分析计算,该文采用分段线性化的方法表征接头的材料非线性问题,引进调整因子改进接触算法中的判断条件,处理接头的边界非线性问题. 通过沉管隧道接头的三维精细化建模,研究了沉管隧道接头在拟静力载荷下的响应,获得了接头的轴向等效刚度曲线、抗弯刚度曲线和非线性耦合的剪切特性曲线,进而分析了不同轴向压力对接头剪切特性的影响.     

内装药管运动特性的理论计算

在圆管与圆管的爆炸复合研究中,需要对管的动态参数做定量的估计。本文从工程应用角度出发,将管看成由一系列微圆环组成,给出微圆环在爆炸作用下的运动规律,用准一维流模型给出管中爆轰产物流动方程,并考虑管材强度及管间空气阻力影响,建立了内装药管动态参数理论计算方法。用这种方法过几种材料进行了计算,其结果与实测结果符合良好。本文建立的方法对工程上的实际应用有参考价值。     

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基于结构动力学基本理论,系统地分析了路面材料阻尼系数的求解方法,以 及材料阻尼效应对路表动态弯沉的影响规律. 结果表明：利用第1,第2主振型的固有频率 计算阻尼系数的方法,能克服传统简化计算阻尼系数而带来的结果偏差;黏性阻尼系数几乎 对路表弯沉时程变化没有影响;土基阻尼效应是影响路表动态弯沉时程变化的关键因素,而 其它层材料的阻尼特征影响甚微. 研究结果为进行路面结构动力学分析时,材料阻尼参数的 计算以及合理取值提供了理论与实践依据.     

膛口反应流并行数值模拟

采用轴对称多组分N-S方程对含有高速运动弹丸的膛口反应流进行了数值模拟.控制方程采用时间分裂方法并在大型计算机上采用MPI方法进行多核并行求解,其中对流项采用二阶AUSM+格式和MUSCL插值方法进行处理,燃气采用氢气-空气混合气,反应机理为9组分19步基元反应.对于弹丸引起的网格运动,采用嵌套网格法处理.并行验证算例与串行计算结果一致,采用20个CPU计算时效率为64％.根据数值结果详细讨论了发射过程中的气体动力学和化学动力学过程,并且通过对两种条件下的计算结果比较分析了化学反应对膛口流场发展的影响.结果表明,上述算法能够较为正确地模拟弹丸和化学反应对膛口流场的影响,并大大提高了计算速度.     

顶驱中心管螺纹的力学性能研究

顶驱中心管螺纹连接可靠性直接决定了钻井作业的效率,为降低事故发生率,有必要对中心管螺纹的力学性能和连接强度进行研究。基于弹塑性力学理论、虚功原理、Von Mises屈服准则、中心管材料本构模型试验研究结果,建立了二维轴对称有限元模型,获得了中心管螺纹接头的应力分布规律,通过钻具接头胀扣试验验证了有限元分析结果的可靠性。结合现场失效的管螺纹,分析了在紧扣圈数、轴向载荷工况下的应力分布以及管体变形情况。结果表明,过大的预紧载荷和轴向拉力易引起螺纹牙粘扣和管体剧烈变形。在此基础上对不同预紧状态和摩擦系数下的接头进行了分析,考察其在复合载荷作用时对应力分布的影响规律,得出其对牙体断裂风险、滑脱失效及抗粘扣性能等具有极大的影响。     

准直管磨料射流中各相介质在管内的流动机理与实验研究

介绍了准直管磨料射流的工作原理和特点,准直管磨料射流在准直管内的流动属于气（汽）、液、固多相混合介质的瞬变流动,分析了磨料在多相流体介质中的受力,推导了多相流体介质在准直管内有阻运动时的磨料运动方程式,提出了各种损失的经验计算方法,研究表明,气（汽）、液流体介质和磨料介质在准直管中的速度和密度是逐渐变化的,在０．４～３ｍ管长范围内磨料速度基本保持不变,短管时采用细磨粒,长管时长采用粗磨粒。     

双向受压毂节点抗压承载力特性及计算理论

针对毂节点在双向受压下的受力性能开展非线性有限元分析,在对有限元模型进行实验验证之后,研究了节点尺寸、杆件面内夹角、平面外角度和两方向上施加的不同荷载对节点承载力特性的影响规律。根据节点破坏形态和应力应变分布特点,给出不同状况下的节点失效模式。针对常见的一种失效模式,通过建立计算理论模型,运用虚功原理对节点中毂钢管和端板进行承载力计算。并通过回归分析提出了该失效模式下的节点极限承载力的建议计算公式,建议公式与有限元计算结果之间误差在10%以内,可供毂节点设计时参考。     

海底防沉板-桩复合基础竖向受力变形特性研究

为了研究海底防沉板-桩复合基础在竖向荷载作用下的受力变形特性,以我国南海某200m水深项目为研究对象,将防沉板-桩复合基础简化为防沉板加角桩的形式,利用FLAC3D数值模拟软件建立了防沉板-桩复合基础数值计算模型。研究了海底防沉板-桩复合基础在竖向荷载作用下海床土体、防沉板、桩身的受力变形特性,并对不同竖向荷载作用下海床土体沉降、防沉板弯矩、桩身位移、桩身弯矩进行了对比分析。研究表明:防沉板的正负弯矩最大值分别出现在防沉板中部和防沉板与桩顶端的连接处,荷载越大,对防沉板的影响越大,桩在防沉板-桩复合基础中的作用越大;荷载越大,桩身产生的水平位移越大,其倾斜程度也越大;竖向荷载较小时,桩身同时出现正负弯矩,竖向荷载较大时,桩身只有正弯矩或只有负弯矩;复合基础的破坏容易发生在防沉板与桩身顶端的连接处。研究内容和计算结果可为防沉板-桩复合基础的设计提供合理可靠的理论依据。     

考虑摩擦时刚性直杆倾倒的运动分析

为了探究考虑摩擦时均质刚性直杆倾倒的全过程,利用理论分析和数值计算的方法,详细分析了在不同摩擦因数下刚性直杆倾倒的三种运动过程,得到了倾倒时的动力学方程及其解答,并推导了杆触地端位移的表达式,通过数值计算的方法绘出了杆触地端最终位移与摩擦因数的关系曲线,并通过实验验证了部分结论。     

雨载作用下浮顶结构有限元分析的载荷修正法

浮顶结构的受力与变形之间存在着非线性的耦合关系,这给计算分析带来了很大的麻烦。为了解决这一问题,本文提出了单盘式浮顶结构在雨水载荷作用下有限元分析的载荷修正计算方法。通过对浮顶结构力学模型的分析,建立了浮顶结构载荷与单盘挠度之间的关系式,并基于这一关系式给出了浮顶结构有限元分析的载荷修正法和相应计算方案。载荷修正法的基本思想是,首先利用有限元方法对浮顶结构进行几何大变形非线性分析,然后通过迭代修正来调整载荷大小,使得计算得到的载荷与挠度满足给定关系式,最终获得浮顶结构的变形与受力情况。最后,将计算结果与试验结果进行了比较,验证了本文提出的计算方法的有效性和可靠性,为浮顶结构的进一步有限元分析打下基础。     

PNF管内层流压降数值计算模型及偏差分析

为了建立管道非连续流体(PNF)输送时管内层流压降数值模型,基于牛顿流体和宾汉流体管内层流压降模型,考虑实际工程中气体在管道中低速运动的阻力对PNF输送阻力的影响,对PNF压降模型进行简化。结合工程实践详细分析了PNF管内层流压降近似表达式和相对精确表达式,并分析了二者之间的偏差。结合对工程数据的分析,验证了PNF管内层流压降模型的有效性。结果表明:当PNF流量增大或输送管管径减小时,使用压降近似公式与压降相对精确公式计算出的压降值之间的偏差会减小。通过与实测值对比表明,本文模型较好地描述了PNF输送时的压降。其中压降近似模型的精度更优(计算值与实测值的偏差率为1.16%~8.33%),且求解更方便。     

高焓膨胀管中压缩管最佳长度设计分析

中国空气动力研究与发展中心超高速所即将建成的高焓喷胀管采用自由活塞驱动,为了能够使该设备有效运行试验时间达到最长,需要对设备中的压缩管长度进行优化。针对压缩管中的自由活塞运动,本文通过数值求解单一组分和混合驱动气体条件下的活塞运动准一维常微分控制方程组,分析了不同试验设计参数和不同驱动气体介质对压缩管定压驱动时间的影响。采用数值解结合脊线(局部极值曲线)理论获得了定压驱动时间局部极值曲面,基于压缩管四种摩尔比例驱动气体(100%H2,85%H2+15%N2,100%He,85%He+15%Ar)和三组压缩比(λ=60,100,140)下的极值曲面,研究发现,定压驱动时间脊线高度随着压缩管的有效长度(初始活塞头部到压缩管末端膜片的距离)和内径之比L/D增加而增加。本文研究最终获得了给定参数条件下满足最长定压驱动时间要求的最佳压缩管长度。     

含芯拧绞绳非线性弯曲动力学特性分析与研究

建立细长缆索大柔性多体动力学模型时,现实存在的复杂捻制几何构型多不予考虑,而是将柔索简化为材料均匀梁进行描述,致使运动仿真模型与物理实际存在一定差距.为此,研究一种典型非线性拧绞绳股的大变形等效动力学建模方法,考虑准静态与大范围运动情况下绳股内的线接触,计算了受摩擦力及弯曲曲率影响的绳股可变弯曲刚度,通过等效梁模型避免了绳股精细建模时的大规模计算消耗.基于连续介质力学与绝对节点坐标方法,建立了拧绞绳惯性广义坐标下的多柔体动力学模型.为了验证等效模型的可行性,与基于有限段方法建立的精细模型进行对比仿真分析,通过位形验证了等效模型的精度.进一步地,根据力载作用下的准静态构型,研究了特定构型绳股弯曲刚度沿轴向的分布规律;通过自重力下一端固定柔性绳摆自由运动仿真并与传统均匀梁模型相比,研究了模型弯曲特性的差异.最后,根据能量守恒原理分析了摩擦耗散系统内各种能量间的相互转化.拧绞绳大变形等效动力学模型能够提高绳索动力系统运动预测的仿真计算效率,还能为钢丝绳参数与构型设计提供依据.