寒区环境温度对板式橡胶支座连续梁桥地震易损性影响研究

针对现行规范对寒区桥梁减隔震设计中仅考虑橡胶支座力学特性受环境温度作用影响,而忽略桥墩混凝土材料特性受温度影响的不足,以高寒地区一座两联3×30 m混凝土连续梁桥为背景,开展不同环境温度下桥墩混凝土材料抗压性能试验,确定温度对其力学参数的影响,基于试验结果对不同环境温度下的桥墩混凝土力学参数进行修正,从而建立不同环境温度下的全桥精细化非线性有限元模型,并基于增量动力分析(IDA)法探究不同环境温度下该桥的地震易损性。结果表明:极端温度引起桥墩混凝土材料参数和支座刚度的改变,使得该桥自振频率随着温度的升高而降低;地震作用下,极端低温时桥墩墩顶位移较常温增大了26.8%,而极端高温时支座位移增大了19.4%;根据现行规范计算的极端低温时支座和桥梁系统的损伤概率偏小,极端高温时结构和构件的损伤概率偏大,在设计中应予以重视;极端低温下桥墩、支座及桥梁系统的损伤概率,较常温分别增大45.0%、35.2%和27.5%,对于高寒地区该类桥梁设计时需考虑低温对其抗震性能的影响。

基于广义柔度曲率信息熵的板式轨道脱空损伤识别

板式轨道填充层作为轨道结构关键部位,在高频列车荷载和环境共同作用下出现脱空损伤,引起脱空位置轨道结构刚度改变。为有效检测板式轨道的轨道板脱空情况,采用数值仿真分析得到无砟轨道模态信息,利用轨道脱空区域广义柔度曲率局部峰值进行轨道脱空损伤识别。结合广义柔度、均匀荷载面(Uniform load surface, ULS)、曲率和局部信息熵,提出可定位损伤的ULS曲率信息熵,并在CRTS III板式轨道上进行验证。研究结果表明:广义柔度曲率利用轨道脱空前后模态信息计算轨道脱空损伤曲率差,能够有效定位脱空位置;ULS曲率信息熵表征值只需要轨道的一阶模态信息便能够有效地反映轨道脱空位置及面积,且克服了广义柔度曲率需要健康模态信息的不足;轨道对称位置上相同面积脱空的ULS曲率信息熵值相同;ULS曲率信息熵值与脱空面积和厚度成正相关关系;ULS曲率信息熵表征值具有较好的损伤识别敏感性,能够识别小于单个测点布置面积的0.1 m×0.1 m小面积脱空,并且对轨道板边脱空识别敏感性高于轨道板中脱空识别敏感性。

低阻叉流板式换热器传热性能与热阻靶向调控研究

用于烟气余热回收的板式换热器存在温度分布不均的问题。为改善烟气温度分布均匀性,有效遏制换热器腐蚀,本文通过实验测试对比碳钢与铸铁材质低阻叉流板式换热器性能差异,运用数值仿真预测局部流动传热特性并开展热阻分析,采用局部热阻调控方法设计了非均匀翅片结构。实验结果表明,在450℃高温时碳钢与铸铁材质的叉流板式换热器总传热系数分别达到32.5 W/(m^(2)·K)与25.1 W/(m^(2)·K)。通过数值仿真研究发现,叉流传热方式导致烟气侧沿程截面温度分布极不均匀,在热侧出口与冷侧入口交叉区、热侧出口与冷侧出口交叉区的热阻大,极易导致局部烟气温度低于露点温度。基于热阻分析法开发非均匀翅片结构,实施局部热阻靶向调控,最终实现维持阻力几乎不变情况下,使出口截面平均温度方差由6.9℃降至1.1℃,换热器内流体温度分布均匀性得到显著提升。

桥梁板式橡胶支座开裂力学性能

为了研究板式橡胶支座开裂后的力学性能,为桥梁的养护和设计提供更科学的依据,进一步明确支座开裂后裂缝宽度、深度以及裂缝深度对支座力学性能的影响;针对公路桥梁板式支座开裂的问题,利用大型有限元分析软件,建立了不同裂缝宽度、深度和不同开裂层数等多种病害工况下的有限元模型,构建了支座开裂与支座性能衰减间的关系,并对支座在不同病害程度下的力学性能进行了对比分析。结果表明:裂缝宽度较小且开裂层数较少时,开裂对支座受力性能影响很小;当裂缝宽度小于2 mm,裂缝层数小于3层时,对支座竖向位移影响较小,但对支座橡胶最大拉应力和钢板应力影响较大;当裂缝宽度大于2 mm后或支座开裂层数大于3层,对支座的受力性能影响较大。建议将裂缝宽度小于0.5 mm,裂缝层数小于3层,支座病害等级定为Ⅱ级;将裂缝宽度在0.5~1 mm之间,裂缝层数小于3层,支座病害等级定为Ⅲ级;裂缝宽度在1~2 mm之间,裂缝层数小于2层,支座病害等级定为Ⅳ级;裂缝宽度大于2 mm或支座开裂大于3层,支座病害等级定为Ⅴ级,该分级建议可为桥梁板式橡胶支座相关评定标准修订提供参考。

不锈钢板式热沉传热特性的实验与模拟研究

目的 研究流量、胀高及焊点排布方式对不锈钢板式热沉传热特性的影响。方法 搭建实验平台,加工出结构参数不同的板式热沉实验件,同时采用静力隐式算法建立相应的几何模型,通过实验与数值模拟相结合的方法,研究流量、胀高和焊点排布方式的变化对板式热沉热阻的影响规律,并分析热沉流道内部流场状态。结果 首先计算了6个工况下的热阻,发现实际换热量为540 W时,数值模拟与实验结果的最大相对误差不大于25%。然后分析了误差来源,最后得到了热沉全流道速度场与温度场的分布情况。结论 实验与模拟结果有较好的符合程度,证明了数值模拟方法的可靠性。在换热量相同时,板式热沉的热阻随流量与胀高的增大而减小,焊点为菱形排布的热沉传热性能相对更好。板式热沉内部的流场具有周期性,焊点使流体扰动增强,并形成射流和旋涡,起到了强化传热的效果。

超高层建筑中板式换热器的性能分析

超高层建筑中板式换热器既用于冬季也用于夏季,对两种工况进行对比分析,通过采集工程实际数据进行计算,拟合努塞尔准则关联式和欧拉准则关联式,并计算综合性能因子,然后将换热器在冬夏两个季节的参数进行对比分析。结果显示:该换热器在冬季的换热性能明显优于夏季,换热系数相差125.08%。努塞尔数一次侧相差89.08%,二次侧相差89.18%;雷诺数一次侧相差730.30%,二次侧相差788.57%;综合性能评价指标一次侧相差201.91%,二次侧相差283.41%。

铝合金板式节点受弯滞回性能试验研究

为研究铝合金板式节点的受弯滞回性能,并与静力性能进行比较,完成了4个足尺试件的滞回加载及单调加载试验,并采用通用有限元软件ABAQUS对试验加载全过程进行数值模拟,得到了铝合金板式节点的破坏模式、弯矩-转角关系及耗能能力.采用分配梁对两杆进行对称加载,节点域为纯弯段.研究结果表明铝合金板式节点为典型半刚性节点,根据受力过程可分为弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段和破坏阶段,并得到节点弯矩-转角关系曲线.节点破坏模式为杆件净截面拉断,裂缝由杆件端头最外排螺孔处开始扩展.节点在破坏前无明显预兆,为典型脆性破坏,荷载-位移曲线没有下降段.节点滞回加载的骨架曲线与单调加载曲线接近,但滞回加载过程节点的累积损伤,导致节点延性低于单调加载.增加螺栓数量可改善节点耗能性能,使滞回曲线更加饱满.

自然老化服役后板式橡胶支座摩擦滑移性能试验研究

为了解自然老化服役后板式橡胶支座的摩擦滑移性能,取实际桥梁中服役10年的7个板式橡胶支座进行摩擦滑移试验,分析不同竖向压应力下支座摩擦滑移规律,研究自然老化板式橡胶支座的水平弹性刚度、摩擦系数及耗能能力等,并对比人工热老化支座的相关性能。结果表明:相同服役年限的自然老化板式橡胶支座老化程度并不相同;自然老化板式橡胶支座摩擦系数随着竖向压应力的增大而减小,水平弹性刚度随着竖向压应力的增大而增大;压剪作用对老化板式橡胶支座的耗能能力影响较小,但需要注意累积的摩擦滑移会使支座耗能能力降低。自然老化板式橡胶支座(试验值)相较于未老化支座(理论值)的表面摩擦系数有所降低,但水平弹性刚度明显增大;自然老化板式橡胶支座水平弹性刚度增大幅度远高于人工热老化的板式橡胶支座,人工热老化研究严重低估了自然老化对板式橡胶支座的危害。

导流型高温板式换热器的流动与传热特性分析

以一种用于固体氧化物燃料电池(SOFC)热电联产的高温板式换热器为研究对象,通过数值模拟的方法,对其传热特性和阻力性能进行分析,探究波纹倾角的变化对高温板式换热器冷侧流道的流体流动、传热特性的影响,并搭建了粒子图像测速(PIV)实验平台,对其流场分布和流速进行试验,验证了数值模拟结果的正确性和可行性;采用单位压降的换热系数评价换热器的综合性能。结果表明,PIV试验与数值模拟得到的冷侧流道速度矢量分布大致相同,模拟结果与试验结果相比误差在10%以内;当β=70°时,换热器的压降损失最大,当β=30°时,换热器的压降损失较小且换热能力最强。在研究范围内,不同β下的综合性能随着Re的增加而减小,当β=10°时整体的综合性能最好,β=80°时最差,研究结果可为板式换热器工业设计选择提供参考。

R1234yf在板式蒸发冷凝器中换热过程的数值模拟

通过建立板式蒸发冷凝器的二维数学模型,模拟了新型制冷剂R1234yf在板式蒸发冷凝器的换热过程,总结了冷却水温度、空气含湿量、制冷剂温度在板式蒸发冷凝器中的分布规律,并分析了冷凝温度、降膜雷诺数及空气湿球温度对板式蒸发冷凝器中换热的影响。研究表明:板式蒸发冷凝器的换热能力随冷凝温度升高而增大,随空气湿球温度升高而减小,随着降膜雷诺数的升高先增大后减小。冷凝温度从41℃变化到45℃时,板式蒸发冷凝器的热流密度增加了16.2%;湿球温度从21℃升高到26℃时,板式蒸发冷凝器的热流密度降低了14.6%;在不同冷凝温度下降膜雷诺数由60变化到120,板式蒸发冷凝器的热流密度最大变化率为6.06%。

不同基础条件下预制板式无砟轨道结构设计与检算

基于城市轨道交通工程建设需求,在非预应力轨道板结构设计基础上,采用有限元软件建立了不同基础条件下的无砟轨道结构耦合模型,结合极限状态法,研究开展了综合考虑列车荷载、温度梯度和基础变形作用下预制板的弯矩及配筋计算。结果表明:合理的非预应力板式无砟轨道结构设计,能够满足工程建设需求,路基段承载能力极限状态配筋设计受偶然组合作用控制,不同基础类型的轨道板纵横向配筋均受正常使用极限状态标准组合控制。

中小型高桩梁板式码头结构优化研究

以某旅游休闲码头工程为依托,以结构安全、节省投资为目标,对常规的高桩梁板式结构,通过优化桩基布置、调整结构分缝型式、设置大刚度靠船块体和挡浪边板,提出一种适应于中小型码头的新型高桩梁板式结构。经技术经济比较,优化后的结构可节省工程投资达623万元。同时针对该结构空间特征显著的特点,对其三维计算模型模拟原则、单元类型选择及桩基与上部结构的连接拟合进行分析研究,给出指导性意见,可为类似项目的结构设计提供技术借鉴与参考。

叠合板式综合管廊侧墙连接节点面外抗震性能试验研究

叠合板式综合管廊属于半装配式结构,其接缝数量少,抗渗性能优越,应用前景广泛。为了研究采用灌浆套筒连接和浆锚搭接连接两种连接方式的叠合板式综合管廊侧墙在面外荷载作用下的抗震性能,该文开展了采用两类连接方式的足尺侧墙模型的面外低周反复试验,并与管廊现浇侧墙构件作对比。通过分析试件破坏模式、裂缝分布以及受力性能指标,初步揭示了不同连接方式对叠合板式侧墙面外抗震性能的影响。研究表明:叠合板式试件与现浇试件抗震性能基本一致,滞回曲线均较饱满,极限承载力与刚度退化规律基本一致,满足装配式结构等同现浇的抗震设计要求;两类叠合板式管廊侧墙试件延性系数分别为7.05和8.50,均具有良好的面外延性,满足我国抗震设计规范中变形能力要求;采用浆锚搭接连接的叠合板式试件与采用灌浆套筒连接的叠合板式试件相比,滞回曲线更加饱满,变形能力好,但峰值抗侧承载力低,相同侧向位移下损伤破坏严重;两种连接方式的均可有效传递钢筋应力直至构件破坏。

贴板式耳板锚固结构应力分析及优化设计

在索承式桥梁中,耳板式锚固结构由于锚固耳板与销轴间可转动,能够适应活载与温度作用下的转动变位,且构造简单、便于更换,故在工程中应用广泛。目前的研究及规范主要集中在无贴板式耳板锚固结构,对焊接贴板式耳板锚固结构的研究较少,故有必要进行进一步的分析研究。本文结合实际工程,采用Midas FEA NX有限元软件对焊接不同贴板尺寸的耳板锚固结构进行应力分析,得到了贴板式耳板的应力分布规律,并对贴板的宽度、厚度提出了最优化设计。为贴板式耳板锚固结构的设计提供了参考意义。

板式贮箱排空过程的在轨实验和仿真研究

板式推进剂贮箱的排空性能决定了推进剂的利用率,同时排空过程推进剂质心的变化会影响贮箱乃至卫星质心的稳定,因而是值得关注的.文章提出了一种球形全管理板式贮箱的设计,包含4片导流板、4片小蓄液片和一个中心柱.在中国空间站上开展了贮箱模型的流体输运和排空实验,并建立贮箱的非结构网格模型,开展匹配空间站排空实验的仿真分析,通过实验和仿真的液体流动速度对比验证了网格模型和仿真方法的准确性.基于该网格模型,开展微重力下排空过程仿真、微重力下稳态气泡形貌仿真和机动加速度下排空过程仿真,展现了气泡形貌受板式结构尤其是中心柱的影响在单侧气泡和环形气泡间的转变,发现在排空过程中推进剂质心的跳变,揭示微重力下贮箱形成环形气泡的条件,机动加速度下的排空仿真显示该贮箱模型排空率高达99.95%,验证了该型流体管理装置的排空性能.文章的实验和仿真研究验证该型板式贮箱具有良好的流体管理性能,对于含有中心柱的全管理板式贮箱的流体界面与气液分离性能研究也具有重要的借鉴价值,这些成果和发现对空间流体管理、板式贮箱设计和卫星姿轨控策略的制定具有重要参考意义.

基于能量转化原理的地铁板式轨道自密实混凝土本构行为

为了掌握地铁板式轨道充填层自密实混凝土(self-compacting concrete,SCC)在车辆荷载作用下的本构行为,通过对SCC进行单轴抗压试验,研究了不同应变率、橡胶掺量和尺寸对力学性能和能量演化规律的影响,建立了SCC的本构模型。结果表明:峰值应力的应变率敏感系数绝对值最大,弹性模量次之,峰值应变最小;橡胶延缓了能量的早期增长,而在峰值应力之后,橡胶则阻碍了弹性应变能的耗散,延长了总应变能和耗散能的快速增长;应变率越大,总应变能和耗散能增长越快,弹性应变能在峰值应力前的积累速率越快,峰值应力后的释放速率越快;建立的本构模型可以用于描述SCC在不同应变率条件下的应力-应变关系。

竖直多波纹板式换热器内R134a的流动沸腾实验研究

针对竖直多波纹板片内R134a的流动沸腾进行实验研究,采用高速相机捕捉并分析两相流型的衍变规律,分析干度对换热系数、压降的影响。结果表明:板片内部的汽液相于其所处平面沿水平方向存在交替分布特征;随着干度上升,板片左上角部分流域出现相对停滞的液膜区,其面积随着干度的增加而扩大;波纹板片内的主导换热机制由核态沸腾逐渐转变为对流沸腾。当干度x较低时(x<0.4),换热系数随干度的增加缓慢增加;随后换热系数随干度的上升速率加快(0.4<x<0.6),并于x=0.6时达到最大值;高干度时(x>0.7),板片内出现局部干涸现象,换热系数迅速下降。当质量通量相同时,板片的摩擦压降随干度的增加而增加,而饱和压力的上升会使得摩擦压降有所降低,最大降幅为20.4%。

打板式小区育种花生脱壳机设计与试验

针对小区育种花生量小、品种多、荚果大小不一,脱壳效率低、损伤率高、脱净率低等问题,研制了一款打板式小区育种花生脱壳机。整机主要由脱壳、清选、提升等装置组成。对关键部件参数设计进行了优化,结合打板与花生荚果的碰撞模型,通过Hertz理论分析花生荚果受到的碰撞力学特性,并结合仿真试验优化打板棱角半径为3 mm的圆角。以育种花生中的大、中、小尺寸品种花生青花Y14、花育22和白沙为试验材料,对喂入量、滚筒转速、最小脱壳间隙进行单因素试验。以脱净率和损伤率为试验指标进行回归正交组合试验,优化得到最优参数组合。试验结果表明:大、中、小尺寸花生荚果的喂入量分别为178、173、169 g/s,脱壳滚筒转速分别为356、347、375 r/min,最小脱壳间隙分别为23、22、22 mm,得到最大脱净率分别为95.43%、93.36%和94.07%,种仁损伤率分别为5.48%、5.79%和5.35%。根据得到的最优参数调整喂入量、更换凹板筛、改变脱壳间隙等步骤满足多品种种用花生的脱壳适应性。

直立插板式声屏障屏体板降噪性能优化

随着轨道交通的快速发展,其造成的噪声污染问题已引起了人们的广泛关注,运用声屏障去处理这类噪声污染问题是目前最行之有效的措施之一。文章以使用最广泛的直立插板式阻性声屏障屏体板为研究对象,基于多孔材料等效流体理论,建立了相关吸/隔声有限元模型,计算了前罩板不同开孔工况下声屏障的吸/隔声性能,对其吸/隔声性能进行了系统研究,并提出了一种在不改变原有声屏障结构的基础上设置空气背腔的优化方案,进一步分析了该优化措施对原有声屏障吸/隔声能力的提升效果。结果表明:在声源侧的开孔罩板开孔率为15%时,隔声量在频率小于1000 Hz时与无罩板相比无变化,在频率大于1000 Hz高于无声源侧罩板,普遍高1.5 dB左右,随着开孔率的增大,其隔声量优于无罩板的频率点逐渐向高频偏移,且优势逐渐减小;在保持开孔率不变的情况下,针对声屏障前罩板开较小孔径的孔洞更有利于提升声屏障的吸声性能;在多孔吸声材料后布置一定厚度的空气背腔,不仅能够在一定程度上提升其吸/隔声性能,而且也大量节省了声屏障的制造成本。

三轴环板式永磁齿轮气隙磁场及转矩计算

利用标量磁位法获得了三轴环板式永磁齿轮(Triple-shaft Ring-plate Magnet Gear,TRMG)的气隙磁场数理模型,根据磁场叠加原理建立了内、外永磁圈间气隙磁场及其相应的电磁转矩模型;由于所有计算均基于TRMG的平面磁场建立,因此,所建模型与二维有限元结果间具有较高的准确度(误差≤5%);其计算速度远快于三维有限元法,且与二维及三维有限元分析具有较好的吻合度与趋势性,验证了所建模型的准确性,可适用于三轴以上的多轴环板式永磁齿轮的磁场分析与结构动力学计算。