Research of air-cushion isolation effects on high arch dam reservoir

A three-dimensional （3D） finite element model of air-cushion isolated arch dam is presented with the nonlinear gas-liquid-solid multi-field dynamic coupling effect taken into account.In this model,the displacement formulation in Lagrange method,pressure formulation in Euler method,nonlinear contact model based on Coulomb friction law are applied to the air-cushion,reservoir and contraction joint domain,respectively.The dynamic response of Jinping I arch dam with a height of 305 m is analyzed using the seismic records of the Wenchuan Earthquake in 2008.Numerical results show that the air-cushion isolation reduces significantly the hydrodynamic pressure as well as the opening width for the contraction joints of high arch dam.

基于水气两相模拟的薄水舌、大落差水力特性分析及结构影响分析

对高拱坝深孔小开度泄流时,薄水舌、大落差条件下的水力特性及对水垫塘底板结构影响进行分析。通过水力学规范公式、刘培清等人总结的经验公式对不考虑空气阻力、掺气作用时的临底水力特性进行分析;并考虑水气两相作用,采用数值模拟方法对比研究薄水舌、大落差条件下,空气对水舌的阻力及掺气作用,分析临底水力特性及结构影响,为通过坝身孔口实现水垫塘反充水的思路提供支撑,为类似研究和工程应用提供借鉴和参考。

座椅静态舒适性仿真与性能优化

为提高普通家用轿车的座椅静态舒适性,基于SAE-J826工装有限元模型和CASIMIR软件提供的第50百分位柔性人体有限元模型,提出了包含H点位置预测和座垫压力分布均匀性的座椅静态舒适性仿真分析方法,并利用HyperStudy优化工具平衡和提升了座椅静态舒适性能,仿真结果与试验结果取得了较好的一致性。

气垫压带输送机凸弧段分析研究

垂直气垫压带输送机的技术要点为压紧力的大小和凹凸弧段气膜的承载力。凹凸弧段气室提供的气膜承载力能否满足输送要求是凹凸弧段能否使用气室替代托辊的关键。文中通过对凸弧段进行受力分析,推导出输送带张力和气膜承载力的公式,改变气孔排数,选择正压区域5排、7排、9排气孔的双圆弧气室进行仿真,比较总压压力云图和正侧压承载力。结果表明:5排气孔的双圆弧气室内流量损失减少,气膜稳定,承载力较大。

有压引水隧洞多层柔性叠合衬砌对断层蠕滑错动的适应性研究

长距离输水隧洞工程建设很难避免穿越活动断层的问题,有压隧洞采用何种衬砌结构型式穿越活动断层迄今为止研究还不够深入。针对目前隧洞过活断层常用抗断措施存在的问题,结合有压引水隧洞自身的特点,提出了一种适合有压引水隧洞穿越活动断层的多层柔性叠合衬砌结构型式。依托某工程的实践情况,采用有限元数值分析方法论证了多层柔性叠合衬砌结构的可行性和合理性;同时分析了垫层厚度、垫层弹模对隧洞结构内力响应和抗断性能的影响。计算结果表明:垫层厚度越大,伸缩节总变形量越大,对于隧洞衬砌适应断层错动越有利;但当垫层厚度过大时,将对衬砌的受力产生不利影响,因此建议根据工程设防的断层错动量选择合适厚度的垫层,不必采用过厚的垫层。垫层弹模的变化对钢管应力的影响较为显著,综合考虑钢衬应力、混凝土损伤以及对断层错动的适应性能,建议选取3~5 MPa的垫层弹模最为合适。研究结果可为有压输水隧洞应对断层蠕滑变形时的结构设计提供参考。

高压气动装置弹射性能分析及优化

根据高压气动弹射装置的工作原理和特点,结合实际应用给出了无缓冲腔、采用缓冲腔、采用多组高速开关阀等3种弹射装置方案,基于气体动力学理论,采用分段建模的方式,构建了内弹道方程组,计算分析了弹射装置主要参数对弹射体出筒速度、弹射过程最大瞬时过载等的影响。仿真结果表明,采用缓冲腔、采用多组高速开关阀2种方案的弹射装置均可有效降低弹射体的最大瞬时过载、提高出筒速度,且采用多组高速开关阀的效果最好。研究结果可为高压气动弹射装置的优化设计、制造与试验,提供借签。

关井阶段CO_(2)作储气库垫层气的动态影响规律

目的为应对地下储气库中的垫层气损失,采用经济气体CO_(2)作为垫层气,目前,CO_(2)作垫层气在实际应用中存在各种条件限制,且对其在关井阶段的应用研究较少,有必要对在关井阶段CO_(2)作垫层气对天然气储气库的运行影响因素进行研究。方法利用有限元模拟CO_(2)作储气库垫层气时,研究关井阶段储气库动态参数(注气压力、注气速率和CO_(2)垫层气比例)对混气带的影响规律。结果注气压力对混气带的影响不大,将其控制在12 MPa左右最为合理,此时混气带占储气面积的比例为23.7315%;混气带面积占比随注气速率的增大而减小,但是在注气口附近会出现混合区域,导致回采天然气时出现大量的混合气体,所以注气速率控制在0.7×10^(8) m^(3)/d时最为合理,这时混气带面积占比为18.3246%;CO_(2)作垫层气的比例对天然气-CO_(2)之间的混合影响明显,当CO_(2)垫层气比例为20%时,混气带面积占比为7.2365%。结论根据实验结果设计针对混气带的控制措施,当注气压力控制为12 MPa时,注气速率为0.7×10^(8) m^(3)/d,当CO_(2)垫层气比例为20%时,能让储气库的运作更为经济,实验结果可为实际储气库的建设提供参考。

运动鞋缓冲与回弹功能优化设计

舒适性是运动鞋设计的灵魂,而对于人体而言,较为舒适的运动鞋必然具有较好的缓冲与回弹能力。为设计出更加舒适的运动鞋,本文针对其缓冲功能与回弹功能优化的设计方法展开研究。确定了运动状态下的运动鞋鞋底受力特征;根据运动鞋对人体足部受力的影响,分析了不同步态下运动鞋的缓冲与回弹差异性,完善人体运动规律与运动鞋的初步设计方案。在此基础上,分别从缓冲功能、回弹功能两方面着手,完成对运动鞋的优化设计。算例测试结果表明,依照上述优化方法所设计运动鞋的缓冲能力更强,回弹能力也处于较为适宜的数值区间,满足舒适性要求。

改良流体垫对俯卧位脊柱手术患者颜面部压力性损伤的应用效果

目的探讨改良流体垫预防俯卧位脊柱手术患者颜面部压力性损伤的应用效果。方法选取2022年7月至2023年8月揭阳市人民医院行俯卧位脊柱手术的120例患者进行随机对照试验,采用信封抽签法将患者分为对照组和观察组,各60例。对照组男29例、女31例,年龄(56.90±7.47)岁,使用传统凝胶头垫;观察组男33例、女27例,年龄(56.37±7.48)岁,使用改良流体头垫。记录两组手术患者术后颜面部压力性损伤发生的情况及手术护士对患者头垫使用满意度。统计学方法采用χ^(2)检验和t检验。结果观察组患者术后颜面部压力性损伤发生率低于对照组[13.33%(8/60)比0],差异有统计学意义(χ^(2)=8.81,P<0.05)。护士对观察组头垫使用满意度高于对照组[98.33%(59/60)比68.33%(41/60)],差异有统计学意义(χ^(2)=19.44,P<0.05)。结论改良流体垫能有效降低俯卧位脊柱手术患者颜面部压力性损伤发生率,并保持患者头颈中立位置,减少术后并发症,减轻手术患者的痛苦。同时,改良流体垫的使用方法简便,可以减轻手术护士术中的工作压力,提高使用满意度,值得临床推广应用。

气垫运动鞋对残疾运动员足部运动力学的影响研究

残疾运动员由于身体条件的限制,在运动中更容易受到损伤。本文探讨了气垫运动鞋对残疾运动员足部运动力学的影响,旨在降低运动员受伤的风险,从而为残疾运动员提供更适宜运动的气垫运动鞋。选取10名残疾运动员作为研究对象,残疾运动员分别穿着普通运动鞋与气垫运动鞋,开展相同运动。通过运动鞋材料力学性能、运动员后足角运动学参数及足底压力分布,分析气垫运动鞋对残疾运动员足部运动力学的影响。结果表明,在相同荷载下,气垫运动鞋的应力衰减速度更慢。气垫运动鞋的刚度较大,不易出现变形。普通运动鞋的最大外翻角速度为(43561±10546)(°)/s,气垫运动鞋的最大外翻角速度为(25215±13254)(°)/s。气垫运动鞋有助于提高后足的运动活动度,缓冲运动时的地面冲击负荷。残疾运动员穿着气垫运动鞋,足底各部位的最大压力明显低于穿着普通运动鞋。气垫运动鞋可有效减少残疾运动员运动时的冲击力,降低运动员受伤的可能性。

输水工程大直径钢管外包混凝土垫层结构研究

为研究输水工程中垫层弹模和厚度对钢管外包混凝土结构应力分布的影响,确定垫层参数的最优取值,以引汉济渭二期输水工程为背景,运用有限元软件,对大直径钢管外包混凝土垫层结构进行分析研究。确定钢管及外包混凝土在垫层不同弹性模量、不同厚度下的应力状态。结果标明:设置垫层后,外包混凝土主应力明显降低,有效改善钢管及外包混凝土的应力分布;随着垫层弹性模量的减小,钢管的等效应力逐渐增加,外包混凝土的主应力逐渐减小;垫层厚度小于20 mm时,外包混凝土最大主应力随垫层厚度增大而减小,厚度大于20 mm时,外包混凝土最大主应力减小情况不显著,垫层最优厚度10~20 mm;垫层弹性模量和厚度同比例时,钢管等效应力和外包混凝土主应力基本不变。研究成果对输水工程中大直径钢管外包混凝土垫层结构选择具有参考意义。

Research on Performance of a Rectangular Floatation Cushion with High Stiffness for a Pneumato-static Slideway

In this paper, a high stiffness rectangular floatation cushion with a variable-section pressure equalizing groove of an elastic membrane for a pneumato-static slideway is presented and designed in order to increase stiffness of the floatation cushion. Gas film pressure distribution and carrying capacity of the floatation cushion are studied through theoretical analysis and by using the overlapping stitching technique. The carrying capacity and stiffness were obtained by using the coupling procedure of the gas lubrication governing equation and elastic deformation of the membrane governing equation. The results of theoretical calculations can obtain a conclusion that the effect of the gas pressure makes the annular elastic membrane elastically deform that brings about changes of throttling area and pressure groove depth of the floatation cushion. It makes carrying capacity and stiffness of the new style floata- tion cushion markedly improve over the conventional flotation cushion. The new floatation cushion has a wider ap- plication and popularization of space. Key words： floatation cushion; variable-section pressure equalizing groove;stiffness

可变刚度缓冲鞋垫结构设计及优化

目的设计X型结构变刚度缓冲鞋垫,探究其对糖尿病截趾患者足底表面压力和内部应力的影响。方法基于CT影像建立糖尿病截趾患者足部-小腿有限元模型,根据足底压力分布特征进行鞋垫区域划分。设计X型结构3D打印缓冲鞋垫,通过改变结构面板厚度改变结构的模量,对划分区域填充不同模量的X型结构方案进行仿真分析。结果糖尿病截趾患者足底峰值压力在跟骨区,足趾区选用面板厚度1.2 mm结构、跖骨区选用面板厚度1.4 mm、足弓区选用面板厚度2.0 mm和足跟区选用面板厚度1.6 mm组合后的鞋垫减压效果最好。与赤足相比,此方案鞋垫分别降低足跟区峰值压力、趾骨区峰值压力和足底软组织内部应力40.18%、31.7%和50.45%。结论变刚度下3D打印鞋垫可有效降低足底表面压力、内部应力,减小二次截趾概率。

基于最大差异测量法的汽车座椅坐垫舒适性探讨

为讨论硬度、厚度等坐垫物理性能参数对汽车座椅静态舒适性的影响,开展了静态舒适性主观评价试验和体压分布客观测试。引入最大差异测量方法进行了坐垫舒适性主观评价,以减小主观随意性带来的偏差,并结合体压分布客观测试结果进行了统计分析来探讨汽车座椅坐垫舒适性。参考汽车座椅参数,制作了4种硬度和4种厚度水平的16块方形聚氨酯泡沫坐垫,搭建了模拟汽车座椅乘坐环境的舒适性评价台。选取16名被试者,按照不完全平衡区组法设计了坐垫舒适性主观评价问卷,基于最大差异测量法得到16名受试者的坐垫B-W得分。最大差异测量法能够有效避免评分量表的使用偏差,同时也保证了效率。利用XSENSOR体压测试系统测量人体座椅界面的压力分布指标,获取了16名受试者的臀部平均压力、峰值压力和接触面积等体压分布指标。主观舒适性B-W得分和体压分布指标均表明:整体上降低坐垫硬度、增加厚度能改善舒适性,但硬度降低到一定范围、厚度增加到一定范围后改善不明显,改善坐垫舒适性需要合理地设计坐垫物理特性。主客观评价数据的相关性分析表明:平均压力与主观感受的相关性最大。差异性分析结果表明:臀部体压分布指标和B-W得分的变化存在一定程度的不一致性,体压分布指标与主观舒适性间的联系规律值得进一步探讨。

基于BAS-BP神经网络的轮廓坐垫舒适性评价

研究表明轮廓坐垫对提升舒适性有帮助,但不同轮廓形状坐垫对于舒适性的影响尚不明确。为更客观准确地研究不同轮廓坐垫形状与舒适性的关系,提出了一种基于天牛须算法(BAS)优化BP神经网络的轮廓坐垫舒适性评价模型。首先,开展了基于体压分布的轮廓坐垫舒适性主客观评价实验,获取客观实验数据和被试人员主观评价;其次,对实验数据进行预处理和统计计算,从而得到舒适性评价模型的实验数据集;再次,根据实验数据对轮廓坐垫舒适性影响因素进行简要分析,利用相关性分析确定神经网络的输入参数;最后,利用BAS优化BP神经网络,构建BAS-BP神经网络评价模型并实现对轮廓坐垫舒适性的评价。结果表明:BAS-BP神经网络计算结果比标准BP神经网络计算结果的均方误差降低了59.26%,决定系数提高了22%,BAS-BP神经网络的评价效果更为准确。该优化模型提高了舒适性评价的准确率,满足实际应用的需要,为轮廓坐垫的设计和产品开发早期阶段对不同形状坐垫舒适性的评价提供了理论研究基础及实际应用方法。

气垫船在内压作用下的水下辐射声功率分析

[目的]旨在研究气垫内压对气垫船水下辐射噪声的影响规律。[方法]以某气垫船为研究对象,首先,根据Newton–Raphson迭代法模拟气垫内压下围裙的成形过程;然后,基于声-固耦合有限元法建立气垫船围裙-气垫-周围水域的耦合模型,并采用模态试验对数值模型予以修正;最后,分析围裙所受压力和气垫压陷深度对气垫船水下辐射声功率的影响。[结果]研究表明:水下辐射噪声与气垫内压呈正相关,气垫内压每增加1 000 Pa,其水下辐射的总声功率级增加约0.97 dB;增大气垫船围裙刚度可有效降低气垫船低频段水下辐射声功率,增大气垫压陷深度则会增大较高频段的声功率级峰值,且使峰值位置向低频偏移。[结论]研究揭示了气垫内压对气垫船水下辐射声功率的影响规律,对气垫船水下辐射噪声的评估与数值预报具有重要指导意义。

垫层及充气压对空气弹簧床垫硬度的影响

床垫的软硬度由床垫各层结构共同影响,空气弹簧作为新型支撑结构进行床垫设计的应用,与传统固定刚度弹簧层不同,其自身刚度可以通过充气压进行变化,为此研究在空气弹簧床垫中,床垫构造对整体软硬度的影响。通过床垫分层硬度以及综合刚度的测试,分析铺垫层材料种类、厚度以及空气弹簧的充气压对床垫的软硬度的影响。结果表明,铺垫层材料主要影响表层、芯层硬度;相同厚度和气压下,垫层变化对综合刚度变化影响较小。气压值的变化主要影响芯层、底层硬度以及综合刚度。垫层种类、厚度以及气压值三者均对空气弹簧床垫软硬度有影响,垫层厚度、充气压的变换对床垫软硬度影响显著,且二者之间的交互作用对空气弹簧床垫硬度变化存在影响。此外,空气弹簧底部的支撑材料床垫对床垫底层硬度也存在一定影响。10,30,50 mm 3种厚度中,30 mm厚的垫层最为合适,此时的空气弹簧层能够更好地提供支撑作用。空气弹簧在9~15 kPa区间内变化较15~21 kPa显著,但变化不稳定性也较大。在材料的选择上,乳胶海绵和较高密度海绵更适合作为垫层使用,材料组合搭配后能够凸显优点,使不同气压下床垫软硬度的变化更为均匀。

基于AMESim的马达缓冲阀的设计

针对挖掘机在启动、制动时压力冲击大的问题,通过理论分析,利用AMESim仿真软件建立模型,对马达高压溢流阀进行结构优化,设计出具有缓冲功能、减小甚至消除压力冲击的缓冲阀,然后经过试验,最终提供满足要求的行走马达。

波浪作用下局部气垫双体船柔性气封变形分析

为了研究局部气垫双体船柔性气封在波浪中的变形特性,本文基于流固耦合方法,采用计算流体力学对局部气垫双体船的艏艉气封形式进行了相应处理。在此基础上,分别研究了航速为3.6和5.0 m/s时,波长为5和7 m时艏艉气封在波浪中的变形和受力特性。结果表明:基于流固耦合方法对柔性气封进行处理时,需要通过各个裙指的非粘连来解决大变形带来的网格畸变;在给定杨氏模量为10 MPa下,艏艉柔性气封的变形是微幅的且近似呈现线性规律,变形的均值范围最大不超过0.5 mm;艉气封所受到的压力值均大于艏气封处的压力值,但总的压力值不大于19.0 kPa,这种规律在高速3.6 m/s时更为明显,也与艏艉气封的变形特性相吻合。

某项目双曲屋面罩棚ETFE气枕结构设计

ETFE气枕膜结构作为一种新型结构体系,质量轻,透光率高,带有自洁属性,被广泛应用于大跨度建筑领域。以某实际工程项目为例,对结构设计中的难点及创新工作进行了阐述。该项目的屋面罩棚结构采用了单层钢结构网壳支撑骨架加ETFE气枕组合结构体系。对轻质屋面罩棚单层网壳骨架及单元气枕结构进行了抗风稳定性和承载力的验算,结果表明,单层网壳支撑骨架及单元气枕的抗风性能满足设计要求。结合本项目气枕结构的特点,提出了一种可应对强台风的ETFE气枕内压控制方法,保证屋面气枕单元结构在极端天气下的正常工作。对本项目的单层网壳骨架重要节点——“米”字形铸钢节点,进行了选型研究和分析,使节点标准统一,方便加工和制作。