FBG传感器在量测围岩内部位移中的应用

光纤光栅(FBG)传感器利用波长调制传感信号,因而量测信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响,可以广泛应用于量测应变、温度、应力、位移等参数。结合新奥法隧道施工中位移监测的要求,介绍光纤光栅传感器的原理及其在隧道围岩内部位移量测中的应用。与其他量测方法比较,利用光纤光栅传感器量测围岩内部位移具有仪器构造简单、安装量测方便、量测数据精确等优点,是一种非常实用的量测方法。量测数据验证隧道围岩变形的基本规律:不同位置的围岩其松弛变形不同,离开挖面越近的围岩,其松弛变形越大,离开挖面越远的围岩,相应的松弛变形越小;围岩的完整程度对围岩内部位移的影响很大。

岩溶隧道施工围岩变形动态监测与仿真分析

岩溶区隧道因受岩溶发育程度、岩溶位置等影响,其围岩位移特征与一般隧道存在较大区别。以达成高速铁路宝石岩隧道为工程背景,对侧部含有溶洞的隧道围岩变形进行现场监测研究,并运用有限差分软件FLAC3D进行仿真分析,现场监测和仿真分析所得围岩变形规律基本一致。结果表明:隧道开挖后,围岩分别向溶洞和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向两个相反的方向变形,是较危险区域;靠近溶洞的隧道左侧特征位置的位移值要比远离溶洞的隧道右侧相应部位的位移值大,其中,左边墙的水平位移是右边墙的2倍左右。随着开挖断面处溶洞尺寸的逐渐增大,拱顶下沉位移增量最大,边墙水平位移增量次之,腰拱水平位移增量最小。溶洞顶部下沉位移和靠近隧道的溶洞右侧部水平位移较大,溶洞其他部位的位移值较小。侧部含有溶洞的隧道,其围岩变形的非对称性容易使隧道受"偏压"。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。

新能源汽车动力电池荷电状态精准监控仿真

新能源汽车动力电池的荷电状态(state—of-charge,SOC)是影响电池能耗以及寿命的关键因素。由于车辆配备的电池多为组合电池,多个单体电池充放电期间会出现储能性能的差异,导致电池内部电力噪声较大,特征难以捕捉,荷电状态监控难度增大。为此提出一种基于离散分布与线性判定相结合的荷电状态监控方法。构建电池电力模型,将不符合线性变化的参数判定为噪声值,通过自适应滤波算法结合噪声时变递推规律,采用修正函数滤除波动较大的噪声值。构建动力电池荷电变动的等效电路模型,计算每一次的充放电过程中模型内电阻、电压、电流以及电容量的线性变化。设计观测函数,将各类电力间的变化与电荷状态结合统一分析,完成电池荷电状态数据的监控。实验结果证明,上述方法获取的电池荷电状态与实测结果基本一致,说明所提方法的监控精准度高,且对电池内部电流变化监控能力也较强。

渗流诱发套损机制与数值计算

油田套损是石油工程中的一大技术难题,多年来困扰着各油田。大量的现场调查和理论分析表明,油田套损与油藏渗流场动态变化密切相关。无论是剪切套损、拉伸套损还是挤压套损,都是渗流引起应力场调整,最终导致套管受力损伤。基于油藏流固耦合理论,分析了油田渗流诱发套损的机制,建立了油藏渗流-应力耦合计算的数学模型,并介绍了利用流固耦合进行套损预测计算的算例,对于套损防控具有重要的理论指导意义。

两种典型立柱截面涡激运动的分析研究

文章引入雷诺平均法求解NS方程结合SST k-ω湍流模型对两种典型立柱截面限制流向和不限制流向的涡激运动进行了数值模拟和实验对比。采用GAMBIT软件分区建立计算网格,立柱和流场的流固耦合通过计算外部流场作用于柱体的瞬时升力和拖曳力,将求解运动微分方程的四阶Runge-Kutta代码嵌入UDF求解器中,并运用动网格技术实现流场更新。研究发现,在约化速度从2到15范围内限制流向及不限制流向下圆柱横向横幅皆约为方柱的2.5倍,圆柱振幅曲线在限制流向和非限制流向均出现了跳跃现象,而方柱振幅在限制及不限制流向下皆表现为连续。限制流向下圆柱进入频率锁定区域比不限制流向下略快,而脱离锁定区域时约化速度基本相同。不限制流向下圆柱和方柱流向平衡点位移随约化速度线性增大,流向最大幅值均为0.15D左右,但振幅走势完全不同。最后对"相位开关"、"反相"、涡脱结构形式等进行了分析和讨论。

QAR数据译码的航班划分

介绍了QAR记录系统和记录数据的译码过程,针对航班划分,经过多次下载实验,在具体分析原始数据的基础上,提出了帧计数划分方法和组合帧计数与空地电门两参数进行航班划分的新方法。与传统的航班划分方法相比,该方法提高了航班划分的精度,加快了QAR数据的译码速度。

区域多机场系统机场选址模型研究

科学合理的多机场系统场址选择是一项涉及众多因素和利益主体的重要决策问题,就是要使系统中各机场容量协调并使系统收益最大化.在分析旅客机场随机性选择行为基础上,构建双层规划模型来描述多机场系统场址选择决策过程中多目标价值准则,定量研究宏观机场决策者与微观旅客的相互作用.模型上层规划从决策者的角度出发,使总的机场建设费用最小,下层规划则描述旅客机场选择行为,并使其总的出行费用最小.考虑到变量的离散特性,文章分析了求解所构模型的方法,并通过实例模型的求解来检验模型和算法的可行性和有效性.实例计算表明,双层规划模型的多价值准则决策方法更接近实际情况,在多机场系统选址规划中具有一定的实用性,对优化机场资源配置和提高机场竞争力具有现实意义.

基于FEMA P-58的RC框架结构抗震及减隔震性能评估

该文采用FEMA P-58理论进行RC框架结构抗震及减隔震性能评估。设计了一栋典型多层RC框架结构,并在此基础上添加屈曲约束支撑以及隔震支座形成BRB-框架结构与隔震框架结构,采用OpenSees软件建立了3个结构的有限元模型,选取合适的地震动记录并调幅,对三个结构进行了非线性结构响应分析。针对多遇地震、基本地震、罕遇地震、极罕遇地震4个地震动强度,使用FEMA P-58理论中基于强度的方法,对三个结构在四个地震强度下进行性能评估,并针对各性能指标的评估结果进行对比分析。地震损失评估结果显示,采用隔震框架结构与BRB-框架结构可以有效降低建筑物在地震作用下的维修成本与维修时间。与普通框架相比,在罕遇地震作用下隔震结构的维修成本与维修时间可降低65%与58%,BRB-支撑框架结构可降低47%与34%。

深水张力腿平台非线性涡激特性及水动力性能研究

平台涡激运动易导致立管及系泊系统疲劳损伤,危害其安全稳定性。该文引入雷诺平均法求解NS方程结合DES湍流模型对不同流速下深水张力腿平台三维涡激运动及流场特性进行了数值研究。采用GAMBIT软件建立计算网格,将求解动力学控制方程的代码嵌入UDF求解器中,采用动网格技术实现流场更新并求得作用于平台立柱和浮箱上的瞬时升力和拖曳力。采用最大值统计法和均方根统计法进行数据统计。研究发现：张力腿平台涡激运动流向振幅的大小随着约化速度的增大而增大,但在小范围内波动;横向振幅曲线最大值出现在0°来流、约化速度U~＊=8.0处,大小为0.38D;三种来流工况流向平衡位置随无因次速度的增大而增大,但增长速度有所区别,22.5°和45°下流向平衡位置的增加速度要明显大于0°来流;22.5°来流升力系数谱能量较为分散,立柱及浮箱之间的干扰具有强非线性效应;最后对张力腿平台表面压力系数分布及涡量等值面特性进行了分析和探讨。

新型深吃水多立柱FDPSO变截面立柱涡激运动特性研究（英文）

文章采用FLUENT软件结合分离涡法对某新型深吃水多立柱FDPSO变截面立柱涡激运动特性开展了研究。将变截面立柱涡激振动系统简化为质量-弹簧-阻尼模型,引入雷诺平均应力模型求解不可压缩粘性Navier-Stokes方程,通过计算出流场作用于柱体的瞬时升力与阻力,并基于UDF程序求解运动微分方程同时运用动网格技术实现流场更新,实现了对变截面立柱涡激运动的数值模拟。对不同来流速度下变截面柱绕流和涡激运动特性进行了研究,分析了变截面柱阻力系数、升力系数、运动幅值和运动轨迹等,研究发现：在高雷诺数单柱绕流模拟中采用三维数值模型更具优势,变截面柱后方同一时间内可能有多个旋涡产生,旋涡之间相互影响,抑制了旋涡对柱体的升阻力作用;在折合速度6~9范围内,变截面柱未出现明显“锁定”现象;变截面柱涡激运动的横荡振幅峰值在U_r=4.5,约为1.2D;变截面柱流向平衡位置随着折合速度增加而增加;变截面柱运动轨迹出现了典型的“8”字形,但变截面柱的轨迹相对较紊乱。

阵列四柱绕流的数值模拟

阵列四柱绕流特性是研究海洋结构物涡激运动的基础,文中引入雷诺平均法求解NS方程,结合SST k-ω湍流模型阵列四立柱绕流进行了数值模拟.根据中国南海流场实际分布特点,选取6个典型流速,由于阵列四柱结构对称,故选取3个来流方向进行研究.在对单个方柱绕流的斯特哈尔数与相关实验和数值模拟进行验证对比的基础上,研究了张力腿四立柱升力系数、拖曳力系数、立柱截面上的涡强分布以及尾涡泄放结构,采用频谱分析方法研究了阵列方柱频域特性.数值模拟结果表明:四立柱在0°及45°流向时四立柱的涡泄频率大于单方柱的涡泄频率,而22.5°时两者基本相同,四立柱的斯特哈尔数均大于单个立柱,各立柱涡强最大值均位于上游立柱迎流面拐点处,尾流涡泄结构均表现为2S模式.

基于CFD的半潜式钻井服务支持平台拖航阻力数值分析

通过分离涡模拟法(detached eddy simulation,DES)对半潜式钻井服务支持平台拖航阻力进行了研究,重点对平台拖航阻力、阻力系数和平台表面附近流场分布等特性进行了研究.研究表明:流方向下平台各结构所受阻力各不相同,下浮体占据总阻力比最大(尤其是90°来流方向下).阻力系数及升力系数时历曲线变化具有"脉动性".通过平台表面附近流场分布可以分析涡形成及受力原因,逆方向流及涡之间相互作用使得阻力有所减小.

基于Rankine源法的小水线面双体科考船耐波性预报

采用基于三维时域Rankine源方法的水动力分析软件Wasim,对某小水线面双体科考船在不同航速、不同海况与不同浪向下的耐波性进行了计算与分析,重点对不同工况下小水线面双体船横摇、纵摇和垂荡性能进行了研究.研究表明:无航速时,横摇有义单幅值极大值出现在90°浪向,纵摇极大值出现在0°与180°浪向;较高航速时,横摇响应最大单幅值出现在60°与90°浪向,纵摇在30°,150°和180°浪向时明显较大;波浪对连接桥的砰击会显著影响SWATH船的运动响应,使垂荡运动幅值显著增大;随航速的提高,顺浪航行下纵摇运动幅值逐渐减小.

新型浮式钻井生产储油平台涡激运动数值模拟及试验研究

利用数值模拟方法对浮式钻井生产储油平台(Floating Drilling Production Storage Offloading,FDPSO)涡激运动特性开展了研究.采用雷诺平均法求解Navier-Stokes(N-S)方程,运用DES(Detached Eddy Simulation)湍流模型及CFD(Computational Fluid Dynamics)动网格方法对FDPSO平台的涡激运动流场特性进行了模拟;同时采用1∶80的缩尺比物理模型,在上海交通大学海洋工程国家重点实验室的海洋工程水池中进行了模型试验研究.试验考虑了系泊系统以及平台不同自由度之间耦合作用对平台涡激运动的影响,并将数值模拟和模型试验结果进行对比,分析了新型多立柱浮式钻井平台流向和横向涡激运动时间历程、频谱特性、锁定现象等以揭示其涡激运动的内在机理,为该型平台的设计提供借鉴和参考.

军用机场跑道长度设计方法

针对军用机场跑道可能受袭的主要方式,为了使机场道面受到破坏后能快速地在跑道上选取最小起降带起飞着陆,提出了考虑最不利道面破坏区域的跑道长度数值计算方法。通过本文设计方法和现行设计方法对二级机场部分机型的跑道基准长度进行计算比较,发现所增加的跑道长度不长,结果表明此方法对跑道长度设计是可行的。

基于最小延误成本的进港航班公平排序

进港航班排序优化是提高航空公司的经济效益和空中交通流量管理的主要手段。作者在一定假设的条件下,以所有到达航班在机场终端总延误成本最小为目标函数,并在该函数中引进公平性惩罚因子,得到一个带有公平性惩罚因子的航班总延误成本最小进港排序模型。该模型用粒子群算法求解,作者给出了解法步骤。文中列出了两个实例。实例结果表明:在自然状况下,本文模型的总延迟成本显著地下降;与遗传算法的结果比较,两个方法都有效地降低了总延误成本,但是,本文方法的最大延迟顺序小于遗传算法的相应值,结果比较公平;此外,本文方法的计算量相对较小。

基于CFD的张力腿平台拖航阻力数值分析

张力腿平台(Tension Leg Platform,TLP)在出坞、建造和安装定位过程中,常常有拖航需求,为确定经济性好的拖带方案,通过雷诺平均法(Reynods Averaged Navier-Stocks,RANS)结合k-ε湍流模型对张力腿平台拖航阻力进行研究,基于CATIA软件二次开发功能快速建立计算域模型,用STAR-CCM软件生成多面体网格,用Fluent软件对不同平台吃水、航速和拖航角度下的拖航阻力、阻力系数和流场分布等特性进行数值模拟分析。利用回归分析提出张力腿平台拖航阻力的经验公式,实现张力腿平台拖航阻力的快速预报,为平台拖航施工提供指导。

平台运动影响下张力腿涡激振动特性研究（英文）

张力腿涡激振动易引起系泊系统的疲劳损伤,危害张力腿平台的安全性和可靠性。该文借鉴细长立管涡激振动的相关研究,同时考虑张力腿与立管在截面尺度、预张力大小以及边界条件存在的巨大差距,采用切片理论结合CFD数值模拟方法,对平台运动影响下张力腿涡激振动开展了研究。考虑定常张力与时变张力对涡激振动的影响,采用GAMBIT软件分区建立了多切片计算网格,将编制求解涡激振动的UDF程序嵌入Fluent软件中,采用动网格技术实现流场的更新并计算作用于张力腿上的瞬时升力和拖曳力。文中还比较了仅考虑流和考虑浪、流联合作用张力腿的时变张力影响,研究了两种典型波高共计六种工况,计算结果表明:随着流速的增加,各模态权重比例将发生跳转现象;尽管由于平台运动导致张力腿受力的随机性,但平台运动对张力腿涡激振动影响较小。

空中交通流量管理预测分析系统的研究与开发

空中交通流量管理系统对当前空中交通管制有着十分重要的作用。介绍了清华大学CIMS研究中心开发的空中交通流量管理系统的功能,描述了在Oracle9I数据库中的数据处理和读取方式,并运用C++Builder技术开发了人机界面。还就如何利用数据挖掘技术对空中交通流量进行预测的问题开展了初步研究。

航空应急投送保障基地规划设计研究

航空应急投送保障基地是组织实施军事物流保障、部队航空应急投送的重要基础设施,其功能复杂,影响因素众多。运用SLP法对航空应急投送保障基地各作业单元进行了物流相关分析,并绘制了各作业单元相关位置图,为航空应急投送保障基地的规划设计与平面布置提供参考。