基于CAS法的核电工程异形水箱分布质量计算模型

对于形状复杂的大型核电工程储液结构,Housner弹簧-质量模型适用性较差,基于有限元法的流-固耦合数值分析模型复杂、计算和存储量大,难以满足工程设计要求。该文基于声学-结构耦合法(CAS)提出了一种兼顾精度和效率的分布质量模型,通过理论推导从CAS计算结果中剥离得到的器壁动水压强脉冲分量,进而提出器壁单元各节点位置的分布式脉冲附加质量计算公式,精确地考虑了储液容器的形状对液体晃动的影响,同时实现了流-固耦合分析的解耦,有效解决了复杂大型核电工程储液结构的动力分析的难题。以矩形刚性水箱为例,将该文模型的结果与Housner分布模型比较,验证了该模型的合理性和可靠性。针对顶部具有复杂形状水箱的AP1000安全壳结构进行地震动分析,将该文模型与精细的流-固耦合模型进行比较,结果显示:两种模型计算结果吻合性好,该文模型前处理简便且在计算时间效率具有明显优势。该文模型可为核电工程考虑结构-地基、流-固耦合的多因素耦合高效分析奠定基础。

光纤健康监测方法在土木工程中的研究与应用进展

在土木工程领域 ,光纤智能健康监测方法是对建筑物或构筑物的健康状况进行检测的一种新方法。本文首先论述了光纤智能健康监测系统的构成 ,然后对国内外光纤健康监测系统在土木结构中的研究与应用进行了回顾 ,介绍了光纤传感器的种类、原理、特点和当前应用的状况 ,重点介绍了光纤位移传感器和布拉格光栅 (Bragggrating)应变传感器 。

超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用

系统介绍超高韧性水泥基复合材料名称由来、分类、基本性能、材料设计方法及其在实际工程中的应用情况。在基本性能部分,详细地介绍超高韧性水泥基复合材料高于混凝土的受压变形能力、在直接拉伸荷载作用下表现出显著的准应变硬化特征和产生多条细密裂缝的能力、在弯曲荷载作用下表现出的超高韧性和产生多条细密裂缝的能力、在剪切荷载作用下表现出具有明显延性特征的破坏模式、与钢筋的变形协调性能,简要介绍UHTCC对缺口的不敏感性、显著的韧性断裂特征,以及约束收缩特性。在材料设计方法部分,详细介绍准应变硬化模型、准应变硬化性能参数,以及材料中纤维、基体和界面各组分的选择。在实际工程应用部分,介绍材料在提高结构耐久性、进行耐久性修补和在新型结构方面的应用,及其在新建、扩建工程中的使用情况。最后简要分析超高韧性水泥基复合材料在工程中的应用前景,并结合国内外的研究现状提出进一步研究的方向。

基于Matlab优化工具箱的工程结构可靠度计算

将服从任意概率分布的随机变量Xi映射为标准正态随机变量Yi。从正态空间中可靠度指标β的几何意义出发,建立了求解可靠度指标β的优化模型。利用Matlab的强大优化功能求解该模型,得到可靠度指标β及验算点Y ,并讨论了该模型解的存在条件。最后给出了算例及结果比较。

海岸裂流的研究进展及其展望

近岸裂流是海岸工程和海岸演变中非常重要的动力因素,对污染物排放和游泳者安全有很重要的意义。详细回顾了国内外对海岸裂流方面的研究与进展,具体包括对裂流的实验室实验和现场观测测量技术、理论分析、裂流的形成机理以及数值模拟等方面,概述了该领域的研究现状与发展趋势。总结了已有研究存在的不足,提出了需要进一步研究的课题。

波浪环境中垂直射流紊动特性的实验研究

利用粒子图像测速技术PIV(particle image velocimetry)对有限水深规则波浪环境下垂直射流紊动特性进行了实验研究.应用相位分析法从测量数据中分离出速度脉动项,用4种不同波高的波浪研究波高对射流紊动特性的影响,对紊动量的分布以及大小进行了分析.结果表明波高对射流的紊动特性有显著影响,并且对流项对波高的变化较紊动扩散项更为敏感,紊动扩散项量值约是对流项的1/8～1/3,在时均化的N-S方程中起的作用不可忽略.

沿岸流不稳定性的实验研究及理论分析

在坡度为1∶40的平面斜坡上进行了单向不规则波的沿岸流不稳定运动实验,观测到了沿岸流的周期性波动(波动周期约为100 s)。利用最大熵方法和三角函数回归法求得这种波动的主频率以及幅值,分析了波动幅值在垂直岸线方向的变化,结果表明该变化与沿岸流变化类似,即在沿岸流最大值附近这种波动强度最大。为了分析波动的机理,利用线性沿岸流不稳定模型对模型实验结果进行了分析,求得了不稳定运动增长模式和波动周期,并与对应实测结果进行了比较,结果表明,计算结果与实测值符合,从而说明实验中观测到的这种周期性波动为沿岸流不稳定引起的剪切波。

二维高阶Boussinesq数值模型及其实验验证

基于近似到O(μ2)阶完全非线性的Boussinesq方程,在非交错网格下,建立了有限差分的波浪数学模型。针对该数学模型,利用混合四阶Adams-Bashforth-Moulton预报-校正格式对该方程进行了数值求解。计算了几组地形下的波浪传播变形,数值计算结果与实验结果吻合较好,验证了该波浪数值模型。同时给出了弱非线性方程数值模型的计算结果,讨论了非线性的影响。

模块尺度效应对多浮体结构连接器载荷的影响特征分析

连接器是模块化多浮体结构至关重要且最易受损的关键构件。结合模块化多浮体结构的尺度选择和连接器安全稳定的需求,基于三维非线性势流理论,考虑多体水动力耦合效应及连接器机械耦合效应,构建代表性三模块浮体结构耦合时域分析模型,重点研究典型海况下模块化多浮体结构尺度效应对连接器载荷的影响特征,揭示模块尺度效应对连接器载荷及各模块动力响应的影响机理。结果表明,大波浪周期的海况下,相同吃水下,模块连接器荷载的增大比例与模块尺度改变近似线性关系,为对应尺度模块的排水量之比;小波浪周期的海况下,相同排水下,大尺度小吃水模块的纵荡运动和连接器纵向受力更优。考虑目前船坞建造能力和各尺度模块水动力响应特征,建议尽量选用尺度较大的模块(如40 m×40 m),为模块化多浮体结构的优化设计提供借鉴。

沙坝海岸沿岸流速度剖面特征研究

通过对两个坡度沙坝地形沿岸流实验测量和基于能量方程的沿岸流数值模拟,研究了沙坝海岸平均沿岸流速度剖面的双峰剖面特征,重点分析了第二个峰值的特征和两峰值的比值。综合考虑入射波高、入射波类型和坡度对波生沿岸流垂直岸线速度剖面的影响。结果表明,平均沿岸流速度剖面出现双峰剖面特征:第一峰值发生在沙坝向岸侧面的中部,第二个峰值发生在靠近岸线处;同一坡度情况两个峰值的位置和比值,不受入射波类型、入射波高的影响。数值模型中包括了侧混、底摩擦和水滚等因素,其数值模拟结果和实验值拟合较好,并讨论了有无侧混和水滚对速度剖面的影响。

缓坡开槽沙坝海岸裂流特性分析

为了研究缓坡裂流槽地形叠加波浪的裂流特征,进行了由反射墙反射的交叉波浪叠加形成的沿岸波高周期性变化所产生的裂流实验研究,分析在开裂流槽的缓坡开槽沙坝模型实验地形随机波浪交叉叠加形成的裂流特性。实验中裂流由波浪在垂直岸线的直墙上的反射所形成的2列交叉的波浪生成,交叉波浪由具有等波幅和等频率但入射角相反的2波列叠加产生的。通过对交叉叠加波浪下裂流槽附近范围的波高分布、波浪增减水和ADV流速测量结果分析了缓坡地形开槽沙坝情况下的裂流特性。裂流槽和两侧沙坝位置形成的波浪破碎不同步产生的沿岸平均波面压力梯度是产生裂流的原因。不同周期引起的叠加波浪节腹点位置的变化影响裂流槽中裂流的形态,表明周期和裂流槽共同影响着沟槽中的裂流特性。

畸形波传播速度实验和数值模拟研究

畸形波的传播速度是其最重要的特征参数之一。研究畸形波的传播速度有助于深入和全面了解畸形波的生成机理及其演化过程,另外还可以用于畸形波的预报。针对现有关于畸形波传播速度计算方法(高阶Stokes波理论近似估算,Hilbert变换和两固定点的距离除以畸形波的波峰经过两点所用时间)的不准确性和局限性,使用32个测点描述畸形波波峰沿波浪水槽的运动轨迹,再用回归分析法估算波峰运动轨迹与时间的相关关系,从而计算出畸形波的传播速度。基于288组物理模拟畸形波和364组数值模拟畸形波传播速度的计算结果,使用回归分析方法得出了畸形波传播速度的半经验半理论计算公式,同时还分析了畸形波传播速度的强非线性特征。

新型高阶Boussinesq方程的一维数值模型及其实验验证

基于刘忠波等(2004)推导的新型高阶Boussinesq方程,建立了预报-校正差分格式的数值模型。为考察该数值模型的适用性,针对较大坡度的潜堤上的波浪传播变形进行了数值研究。将数值结果与实验结果进行比较,二者较为吻合,验证了本文的数值模型,同时也说明本方程可用于模拟较陡地形的波浪变形。

混凝土连锁软体排技术用于输油管道悬空防护工程

由于混凝土连锁软体排在海底不仅受到海流作用,还受到波浪运动在海底产生的水质点运动影响,所以进行稳定性分析时边缘流速应考虑波浪及海流的共同作用。波浪运动在海底产生的水质点速度通过求解相关波浪运动方程得出。册子岛—镇海海底输油管道册子水道附近管道悬空采用混凝土连锁软体排方式进行防护,施工于2012年6月完成。分别对该处管道的治理状况进行了检测,检测结果表明,该处管道悬空得到有效控制,治理段海床基本稳定,治理效果良好。项目的实施为今后类似海洋环境条件下海底管道的悬空治理提供了一条新的途径。

近海采油结构系统研究现状

第8届国际近海和极区工程学术会议于1998年5月24日至29日在加拿大蒙特利尔召开,有40多个国家和地区的300多名代表与会。论文集收录论文300多篇,内容包括:近海开发,近海资源和技术,近海平台结构系统和操作,岩土工程,近海与极区管线,升降器、缆、锚系统,环境,冰,波浪,管结构,焊接、腐蚀和新型监测技术,复合材料,船舶系统,可靠度和安全度,力学分析。下面介绍近海结构系统的研究现状。

有槽沙坝海岸交叉波浪作用下裂流特征

研究叠加波浪场作用下的裂流特征,有助于全面深入开展海岸裂流的致灾机理及风险评估。为分析水动力和水底地形共同作用下形成的裂流特征,开展了交叉叠加波浪作用下有槽沙坝海岸的裂流流动特征试验,即同时考虑沿岸地形变化(存在沟槽)和交叉波浪共同作用所形成裂流。通过对裂流槽附近ADV(Acoustic Doppler Velocimetry)流速测量结果,分析叠加波浪场和裂流沟槽同时存在时所产生的裂流分布特征。裂流中心位置和宽度受裂流槽和波浪节点共同控制,裂流长度依赖于波高和海岸坡度。无槽情况裂流的驱动力主要是由波浪沿岸不均匀所产生的平均水面沿岸压力梯度,有槽情况裂流的驱动力由平均水面沿岸压力梯度和辐射应力沿岸梯度共同决定,二者量值相对大小依赖于波浪周期。

大连大窑湾港湾振荡数值模拟研究

采用Boussinesq数值波浪模型,模拟得到大窑湾不同水域的固有频率。模拟了不规则波入射时全湾水面响应状况,结果表明:谱峰周期较小的不规则波入射大窑湾港内,经过一定长的时间,波能会在局部地区发生高频到低频的传递,从而诱发局部低频波动。外海波浪入射不会导致全湾水域整体振荡,但湾底及南岸小港池易发生局部水体振荡。采用减小边界反射系数的措施,可有效降低局部水域的波动幅度。

裂流垂向分布实验研究

通过物理模型实验给出了沙坝海岸丁坝附近交叉波浪场形成的裂流沿裂流槽水深平均速度剖面中心线的垂向分布,研究了各个测量断面上横向速度、纵向速度以及速度矢量沿水深的分布特征。研究分析了沿岸方向驻波节腹点和裂流槽相对位置的影响以及规则波和不规则波结果的差异,得到了裂流速度时均值和时变值的结果。结果表明,纵向速度在不同的时间段上的平均值基本是相同的,但横向速度不是这样,其在不同时间段上的平均值在大小和正负号上都可能存在较大差别,这导致整个速度矢量在不同时间段上也表现出不同的三维分布特征。但这些不同的分布也存在着共同点,即沿水深速度矢量大部分存在着向丁坝方向偏转,这反映了丁坝存在的影响。特别是,纵向速度沿水深分布都可以采用统一的幂函数表达。

缓坡沙坝海岸波生沿岸流不稳定性特征

为研究沙坝对沿岸流不稳定运动特征的影响,本文开展了缓坡沙坝海岸沿岸流不稳定运动特征实验和理论分析,通过对流速时间历程的谱特征和示踪图像2方面进行研究,并讨论沙坝对沿岸流不稳定运动的影响。结果表明:1∶100坡度缓坡沙坝海岸的沿岸流存在明显的周期摆动,波动周期为100 s~150 s,且规则波的波动周期略大于不规则波情况。沙坝对沿岸流不稳定运动的影响,是通过对沿岸流速度剖面的改变来实现的,沙坝控制着沿岸流速度剖面峰值位置,从而控制沿岸流不稳定增长率和运动周期,这使得沙坝海岸与斜坡海岸沿岸流不稳定运动波动周期存在差异。

随机波浪丁坝反射叠加形成的裂流实验

为研究随机波浪遇丁坝反射形成的裂流的特征,进行了沙坝地形丁坝反射所形成的叠加波浪生成裂流的实验。研究结果表明,沿岸一致的沙坝地形使得所形成的裂流主要受控于沿岸周期性变化叠加波浪。裂流的驱动力主要取决于节腹点之间的平均水面沿岸压力梯度,而节腹点波高差异形成的沿岸辐射应力贡献很小,驱动力的量值与范围受到波浪周期的影响。裂流的位置和宽度完全受控于波浪节点,叠加波浪场在叠加区沿岸方向上形成交替出现的环流系统和大尺度涡,此环流系统由围绕波浪节点的离岸裂流、围绕波浪腹点的向岸流和由波腹点向波节点汇聚的沿岸方向的补偿流组成。