微孔的磨料水射流抛光CFD模拟及试验

为解决飞秒激光微孔难以抛光的问题,结合磨料水射流去除函数稳定、自适应性强等特点,采用磨料水射流抛光方法提高飞秒激光微孔质量。利用Fluent软件对不同工艺参数下的磨料水射流微孔抛光过程进行计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟,分析不同参数下的流场分布、侵蚀速率及壁面剪切力作用规律;然后通过响应面法对射流靶距、射流压力及磨料粒径等3因素进行优化试验,以微孔内壁面剪切力均方差为响应值,建立其响应面方程,获得最佳抛光参数组合并进行试验验证。结果表明:射流压力对微孔内壁面剪切力的影响最大,当射流压力从0.80 MPa增至1.50 MPa时,微孔内壁面剪切力增大2倍以上。射流的不同结构段因性质不同可适用于不同工况。利用响应面法分析得到水射流微孔抛光的最佳工艺参数组合是:射流冲击角,90°;射流靶距,3.5 mm;射流压力,1.10 MPa;磨料粒径,15.0μm。在该条件下抛光微孔内壁面的表面粗糙度R_a降至0.354μm。磨料水射流抛光可显著改善微孔壁面质量,且响应面法预测的数据模型有较高准确性。

斜拉桥索力测量的可靠度研究

从概率分析的角度探讨频率法测量索力的精度。综合运用响应面-蒙特卡罗法,以及索力-频率对应关系的有限元及样条拟合方法,形成一种计算量少、计算精度高的频率法测量索力可靠度分析方法。该法可以考虑索结构参数和索实测频率变异性对频率法测量精度的影响。采用该法对广州珠江黄埔大桥北汊斜拉桥各施工阶段的索力测量进行可靠度分析,获得理想的结果,检验了方法的正确性与实用性,同时也为该桥索力测量提供概率意义下的精度信息。

钢筋混凝土柱在汽车撞击作用下的性能研究

目的对汽车撞击钢筋混凝土柱出现的冲击荷载及受力性能各种影响因素进行分析,提出耐撞性措施.方法运用显式动力分析软件LS-DYNA建立了汽车-钢筋混凝土柱的有限元模型,采用参数化分析方法研究汽车撞击速度、撞击角度、混凝土轴心抗压强度、柱截面惯性矩及配筋率等参数对钢筋混凝土柱在汽车撞击下动力响应的影响,进而研究不同参数对汽车碰撞力的影响.结果柱子的位移响应随着撞击角度的增大而增大;提高柱截面惯性矩和混凝土抗压强度能显著降低柱子位移响应,而改变配箍率的效果不明显;汽车碰撞力受车速、撞击角度、汽车吨位及柱截面惯性矩的影响.结论采用数值模拟的方法对钢筋混凝土柱在车辆撞击作用下的研究结果符合能量守恒定律,结果具有可靠性.

泥石流巨石冲击下的钢构格栅坝动力响应分析

泥石流中的巨石冲击是造成拦挡结构破坏的最直接因素,因此设置钢构格栅坝拦截大石块,对减小泥石流冲击破坏有十分重要的作用。本文就钢构格栅坝结构模型,利用国际通用计算动力荷载的非线性有限元软件ANSYS/LSDYNA进行数值模拟。用钢球模拟巨石,分别在格栅坝中间榀顶层梁柱节点和中间榀顶层柱中部施加冲击荷载,分析在冲击荷载作用下结构的动力响应。结果表明:作用在结构上的冲击力大小与被冲击构件刚度大小密切相关,被冲击构件刚度越大,结构受到的冲击力越大,反之,冲击力越小;钢构格栅坝在冲击作用下,冲击作用部位、结构支座部位及梁柱节点部位响应较大,设计时应予以加强;且钢构格栅坝不同位置遭受冲击作用时结构响应完全不同,与冲击力作用在梁柱节点时相比较,冲击力作用在构件中部时结构整体响应明显较小。该结果为泥石流拦挡工程中钢构格栅坝的设计提供了参考。

非金属管道内堵塞的探地雷达识别与数值仿真

针对市政工程非金属给排水管道堵塞点定位工程问题,文章从探地雷达(ground penetrating radar,GPR)信号受迫响应频域角度识别管道内水位以实现对堵塞点定位。对于非金属管道,以PVC管为代表建立时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)正演模型,演示了电磁波在PVC管道内的受迫响应过程;分别使用矩阵束法和快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)法取得受迫响应频率,进一步由正演计算得出不同水位高度受迫响应频率曲线;由受迫响应频域识别的影响因素分析,得出识别误差受入射波带宽和填埋土层介电常数影响较大;设计了沙槽实验模型,获取不同水位的GPR实测数据;对实测数据进行分析,并应用FDTD正演模型进行拟合,拟合结果与实际相符合。

考虑叶片偏航和干扰效应大型风力机体系风振响应与稳定性分析

叶片偏航和干扰会显著改变大型风力机表面气动力分布模式,进而影响风力机体系的风振响应和稳定性能.以某5 MW大型风力机为研究对象,首先采用大涡模拟(LES)方法进行了最不利叶片位置下考虑6个偏航角(0°、5°、10°、20°、30°和45°)影响的风力机体系流场和气动力模拟,并与规范及国内外实测结果进行对比验证了大涡模拟的有效性.在此基础上,结合有限元方法系统分析了不同偏航角下风力机塔架-叶片耦合模型的动力特性、风振响应和稳定性能.结果表明:不同偏航角下塔架径向位移均值和均方差的最大值均出现在塔架环向0°和180°处,最大塔底弯矩均出现在环向20°处.0°偏航时各叶片顺风向位移响应极值均大于2.7 m,随着偏航角的增大,塔架顶部径向位移、叶片顺风向位移和叶片根部内力的均值及均方差均逐渐减小,而临界风速则呈现先减后增再减小的趋势.综合表明:0°偏航角下风力机体系气动性能和风振响应均最为不利,45°偏航角下风力机体系的稳定性能最为不利.

双向简谐波荷载作用下群桩的力学性状分析

为研究双向简谐波荷载作用下群桩的力学性状及其受力性能,采用PLAXIS有限元软件建立相应的数值模型,分析了群桩基础在双向简谐波荷载作用下内力、位移响应情况,探究了桩周土体的动应力应变关系,进而对其在循坏水平荷载作用下的受力性能进行探讨。研究结果表明,与水平静载作用相比,桩基在循坏水平荷载作用下的承载能力有所降低;桩顶荷载-位移曲线出现"滞回圈",基桩产生"疲劳效应";桩周土抗力的变化使得各排桩内力分配不均匀;桩周土体的动应力应变关系呈现滞后性、非线性及累积性。

移动电磁载荷作用下曲面轨道/电枢动力特性

为进一步提高电磁轨道发射器性能，应用LS-DYNA建立电磁轨道发射有限元模型，研究了在C形电枢电磁轨道发射过程中电枢与轨道的接触问题。设计了3种曲率半径的内凹C形电枢与同一曲率半径的轨道，研究了各组合的动态力学响应。数值模拟结果显示：3种曲率半径的内凹C形电枢与轨道的接触力在0～0．1ms期间快速上升；从0．1ms到大约0．74ms期间，接触力一直在振荡，且幅度趋于变小；在0．74ms的时候，电枢达到临界速度，接触力发生较大的振荡；0．755ms时均发生了明显的波动，到达局部极小值。3种电枢接触面压力分布大致相同；轨道挠度曲线非常相似，且在电枢运动过后等值线图几乎没区别。以接触压力的突然大幅波动为标志电枢达到临界速度，且此后电枢与轨道的接触变得不稳定。内凹型曲面电枢与轨道的曲率配合情况对电枢与轨道的动态结构响应影响不大。

滞变结构随机地震反应的等价线性化方法研究

归纳了目前常用的随机地震荷载和结构滞变恢复力模型,对扩散理论方法、随机平均法、摄动法、矩截断法、数字模拟方法和等价线性化法等非线性系统随机振动的常用分析方法进行了讨论。总结了等价线性化方法的理论、发展及其在滞变结构随机地震反应分析中的应用,认为等价线性化方法特别是近些年提出的局部和无参数等价线性化方法,是研究滞变结构随机地震反应的一种非常简明实用的分析方法。通过探讨随机等价线性化方法的误差和修正,认为等价线性化方法能够产生高精度的分析结果。对钢筋混凝土结构的地震可靠度分析方法研究,具有一定的参考价值。