波浪滑翔器弹簧水翼机构三维效应的分析与研究

为了评估波浪滑翔器弹簧水翼机构在波浪中三维效应对其动力学性能的影响,本文基于重叠网格技术建立波浪滑翔器弹簧水翼机构的数值计算模型,并利用CFD FLUENT软件对二维和三维水翼之间的动力学性能进行分析与研究。结果表明,由于三维水翼展长有限,在翼端处产生梢涡现象,造成水翼动力性能减小,与二维水翼相比,三维水翼的前向推进效率减少22.3%。接着,利用仿生学原理设计波浪滑翔器仿生水翼,发现仿生水翼降低了梢涡对水翼动力性能的损失,同时对比相同展弦比的三维水翼,仿生水翼的前向推力提高了17.6%,效率提高了10.7%。最后,通过实验对比发现CFD仿真数据与试验数据具有相同的趋势,CFD仿真模型的可靠度得到验证。

典型山地风场三维效应大涡模拟研究

山地风场研究对于山区建筑物以及构筑物抗风设计至关重要。以余弦型山丘模型为对象,采用大涡模拟方法,研究典型山地风场三维效应。在通过二维模型大涡模拟与文献试验结果对比的基础上,进行三维模型大涡模拟,详细比较两种模型风场特性,时均瞬态流场演化规律;将数值模拟所得地形加速效应与不同国家规范进行对比。结果表明:该文数值方法可有效模拟山地风场平均脉动风特性;相同坡度下,二维和三维模型平均脉动风场变化规律总体相同;地形加速效应在迎风面变化规律基本相同;二维模型加速效应在迎风面和山顶位置偏大,背风面靠近地面处明显小于三维模型;两种模型均在山顶位置发生流动分离;背风面两模型均有复杂漩涡脱落及再附现象,其中二维模型以大尺度涡为主,三维模型以小尺度涡为主,这是由于三维模型顶部脱落漩涡受到山体两侧绕流脱落旋涡撞击和混合所致,使得三维模型在背风面漩涡脱落频率更丰富,能量更为分散,涡脱轨迹更为复杂。

三维效应对大型风力机叶片气动-结构特性影响的数值研究

研究以NREL 5 MW风力机叶片为对象,建立了考虑三维效应的叶片气动-结构数值模型,对比研究了CFD和BEM两种数值模拟方法对复合材料叶片的表面流动、气动载荷特性以及结构变形计算结果的影响。研究结果表明:对于梁帽碳纤维增强的叶片,CFD与BEM气动模型计算得到的载荷集中力大小差异对结构变形的计算结果几乎不产生影响;与传统四分之一弦长气动中心相比,考虑三维效应计算得到的叶片压力中心在距离前缘相对弦长0.30~0.35范围内波动,不同的气动载荷作用位置会对弯扭耦合角位移计算结果产生影响;与传统气动中心相比,以压力中心为载荷作用位置计算得到的角位移曲线峰值点前移,最佳铺层角度减小。因此,建立考虑三维流动效应的叶片气动-结构数值模型,对大型风力机叶片的设计和分析具有重要的指导意义。

三维效应下内排追踪距离对边坡稳定的影响

为保障露天矿边坡安全,提高露天煤矿资源采出率,根据边坡变形破坏机理及影响条件,对露天矿横采内排过程中,采场形态对露天矿边坡稳定性的影响进行研究;以巴基斯坦塔尔煤田为研究对象,通过FLAC^(3D)分析边坡变形破坏机理,明确滑坡模式,对横采内排追踪距离进行分析,为煤矿边坡优化提供参考依据。结果表明:边坡破坏类型属于张拉-剪切复合型,受到采场工作帮与内排土场的双重支档作用,边坡稳定性整体增大;当内排追踪距离为50~100 m时,边坡三维空间效应显著,稳定性较高;随着追踪距离增大,稳定性越来越差。

不同水位条件下的边坡稳定性三维效应与敏感性研究

三维边坡稳定性分析得到的安全系数往往与二维分析存在差异,在以往的研究中,讨论此种差异时很少考虑不同水位的影响,但现实边坡中的失稳几乎都与水相关联,因此本文采用有限元强度折减法,通过改变坡体外水位、边坡宽高比和边坡角等,计算不同参数下边坡的安全系数,探究考虑水位后的三维效应;此外,因影响边坡的因素众多,本文还采用正交设计与灰色关联法对包含水位在内的影响边坡的5个主要因素进行敏感性研究。研究结果表明:安全系数随宽高比W/H增大而减小,在W/H<5时,三维效应不容忽略;随着水位抬升,边坡安全系数减小,但因宽高比增大导致的安全系数变幅也会减小,三维效应有一定的削弱;高坡角的含水边坡稳定性会严重下降,高坡角与高水位对边坡安全系数的削弱效应会相互叠加;同坡角下,水位抬升会使安全系数显著降低;而坡角越小,三维效应越明显;各因素对安全系数的敏感性排序为:内摩擦角>坡角>黏聚力>水位条件>宽高比,但坡角、黏聚力、水位条件的关联度都在0.7左右,极为接近,不可忽视。

特大型冷却塔单塔内表面风荷载三维效应及其设计取值

通过刚性模型测压风洞试验获得某核电站220m高特大型冷却塔的内表面风荷载,分析冷却塔内表面风荷载的三维效应,采用有限元计算方法对内压设计取值简化进行探讨,并对结果产生的原因进行分析.结果表明,冷却塔内表面风压并非完全沿环向、高度均匀分布,这种不均匀性以风筒施工期间的空塔尤为严重;尽管内压的大小及分布特征会对响应产生一定的影响,但由于冷却塔的风致响应中以外压占主导地位,内压对响应的贡献较小,将具有'三维效应'的内压简化为沿高度、环向不变的常数进行设计可满足安全性要求,大小可取为-0.50.研究结果可为200m级特大型冷却塔设计内压取值和相关规范修订提供参考与依据.

对“考虑桩侧土体三维效应和地基剪切变形的隧道开挖对邻近桩基影响分析”讨论的答复

1对讨论稿问题的回复 首先,感谢程康对＂考虑桩侧土体三维效应和地基剪切变形的隧道开挖对邻近桩基影响分析＂（以下简称＂原文＂）的关注和讨论,下面简要叙述一下原文的研究思路,并针对程康提出的几个问题,逐点答复如下：原文从考虑土体剪切作用和三维作用效应两方面着手,重点分析了Pasternak地基下的考虑桩基侧向土体三维作用效应的隧道开挖引起邻近桩基的水平反应。

管桩低应变检测中的三维效应分析

建立了三维柱坐标下桩土系统瞬态振动的计算模型,根据弹性动力学方程、边界条件和初始条件,确立了定解问题.利用交错网格有限差分法编制了相应计算程序,得出该定解问题的数值解,探讨了完整桩在竖向激振力作用下的瞬态动力响应,给出了桩顶不同位置的速度时程灰度图,并比较了桩顶与桩底各点竖向速度时程曲线的差别.基于管桩的低应变完整性测试数据,验证了该数值算法的可靠性及其反映波在管桩中传播的三维效应的可行性.在实际检测过程中,特别是在三维波动方程无法求得解析解的条件下,该数值计算结果具有一定的指导意义.

基于CFD与风洞实验的缩比风力机三维效应修正公式效果分析

以NREL Phase VI及其缩比风力机为研究对象,结合三维CFD数值模拟与二维翼型风洞实验,在低雷诺数下对Snel、Lindenburg、Du&Selig和Chaviaropoulos&Hansen 4种三维效应修正公式的修正效果进行了比较分析,结果显示修正效果各不相同,修正值普遍大于真实值,综合比较表明Du&Selig效果最佳,且Lindenburg、Snel、Chaviaropoulos&Hansen依次变差。修正效果与叶片尺度相关性从小到大的次序:在尖速比λ=5.39时整个叶展区域为Snel、Chaviaropoulos&Hansen、Lindenburg、Du&Selig;在λ=8.00时的整个叶展区域和λ=10.00时的叶中、叶片外侧区域均为Du&Selig、Lindenburg、Snel、Chaviaropoulos&Hansen;λ=10.00时的叶根区域为Lindenburg、Snel、Chaviaropoulos&Hansen、Du&Selig。

基于外场实验的风力机叶片三维效应研究

针对一台33 kW水平轴风电机组开展了外场实验,得到其叶片7个断面翼型的压力分布曲线;基于求解时均N-S方程对风轮进行三维数值模拟,以及将叶片各断面作为二维翼型进行数值计算,分别得到各断面翼型的压力分布曲线及升阻力系数.通过将外场实验、三维和二维数值计算所得压力分布曲线及升阻力系数进行对比分析,研究了三维效应对风力机气动性能的影响.研究表明,从叶尖到叶根各断面翼型的压差先增大后逐渐减小,叶片表面压力分布曲线比较明显地反映了从叶尖到叶根流动分离的变化;叶片表面压力分布的三维数值计算结果较二维计算结果更加接近于外场实验值;风力机叶片表面的三维流动对叶片的气动性能影响较大,在叶尖和叶根部分尤为突出.

特大断面隧道支护结构现场试验与三维效应分析

与普通公路隧道相比,双洞八车道特大断面隧道的结构受力更加复杂、施工方法更为多样化。结合目前国内规模最大的四车道特大断面隧道,对特大断面隧道进行现场试验,并基于现场试验结果,详细地分析特大断面隧道双侧壁导洞法开挖引起支护结构变形及受力的三维效应。研究结果表明：在特大断面隧道施工过程中,左导洞下台阶和核心土上台阶开挖对支护结构受力及变形影响较大,是支护稳定性控制的主要工序;特大断面隧道开挖的纵向影响距离大致为1~1.5倍导洞跨度,约为8~12m。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。

波在大直径桩中传播的三维效应现象

论述了在动力检测大直径桩中的三维效应现象，对大直径桩的几何弥散现象和横向惯性效应进行了分析和探讨，指出了由于三维效应，在大直径桩的动力检测中应注意的几个问题。

沿桩顶径向的动测三维效应分析

基桩动测问题的理论基础一维应力波理论只有在锤径桩径比、波长桩径比、桩长桩径比足够大时才能近似成立,否则该问题实际上为应力波在柱体中传播的三维问题。基于应力波理论,考虑计算精度和效能,借助新型有限元分析系统COMSOL Multiphysics对基桩动测过程进行一维和三维动态仿真,对比分析两种模型计算结果异同,沿桩顶径向三维效应主要表现为不同部位速度响应不同且信号发生振荡,入射波存在延时,反射波到时也存在差别。结合野外实验较系统地研究这些三维效应随锤桩比、波长桩径比、长径比的变化规律,给出三维效应的动测规避方式。

表面疲劳裂纹扩展的三维效应

以拉伸圆杆为例 ,阐述表面疲劳裂纹扩展中的三维效应及其特点。利用最新的三维断裂力学成果给出一种考虑表面疲劳裂纹扩展三维效应的具体方法 ,通过该方法可以得到考虑三维应力状态的材料da dN—ΔKeff曲线。以2 0CrMo钢为例 ,处理获得 2 0CrMo材料的da dN—ΔKeff基线 ,以此对圆杆表面疲劳裂纹的扩展进行预测分析。分析结果表明 ,使用该方法以及来自标准穿透裂纹试件的材料da dN—ΔK数据可准确地预测圆杆表面疲劳裂纹的扩展寿命。该方法还可用于其他复杂结构的疲劳裂纹扩展分析。

深基坑逆作开挖的三维效应数值分析

为了对深基坑开挖的三维效应进行探讨,用二维和三维有限元数值分析方法,对基坑逆作法施工时的受力特性进行了二维平面应变分析,并在考虑基坑内土体分区开挖时未开挖土体的支撑作用以三维有限元法进行了分析。其中土体采用Mohr-Coulomb模型。结果表明:在考虑分区开挖中土体的支撑作用时,即使对文中分析的比较软弱的地层,基坑连续墙的侧向位移也可以减小30%以上。因此,在深基坑开挖中计算中考虑三维效应很有必要。

露天矿顺倾软岩边坡稳定性三维效应及其应用

为揭示并充分利用露天矿顺倾软岩边坡稳定性的三维效应,以白音华二号露天煤矿横采南端帮为工程背景,应用FLAC3D对不同空间形态条件下的边坡稳定性进行了数值模拟研究,分析了边坡破坏模式、稳定性、滑坡规模随横采工作帮与内排土场间追踪距离及开挖坡角的变化规律。结果表明,随着追踪距离和开挖坡角的增大,三维滑体的底界面首先由浅部弱层过渡为台阶状,最终过渡为深部弱层;边坡的稳定系数随着追踪距离的增大呈负指数规律减小,随着开挖坡角的增大近线性减小;滑体走向长度随追踪距离的增大近线性增大,倾向宽度随开挖坡角的增大而减小。绘制了白音华二号露天煤矿南端帮边坡开挖坡角与允许追踪距离间的关系曲线,据此提出了边坡稳定性控制开采方案,经现场实施,效果显著。

热薄材料表面火焰传播的三维效应

利用能够限制自然对流的水平窄通道,对薄材料表面逆风传播火焰的三维效应进行了实验研究,参数包括气流速度、氧气浓度、燃料宽度等.结果表明,在足够宽的通道内,火焰传播随燃料宽度的变化,表现出随氧气浓度和气流速度的不同而变化的三维特性.侧面热损失和氧气扩散对火焰传播的影响,在各种氧气浓度和气流速度下,都限于燃料宽度小于10倍扩散长度.

有限变形下应力集中的三维效应

用三维有限变形光弹性方法研究了在有限变形下含半圆槽试件和含圆孔试件的应力集中的三维效应，考察了三维效应的基本规律，所得结果与Ｎｅｕｂｅｒ和Ｈｅｙｗｏｏｄ所提供的在小变形下的相应数据作了比较。

封闭空间内小尺度等温竖板自然对流的三维效应

研究了封闭空间内小尺度等温竖板自然对流的三维效应。表明三维效应随着平板尺度的减小而增强,从而使换热增强。对于相同尺度的平板,采用不同的放置方式其换热状况也不相同。尺度较大时,竖放(高度方向长)比横放时换热强,但随着尺度的减小,两种放置方式的换热越来越接近。

考虑疲劳裂纹扩展三维效应的James-Anderson修正方法

James-Anderson方法是一种借助材料疲劳裂纹扩展速率性能来确定三维裂纹应力强度因子的重要实验方法.本文对James-Anderson方法中的疲劳裂纹扩展三维效应进行了分析,并对其进行修正.修正后的James-Anderson方法考虑了疲劳裂纹扩展中由于应力状态而引起的三维效应.研究结果表明:和James-Anderson方法相比,修正后的James-Anderson方法得到的应力强度因子和三维数值方法所得的应力强度因子更吻合.