自然环境老化ETFE薄膜单轴拉伸力学性能研究

ETFE薄膜在自然环境老化后的力学性能是ETFE结构长期使用性能评价的基础。选取在室外自然环境长期使用后的ETFE薄膜,开展了微观形貌表征和宏观力学性能试验,采用能量法确定了自然环境老化ETFE薄膜的屈服点及弹性模量,基于数理统计分析了材料力学参数标准值。研究结果表明,自然环境老化作用使ETFE薄膜材料表面微观形貌粗糙,截面褶皱纹理密集,晶粒尺寸增大了7.8%。老化ETFE薄膜破断强度下降显著,屈服应力及弹性模量降低较大,其标准值为11.73、703.2 MPa,降低了14.9%、13.5%。研究扩展了ETFE薄膜材料力学的研究范畴,可为准确评估ETFE结构长期使用性能提供重要的力学参数。

透镜式缠绕肋压扁缠绕过程数值模拟分析

利用ABAQUS首先以各向同性材料透镜式缠绕肋的肋片压扁进行了数值模拟分析,比较了三种壳单元(S4、S4R、SC8R)和三种体单元(C3D8、C3D8R、C3D8I)模拟分析效率,并给出受力特征;进而以S4R和C3D8I进行了碳纤维复合材料肋片压扁模拟分析,并得到受力特征;最后,建立了完整的缠绕肋整体非线性有限元模型,实现了缠绕过程模拟分析,得到缠绕肋缠绕过程应力、应变及变化特征,以及缠绕弯矩。本文对缠绕肋设计及系统样机研制具有指导和参考价值。

透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂轴压屈曲分析及试验

对透镜式截面四层铺设薄壁碳纤维增强塑料(CFRP)管空间伸展臂进行轴压载荷试验,得到轴压临界屈曲载荷及屈曲特性。利用有限元模型进行线性特征值屈曲分析,并引入屈曲模态形式作为初始几何缺陷进行非线性屈曲分析,得到轴压下屈曲临界载荷及非线性屈曲特性,并与试验结果进行对比分析。结果表明初始几何缺陷对CFRP管轴压临界载荷影响较大,给CFRP管加入适当的几何缺陷可更有效模拟实际非完善体的屈曲载荷。进而对其材料厚度、层数和铺设角度进行参数分析,得到各参数对轴压临界载荷的影响程度及敏感性,本文对透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂的设计和深入研究具有重要参考价值。

上海世博温室张弦铝合金网格结构体系研究与工程应用

以上海世博温室热带雨林馆(P3)为工程背景,结合温室建筑对结构通透性的需求,首先对平板型屋盖结构体系的设计难点进行分析,对结构体系方案进行比选及计算分析研究。采用小模量非线性有限元方法并结合边界条件对屋盖结构进行找形分析,构建张弦网格结构体系,进一步对比分析了张弦网格结构体系和蜂窝型空间网架结构的特点,分析结构体系的竖向和水平向抗力系统。结果表明两种结构体系均能满足结构刚度、稳定性及受力要求,都可有效解决多边形铝合金平板型结构面外刚度不足的难题,且对屋盖结构复杂边界的适应性好。结合项目建筑效果、加工和施工难度等综合考虑,本项目最终实施方案为张弦铝合金网格结构体系,可推广应用于自由曲线边界屋盖建筑中。

回填土的侧向压力对基础柱的破坏及其预防

针对大型深基坑基础回填机械化施工中经常遇到的断柱问题,运用朗肯土压力理论,计算出单位宽度土压力作用下的M-z关系曲线,并与基础柱的抵抗弯矩作了比较.结合相应的工程实例,对深基坑中独立基础柱在回填土的土压力作用下所能承受水平压力的大小和回填土高度的临界值作了探讨;计算出该工程一次回填土的临界高度为5.85 m;采用分层回填土的方法,可有效的避免在大面积深基坑回填土时土压力对柱身的破坏.

太原植物园大跨胶合木网壳木梁叠放连接节点刚度取值方法研究

以太原植物园为工程背景,结构采用了胶合木网壳-拉索新型结构体系,网壳采用双向叠放木梁,沿主向间隔两跨在上部木梁对应位置增设一根加强木梁,形成双向三层叠放木梁新型节点。该新型节点采用钢销和高强螺钉进行连接,受力复杂,需要进行足尺节点试验。根据受力特点分别设计了沿主向木梁加载和沿次向木梁加载试验方案,分别对节点进行了主、次向加载试验,得到节点抗剪承载力和位移关系曲线,结合主、次向加载节点破坏现象分析了节点受力特征。结果表明沿主、次向加载节点延性较好,具有较大的延性变形能力。进一步利用有限元软件MIDAS和试验结果数据计算得到节点的剪切刚度。

枣庄体育场索桁屋盖结构罕遇地震分析技术

枣庄体育场屋盖是由索桁架和刚性压环组成的自平衡体系,其刚度由索系的预应力提供,抗震分析必须基于张拉成型后荷载作用下的结构进行,整个过程需要采用非线性算法。采用商用有限元软件ABAQUS对体育场进行了反应谱及大震时程分析,并编制子程序,对该混合结构进行大震下性能分析,通过损伤因子确定大震下结构抗震性能。

先进抽水压缩空气复合储能技术

储能技术的创新突破成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的必经之路,是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要举措。为此,西安交通大学“先进物理储能技术”研究团队创新性地发明了新型抽水压缩空气复合储能技术。该技术采用空气和水作为混合工作介质,利用水力机械设备和空气透平作为系统的复合做功设备,实现储能介质高效等温压缩/膨胀。相比于传统压缩空气储能技术,新型气液复合空气储能技术具有响应快、效率高、投资成本低等优点。团队通过10余年的攻关研究,完成了关键设备与储能系统的性能表征、时域特性研究、流体机械关键共性技术集中攻关、空气储能技术全寿命周期性能评估软件的研发及应用,研究成果可为气液复合压缩空气储能技术的规模化推广应用提供坚实的理论与数据支撑。

基于TCN-BiLSTM-Attention-ESN的光伏功率预测

针对光伏发电功率随机性强、难以准确预测的问题,提出一种基于时间卷积网络(TCN)、双向长短期记忆网络(BiLSTM)和回声状态网络(ESN)的组合预测方法。首先,使用自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)将功率数据分解为一系列相对平稳、不同波动模式的子功率序列;再将分解重构后的功率序列和其他特征序列输入到TCN-BiLSTM-Attention-ESN组合模型中,其中TCN-BiLSTM-Attention用于提取光伏序列波动特征并构建时空特征向量;最后,将所提取的时空特征向量输入ESN获得预测结果。采用新疆某光伏电站的光伏功率数据进行验证,结果表明与时下先进的预测方法相比,所提方法具有更高的预测精度,有助于提升光伏发电占比,保障电力系统平衡和运行安全。

上海世博温室外表皮玻璃幕墙与主体结构一体化设计

对传统幕墙的设计方法和特点进行了分析,发现传统幕墙的设计方法已不能适用于不断发展的特殊建筑效果需求。基于上海世博温室新型幕墙体系分析了一体化设计的技术难点,提出将主体结构与外表皮幕墙进行一体化设计,并给出主体结构与幕墙一体化设计方法、一体化有限元建模方法以及相互连接边界条件的假定方法,进一步对上海世博温室一体化整体模型进行详细计算分析,得到每块玻璃和连接件的变形和应力。为了验证一体化计算的可靠性,将一个单元的主体结构变形反加至对应玻璃上进行单独有限元分析。结果表明:一体化分析方法可行有效,该设计方法可优化幕墙连接框材料用量,可优化传统幕墙设计构造缝宽,提升了建筑整体效果。

枣庄体育场索桁屋盖结构罕遇地震分析方法

枣庄体育场屋盖是由索桁架和刚性压环组成的自平衡体系,其刚度由索系的预应力提供,整个过程需要采用非线性算法,采用有限元软件ABAQUS对体育场进行了反应谱及大震时程分析,并编制子程序,对该混合结构进行大震下性能分析,通过损伤因子确定了大震下结构抗震性能。

枣庄体育场索桁屋盖结构风荷载分析及优化

以枣庄体育场屋盖结构为例,采用有限元软件ABAQUS对体育场进行了多风向风荷载分析,并编制Excel程序,对风荷载起控制作用的索网进行优化设计,进而实现参数化设计系统。

太原植物园大跨胶合木网壳销轴-钢插板支座节点受力性能试验研究

基于太原植物园大跨度胶合木网壳结构工程案例,针对支座处用于连接胶合木杆件与基础的销轴-钢插板节点,进行了两个单调加载及一个往复加载的抗弯试验,得到了节点的荷载-位移曲线及滞回曲线,给出了节点的转动刚度及承载力,并给出了节点的典型破坏模式。试验结果表明:节点抗弯承载力相当于胶合木构件抗弯承载力的24.4%,具有半刚性特征,在结构设计中应当予以考虑;同时,节点破坏模式表现为延性,滞回性能良好。最后,通过试验结果计算得到节点的转动刚度,并与设计进行对比,验证了设计的安全性。

太原植物园进口胶合木材性试验及应用研究

太原植物园温室结构体系为胶合木网壳结构,胶合木构件全部采用欧洲胶合木,材质等级为GL-28h,与国内胶合木材性有差异,胶合木材料参数及设计强度均需要通过试验确定。对胶合木分别进行了顺纹抗拉、顺纹抗压和横纹抗压试验,得到试件的弹性模量、比例极限强度、极限强度;进一步计算得到规格材材料的强度标准值,最终确定胶合木的强度等级。此试验方法可作为进口胶合木材料参数选取和评级的方法,试验结果可作为工程设计的依据。

带有抽水压缩气体储能装置的制冷系统

为开拓间歇式能源应用新途径,本文提出了一种复合制冷系统,该系统带有抽水压缩气体储能装置。在储能阶段,该储能制冷系统通过水泵将电能转换为水气共容舱内带压气体的内能;释能阶段,在水气共容舱内高压气体的作用下,使其内部的水流经水轮机直接驱动制冷循环制冷,而制冷循环中冷凝器所释放的能量被水气共容舱内的高压气体全部吸收,最终完成了利用间歇式能源制冷之目的。文中建立了描述储能与制冷过程的热力学模型,并重点研究了储能和制冷过程中关键节点的热力学参数变化规律,与文献给出的储能制冷系统相比,该系统具有较高的制冷系数。为拓展间歇式能源实际应用途径提供了一种新思路。

大跨铝合金结构设计技术研究与工程实践

首先总结了铝合金结构的特点与发展情况,分析了大跨铝合金结构在国内外的工程应用及设计技术特点。结果显示在国内已形成一整套完善的大跨度铝合金结构设计理论、设计方法、加工制作及施工安装技术,某些设计技术已领先。进一步从铝合金材料、结构体系、构件截面形式、连接节点等分析了技术发展创新的重点和难点,给出了上海辰山植物园和上海世博温室两个铝合金结构的典型示范案例,阐述了解决大跨度铝合金结构支座温度应力等关键问题的思路和方法,在设计技术的开发创新及应用方面起到一定的示范作用。

毛细管网在闭式冷却塔中的应用分析

为解决闭式冷却塔在冬天停机时排水不尽易冻裂和遇腐蚀性工质易损坏的问题,将工程塑料毛细管网技术引入闭式冷却塔。根据理论计算设计了毛细管网闭式冷却塔,并且进行了实物模块的性能实验。研究表明:在单台塔体大小相同的条件下,两台毛细管网闭式冷却塔能够达到一台常规管径紫铜管闭式冷却塔的散热能力,且换热器部分的成本相差无几,由于毛细管网闭式冷却塔具有防腐、抗冻、阻垢、降噪的优势,所以具有良好的技术经济性。

土层参数变化对深基坑变形的敏感性及其规律

不同地区土层参数各不相同,基坑变形对各参数变化的敏感性也不相同。以深圳某深基坑工程为研究对象,借助加权残值法和弹塑性有限元分析软件,计算该基坑在各工况下的变形,结果与实测值基本吻合。同时重点研究了土层参数变化对基坑开挖过程中水平位移和地表沉降的影响规律:土体的弹性模量、粘聚力、内摩擦角对基坑的水平位移和沉降影响较明显,尤以内摩擦角最为敏感,且地表沉降量随着土层内摩擦角的减小呈线性增加趋势。

太原植物园胶合木半搭接节点受力性能试验研究

针对太原植物园大跨度木网壳结构采用的半搭接节点,考虑简支支承和轴向限位2种支座形式,进行4个试件的抗弯试验,得到了节点的荷载–位移曲线,考察节点的破坏模式,对比了节点与无拼接连续梁段的承载力差异,结果表明轴向限位能够提高试件的承载力及转动刚度,且更符合节点实际的受力状态;节点承载力为无拼接连续梁段的42%~59%,具有半刚性特征,应在整体结构中赋予合理的转动刚度。将试验结果与设计结果进行比对,证明了节点在实际结构中的安全性。

中深层地热能同轴套管换热器储能发电系统热力学性能分析

针对地热能发电技术效率低、稳定性差的问题,提出一种兼具同轴套管取热技术和压缩空气储能技术特点的中深层地热能同轴套管换热器储能发电系统,通过建立系统的热力学模型,研究了典型工况下系统关键参数和热力学性能的演化规律,揭示了不同运行特征下地热恢复与提取的动态机制。研究结果表明:储能发电系统的运行分为非稳定循环和稳定循环阶段,在非稳定循环阶段中,热提取量和膨胀机输出功随循环次数的增加而增加,而热补偿量和系统效率呈相反趋势变化;当热提取量、热补偿量和地热消耗量达到平衡时,储能发电系统从第8次循环进入稳定循环阶段,稳定循环中各参数不随循环次数改变,单次循环输出电量为47 956.7 kW·h,系统效率达到63.5%;通过提升压缩机压比和补热水流量可以提升地热恢复温度:当压缩机压比由6提升至7时,深度为1 300 m、半径为0.116 m处,岩土温度多提升4.3℃,当补热水流量由4.5 m^(3)/h提升至6 m^(3)/h,同一处岩土温度多提升6.4℃,该研究为提高地热能发电效率和稳定性提供了新方案。