基于非协调边界元法和涡方法的黏性流场研究

基于非协调边界元方法和涡方法的联合应用,模拟了二维和三维黏性不可压缩流场.计算中利用离散涡元对漩涡的产生、凝聚和输送过程进行模拟,并将整体计算域分解为采用涡泡模拟的内部区域和用涡列模拟的数字边界层区域.计算域中涡量场的拉伸和对流由Lagrangian涡方法模拟,用随机走步模拟涡量场的扩散.内部区域涡元涡量场速度由广义Biot--Savart公式计算,势流场速度则采用非协调边界元方法计算.非协调边界元将所有节点均取在光滑边界处,从而避免了法向速度的不连续现象;而对于系数矩阵不对称的大型边界元方程组,引入了非常高效的预处理循环型广义极小残余(the generalized minimum residual,GMRES)迭代算法,使得边界元法的优势得到了充分发挥,同时,在内部涡元势流场计算中对近边界点采用了正则化算法,该算法将奇异积分转化为沿单元围道上一系列线积分,消除了势流计算中速度及速度梯度的奇异性.二维、三维流场算例证明了所用方法的正确性,也验证了该算法可以大幅度提高模拟精度和效率.

基于改进涡方法的膜结构流固耦合研究

采用改进涡方法对膜结构的流固耦合进行模拟。将非协调边界元计算势流的方法引入到传统涡方法中,即为改进涡方法。该算法可以精确计算三维粘性、不可压缩流场。采用改进涡方法可以得到每个时间步膜结构的单元节点流场压力,通过与ansys有限元模型提取出的整体刚度矩阵联合求解得到单元节点位移,并可以由单元节点位移求解出下一时间步的流场分布。由于引入了高效的预处理循环型广义极小残余迭代算法(GMRES),使得边界元法的优势得到了充分发挥,大幅度节省了计算时间。完成了方形平屋盖膜结构气弹模型风洞试验。采用该算法对膜结构流固耦合效应计算得到的位移均值大部分与风洞试验吻合,计算结果表明所提出的方法是模拟膜结构流固耦合问题的有益尝试。

肋环型单层曲板网壳结构的风振响应及等效静风荷载

分析了肋环型单层曲板网壳结构的风荷载和风振响应,并对采用不同方法计算结构等效静风荷载的精度进行了比较.风洞试验结果表明:肋环型单层曲板网壳结构屋面主要受负风压作用;但在90°风向角下,由于体育馆受前方入口建筑的影响,屋盖边缘局部出现正风压.风振响应分析结果表明:有多阶振型参与结构的风致振动,高阶模态影响不可忽略;为保证结构表面所有节点位移准确,结构的模态耦合项不能忽略.但如果只保证较大位移处的准确性,忽略模态耦合项的SRSS方法也是可取的.利用LRC惯性力法和改进LRC方法计算肋环型单层曲板网壳结构的等效静风荷载,可以保证所有风向角下节点的最大位移等效,但不能保证所有节点的位移等效.

江苏地区220 kV标准变电站抗震性能评估

220 kV变电站建筑在电网系统中地位非常重要,其承载能力安全性,尤其是其抗震能力,对电网系统稳定有决定性影响。为评估变电站结构抗震承载能力,明确其倒塌机理,从而为新建变电站结构抗震设计提供技术支撑。以国家电网江苏公司220 kV标准变电站结构为例,选取3条地震波,采用弹塑性时程法,分析结构在不同地震波不同输入方式下的响应。研究结果发现:三向地震波输入下变电站结构地震响应很大;结构的损伤、失效主要发生于结构薄弱部位;现有220 kV变电站结构的抗震承载力不高,鉴于其重要程度,其安全度应增强。

220 kV户内变电站屋顶构架结构体系及其抗震性能

研究了新型220 k V户内变电站屋顶构架结构体系的结构特性和整体抗震性能,建立常规构架和屋顶构架的有限元模型,考虑屋顶构架-GIS综合楼上下刚度分布不均匀,开展了上下结构共同作用的结构体系的地震反应分析。通过结构体系的模态分析得到其振动特性,采用时程分析法得到整体结构的动力特性,比较分析了不同结构体系的地震反应特性,研究结果表明新型变电站屋顶构架的抗震设计应加强屋顶构架的侧向刚度和连接节点的强度。

生物水泥技术应用于液化地基处理的研究进展

土壤中存在大量的微生物,这些微生物的生命活动在一定程度上影响着土体的物理力学性质,而生物水泥技术就是利用这些微生物的矿化过程来解决岩土问题。为探究生物水泥技术处理液化地基的应用前景,对近年来众多学者的研究进行了归纳和总结,发现采用该技术处理后的试样渗透性明显降低,土体强度得到较大提升,抗液化性能也发生明显改善。此外,还对该技术微生物培养过程中各类物质的选择,以及处理方法的选择进行了较为全面的总结,为其他学者进一步研究提供了参考。

变电站通用GIS设备基础方案及其设计应用

针对GIS设备底座尺寸不统一、基础设置及埋件定位差异大,影响土建施工等问题,研究提出长度为1.0 m及1.5 m标准节段的通用共享型GIS设备基础,采用蜂窝梁+型钢支墩的形式;标准节段间预留10 mm拼接缝,按照设备长度要求进行自由组合安装。根据设备底座尺寸定位,并与预埋件通过焊接连接,达到不影响变电站土建施工的目的。同时,探讨该GIS设备基础强度设计方法。最后,与传统设备基础方案及实腹梁相比,面层钢筋及电缆管线均可从腹板孔洞穿越,确保面层混凝土施工质量;同时,在承载力基本相同情况下可节约钢材25%以上,减轻结构自重。

220 kV屋顶钢构架-GIS综合楼抗震性能及设计方法研究

针对新型的钢结构变电站屋顶构架-GIS综合楼结构,为研究其水平地震作用下的结构性能,分别建立了不同的屋顶构架的有限元模型。考虑屋顶构架-GIS综合楼上下刚度分布不均匀,属于上柔下刚结构,开展上、下结构共同作用的结构体系的水平地震作用模拟分析。采用底部剪力法和振型分解反应谱法进行了不同形式和不同场地条件下的屋顶构架-GIS综合楼的等效地震作用的计算,并对地震作用增大系数βn进行计算分析;采用时程分析法得到了整体结构的动力特性。

通风口位置对蓄电池充电间氢气分布的影响

铅酸蓄电池在充电过程中会因为电解水副反应的存在而释放氢气,使得其充电间的火灾爆炸危险性大大增加。建立了在不同通风条件下铅酸蓄电池充电间内氢气扩散的数值计算模型,得到了不同通风条件下氢气的扩散特性和浓度分布规律。对比数值模拟结果,认为铅酸蓄电池充电间产生的氢气扩散后形成的危险区与通风口的位置相关。通过数值分析,得到了双通风系统条件下三种设计工况中通风效果最佳的通风口布置。该结果可为铅酸蓄电池充电间的通风设计提供参考。

单层折面空间网格结构风荷载特性及等效静风荷载研究

对单层折面空间网格结构的表面风压分布和风振响应特性进行研究,采用荷载-响应相关法(LRC)与惯性力法计算结构的等效静风荷载,并分析了其计算精度,结果表明:在迎风面的体育场屋盖部分,气流在经过迎风面屋盖檐口后发生明显分离,形成漩涡,此处的平均负风压和脉动风压最大;整个屋面的绝大部分表面风压都表现为负压。增加肩谷环后,结构横向刚度提高较大,结构的1阶和2阶振型由原来的结构整体水平振动变为罩棚前端内环端部的局部竖向振动;在单层折面空间网格结构的风振响应中,参与结构振动振型较多,需要考虑多阶振型影响,且参与结构振动的主要为低阶振型;在脉动风荷载作用下各振型耦合作用较小;用LRC与惯性力法得到的单层折面空间网格结构等效静风荷载,计算精度可满足工程要求。