青藏高原多年冻土区埋地输气管道周围温度场数值分析

通过建立管道与多年冻土热相互作用的计算模型,利用数值分析方法探究了不同管温(输运温度)工况下冷输天然气管道对管周土体冻融过程和多年冻土热稳定性的影响。研究表明:5℃正温输运天然气管道可造成下覆冻土上限下降约11倍管径,管周多年冻土退化严重;0℃输运会导致管底下部高温不稳定冻土范围扩大,管底土体强度及承载性能降低,不利于保持多年冻土和管道运营稳定性;-1℃和-5℃负温输运可有效提高冻土人为上限,保持管底冻土温度稳定,但-5℃时管道下部土体温度降低明显,可能导致冻胀病害发生。就管周冻土热稳定性而言,在青藏高原多年冻土区采用冷输(负温输送)工艺输运天然气有利于保护管周多年冻土,是可行的。

悬臂式电磁发射导轨及壁板在发射状态下的强度分析

为进一步研究电磁炮的模型理论,建立了方型电磁发射装置的双层弹性基础悬臂梁模型。简化导轨和壁板为上、下梁,用解析法求解其在工作状态下的动态响应,并使用数值法求解与之比较。研究结果显示:解析法和数值法的计算结果较为吻合,解析法的可靠性在一定程度上得到了验证;双层弹性悬臂梁动态响应的最大值发生在距起始位置0~0.5 m范围内,且上梁的响应比下梁的大。研究结果可为电磁炮的强度分析以及设计提供一定参考。

考虑非荷载变形的冻土区灌注桩轴力失真纠偏计算方法

以预埋钢筋计测值间接获取桩体轴力与桩侧摩阻力是桩基监测中的常用手段。然而,钢筋应力计测值不仅包括施加于桩基的荷载产生的应力,还包括各种非荷载因素造成的附加应力。因而,简单地以钢筋和混凝土弹性模量比值来估算混凝土应力,其结果值得商榷,多年冻土区尤甚。根据钢筋混凝土桩的实际材料特性,按相容条件建立计算方程,考虑混凝土温度变形、冻胀变形、干湿胀缩变形、自生体积变形、徐变变形以及钢筋温度变形,得出考虑非荷载变形的多年冻土区桩基础混凝土、钢筋实际荷载应力,最终得到实际荷载引起的桩身轴力、桩侧摩阻力。结果表明:该计算方法具有其合理性及有效性,可避免传统方法因非荷载变形带来的轴力失真与无法合理解释的测试结果,对桩基承载性能分析具有实际意义。

集中荷载作用下双层弹性悬臂梁动力学分析

通过研究动集中载荷对双层弹性悬臂梁的动力学影响,旨在探讨悬臂式电磁发射装置的轨道及壁板的受力及振动规律。采用双层弹性基础梁理论,对悬臂式双层弹性基础梁在动集中载荷作用下的受力和振动情况进行了分析,将电磁发射装置的轨道及壁板简化为双层弹性悬臂梁力学模型,采用Dirac函数表示运动状态下电枢作用在轨道上的集中力,得出了内梁和外梁的动力学微分方程,应用模态函数正交性,求得了内外梁弯矩和应力的解析解。通过算例,分析了内梁和外梁的动力响应,并在相同条件下应用ANSYS进行了数值模拟,最后将解析解与数值解进行了比较,解析解的可靠性得到验证。将电磁发射装置简化为双层弹性悬臂梁要比单层弹性悬臂梁更加接近实际工况。研究成果有助于电磁发射装置的理论研究,可供相关工程设计参考。

北极多年冻土区埋地输气管道周边温度场数值分析

以北极规划输气管道工程为依托,建立埋地管道与冻土热交换相互作用数值计算模型,探究了埋地管道在连续多年冻土区、非连续多年冻土区和季节冻土区内,按照不同操作温度(5、-1和-5℃)运行情况下管道周围冻土温度演化过程。计算结果表明:同一区域不同管温对冻土上限值影响差异较大,尤其是在非连续多年冻土区,无论管道是正温输送还是负温输送,由于管道的运营,极大地影响了冻土上限值。5℃正温管道将导致冻土上限下降1~3倍管径;-1℃和-5℃负温管道将有助于提高冻土人为上限。建议在连续多年冻土区管道采用-1℃输送温度;在非连续多年冻土区冬季采用-1℃输送温度,夏季可以是正温,接近环境大气温度,但全年输气平均温度要小于0℃;在季节冻土区,若按照负温输送,反而容易引起管基土冻胀,建议输气温度不作特别控制,与温带地区管道类似,正温输送。希望能够为北极多年冻土区天然气管道建设提供新的思路。