桥梁主梁颤振临界风速预测的瞬时功率平衡算法

桥梁跨度的持续增大导致其风致振动问题尤为突出,其中颤振失稳作为一种发散性振动是大跨度桥梁抗风研究的关键内容。基于颤振临界状态瞬时功率平衡的思路,采用非线性优化提出一种大跨度桥梁颤振临界风速预测的算法。针对弯扭耦合的两自由度运动系统,二维桥梁断面的风致自激力和结构力对系统的能量贡献依赖于折算频率、风速以及竖向与扭转运动的幅值比和相位差。由此根据颤振临界状态瞬时功率平衡的原则,将颤振临界状态的预测转变为瞬时功率平衡目标函数最小值的求解问题。采用薄平板断面进行颤振临界状态分析,通过与节段模型风洞试验和经典二维颤振分析方法结果对比,验证基于瞬时功率平衡颤振分析方法的可行性和准确性。相较于以受力平衡为主要特点的传统分析方法,所提方法更加清晰且量化地呈现出颤振过程多种气动力分量之间的贡献关系,能够精准描述桥梁断面颤振发生时的系统状态,实现结构颤振临界状态的合理评估。

圆筒形薄壳热屈曲临界温度理论解及修正

针对现有圆筒形薄壳热屈曲临界温度理论解的不一致问题,首先基于Donnell方程导出圆筒形薄壳在均匀温升载荷下的热屈曲理论解,然后通过有限元方法分别给出平板与圆筒形薄壳热屈曲数值解,最后对给出的理论解与数值解进行对比分析,进而提出圆筒形薄壳热屈曲临界温度修正解。研究成果将有利于对类似薄壳结构热稳定性问题进行精细化设计。

薄平板气动导数的数值计算

用基于一般曲线坐标系和交错网格的差分法求解原始变量二维不可压粘性流体的Ｎ－Ｓ方程，计算了宽高比为２２．５、两端圆滑的薄平板的气动导数．将薄平板当作刚性物体，首先分别计算物体做竖向强迫振动和扭转强迫振动的气动力，雷诺数取为１０５，物体运动和气流的耦合作用用动网格法考虑，Ｎ－Ｓ方程用二阶投影法和多重网格法求解．然后用最小二乘法确定Ｓｉｍｉｕ和Ｓｃａｎｌａｎ给出的气动力表达式中的８个气动导数．

适用于双机架薄板平整机稳态轧制负荷的数学模型

针对极薄板小变形平整机稳态轧制负荷计算困难的问题,基于平板压缩复合变形假设,提出了改进的平整稳态轧制力及轧制力矩的数学模型.轧制力模型包括辊缝区等效变形区长度和压缩变形抗力2个经验模型;在轧制力模型计算的基础上,用输出力矩模型对带钢张力影响因素进行了经验修正;通过轧制负荷模型的理论计算结果和一条生产线的实际参数比较,证明模型具有较高计算精度,平板压缩变形假设合理.将所开发的模型应用于一条新建的极薄板平整生产线的关键设备参数的设计评估,结果表明该模型具有较高的工程应用价值.

高超声速低密度风洞红外热图技术初步研究

为了对红外测热与热电偶测热进行比较研究,在马赫数M∞=12,驻点温度T0=650K,驻点压力P0=1630kPa的高超声速稀薄气流中,对一平板斜坡薄壁模型进行了试验,试验结果表明这二者所获得的模型表面热流率符合得较好。与此同时,对模型表面发射率的测量、模型物面坐标与热图象素坐标的对应关系也进行了初步探讨,重点提出了在大极角情况下对发射率进行修正的方法,即根据模型表面不同位置的法线,调整红外热像仪镜头轴线,使被测量区域的极角尽可能小,以保证发射率在此范围内为常数。

基于圆形弹性薄板模型求解扁铲侧胀试验侧向基床系数

扁铲侧胀试验是一种便捷、准确的原位测试方法,在仅有几种提供侧向基床系数的测试方法中,具有明显优势。对此,分析了圆形弹性薄板模型的力学微分平衡方程和边界条件,通过设定挠度曲线方程,解答出扁铲侧胀试验侧向基床系数的表达式,并考虑了基础宽度和土体类别、上覆土层压力、加载速度等因子对试验值的影响,提出了相应的修正因子,对修正公式进行了实例工程验证。

重力对微槽平板热管传热性能的影响

系统地研究了重力对微槽平板热管传热性能的影响 ,分析了工作温度、冷却方式和倾角等影响因素。通过对比实验发现重力对热管的轴向液膜分布影响非常明显 ,在周向只在大充液率时有明显的影响 ,从而使得倾角较大地影响了热管的传热能力。研究表明深槽平板热管具有优良的传热性能 。

南京长江第二大桥南汊主桥流线形薄壁扁平钢箱梁分析的新方法

本文介绍南京长江第二大桥南汊主桥流线形扁平薄壁钢箱梁横隔板的空间节段模型和采用梯形纵向加劲肋钢桥面计算的等效格子梁法,分析了正交异性板的第二体系的应力,和传统的Peklian Esslinger法相比较,采用空间节段模型和等效格子梁法得到的结果更加全面、准确。

Q235薄平板TIG堆焊失稳变形演变研究

针对Q235薄平板TIG焊接产生的失稳变形复杂且难以控制的问题,研究了薄平板失稳的判定方法,阐明了薄平板在整个焊接及冷却过程中的失稳变形状态,分析了薄平板焊接失稳演变机理。研究表明,Q235薄平板在TIG堆焊及冷却过程中,失稳变形状态由拱形逐渐向反马鞍形过渡;失稳变形由焊缝周边的压应力引起并且在焊接加热过程中发生;薄平板位移式的内应力加载方式使得失稳变形过程存在于两个变形拐点之间。

应用改进非线性分层壳模型的超高层框架——核心筒结构强震响应分析

该文开发了一种适用于模拟超高层建筑中钢筋混凝土剪力墙的分层壳模型。超高层结构中剪力墙的截面尺寸会随着高度的增加不断减小,因此底层墙体的厚度与顶层墙体存在较大差异,导致NLDKGQ壳单元模拟超高层剪力墙构件力学性能不足。基于广义协调理论构造的厚薄板通用元TMQ对四边形平板壳单元NLDKGQ进行了改进,使其可以有效地模拟超高层剪力墙平面外的性能,并结合自行编制的混凝土二维膜材料开发了适用于模拟超高层剪力墙构件的分层壳模型。将提出的分层壳模型集成到自行开发的程序平台中,对板元采用缩减积分来克服可能的剪切闭锁问题,并依次应用于混凝土板、剪力墙构件及框剪结构的计算分析,验证了提出模型的合理性和可靠性;通过分析得出,当结构中剪力墙构件的数量较多、厚跨比较大且剪切效应明显时,建议采用能够考虑面外剪切的壳元。最后,对超高层框架—核心筒结构模型进行动力时程分析得出,是否考虑剪力墙构件的剪切变形对于整体结构的宏观响应影响较小,但对底层重要位置剪力墙构件非线性行为影响较大,因此很有必要开展针对超高层剪力墙壳元的研究。

过失速薄翼增升流动控制方法

在低速风洞中对薄翼升力特性进行了试验研究。采用吸气装置在翼型上表面进行流动控制,利用外式天平测量翼型气动力,利用PIV测试设备获取翼型表面流场。试验来流速度为5m/s,雷诺数6.7×104。研究结果表明:过失速条件下,合适的吸气控制可以使翼型失速迎角延迟近7°,最大升力系数可增大近一倍;在翼型前缘进行吸气流动控制时,较小吸气流量即可延缓翼型失速,但当吸气流量达到一定值时后,随吸气流量增大翼型升力基本保持不变;流动控制参数存在优化空间,当吸气相对位置位于x/c=0.4附近时,吸气流量小于3%即可产生较大的升力增量。

不同风攻角下薄平板断面颤振机理研究

薄平板在汽轮机末级叶片和风力机叶片等领域获得了广泛的应用,也作为基准对象用于流线型箱梁的颤振研究中。由于不同来流攻角对薄平板气动性能的影响不同,因此研究不同攻角下薄平板的颤振机理,把握其颤振特性,对保障结构安全具有重要意义。以宽高比为40的薄平板模型为研究对象,基于不同风攻角下的颤振导数,采用双模态耦合颤振分析方法,通过对不同攻角下颤振过程中气动阻尼、弯扭运动相位的差异性分析,研究了薄平板在不同风攻角下的颤振机理,指出了影响颤振性能的主要原因。研究结果表明:0°和3°攻角下颤振性能相似,均为扭转主导的弯扭耦合颤振;在5°和7°攻角下,薄平板虽然发生扭转主导的弯扭耦合颤振,但此时非耦合气动力提供的气动正阻尼显著减小,而耦合气动力提供的气动负阻尼增强,因而直接导致了大攻角下薄平板颤振临界风速的显著降低;同时,随着攻角由小到大变化,弯扭运动间的相位差也随之变化,并在7°攻角下发生了翻转式性转变:由扭转运动滞后于竖向运动转变为了竖向运动滞后于扭转运动。研究成果揭示了薄平板在大攻角下颤振性能弱化的气动弹性力学机理,为工程薄平板的颤振设计提供了参考。

箱梁断面气动导数的CFD模拟研究

采用强迫振动方法试验和计算流体力学(CFD)动网格法模拟识别了薄平板以及某一大跨度桥梁断面的气动导数。结果表明,对流线型的薄平板断面,数值模拟值与理论值相当吻合;而对于箱梁断面,数值识别的气动导数与试验值存在较大误差,数值模拟结果在低折减风速更接近试验值,而在高折减风速处差别明显。为提高钝体断面气动导数的数值模拟精度,须加密空间网格和延长计算时间,从而必须付出高昂的计算时间代价。由此可知,对于钝体特性十分明显的桥梁断面,目前CFD在识别其气动导数方面尚存在明显不足之处,尤其是算法的稳定性及效率问题,还不能取代物理风洞研究钝体桥梁断面的流固耦合问题。

基于Moldflow的打印机上盖制件注塑成型翘曲变形分析

以平板型薄壁注塑制件打印机上盖为研究对象,应用CAE软件Moldflow与正交试验相结合的方法,找出对平板型薄壁制件在注塑成型优化方面最重要的工艺参数。正交试验证明:对平板型注塑件而言,熔体温度和保压压力是其成型过程中影响翘曲变形的两个最重要的工艺参数。

薄板金相试样端面手工磨抛夹具的设计及有限元分析

为了解决薄板金相试样手工磨抛后端面平面度差的问题,设计一种新型的手持式磨抛夹具。通过薄板金相试样加工工艺分析,制定手持式磨抛夹具的结构方案,设计夹具的定位装置、夹紧装置和调节装置等关键结构,并利用有限元法评估试样和夹具在临界夹持力和磨抛力作用下的几何变形和应力状态。磨抛实验结果表明:该夹具能够使试样端面平面度控制在20μm左右,比手工磨抛的平面度提高了75%。上述研究为薄板类金相磨抛或性能测试夹具设计提供了参考。

中厚板厂薄规格钢板轧制技术开发

通过分析影响薄规格钢板生产的因素,如精轧机轧制温度控制、板形控制、厚度控制等,开发出批量生产薄规格钢板的技术措施,如优化加热炉温度控制,提高精轧机温度保障能力;优化精轧机厚度自动控制系统的控制程序,实现薄规格钢板高精度厚度自动控制;优化精轧机辊型和轧制策略,提高板形控制能力等。成功开发出6 mm×3 000 mm极限薄规格钢板,并具备了薄规格钢板批量生产能力。

扁钻头冲切法建造薄壁防渗墙槽孔施工方法

板式扁钻头冲切成槽法是在冲击成槽法基础上,对冲击十字钻头(或圆钻头)用板式扁形钻头加以替换改进,对建造防渗墙地层冲切成槽,辅以同一个槽孔内同时采用正、反循环法代替传统的抽砂筒除渣等工艺加以改进而形成的一种防渗墙槽孔建造方法。该方法成功解决了砂卵石、孤石、漂石地基以及强风化岩基难于建造防渗墙槽孔的问题。

SI-FLAT板形仪检测原理的流固耦合振动分析

为从力学本质上揭示SI-FLAT非接触式板形仪的检测原理,基于薄板流固耦合振动理论,建立了薄板振幅与残余应力关系的数学模型.在非协调F9ppl-von Kármán方程组的平衡方程中引入惯性项与流体压强项,利用气动载荷在时间上的周期性将流体速度函数、流体压强函数、薄板挠度函数和薄板应力势函数的时间变量分离出来,得到描述SI-FLAT板形仪稳定工作状态的偏微分方程组.进一步利用分离变量法求解该方程组,最终建立起薄板振幅与残余应力的数学关系.同时结合实测残余应力数据,利用Siemens提出的振幅-残余应力模型反算得到实际薄板振幅分布,并将其与流固耦合振动模型计算的振幅进行对比,验证了提出的数学模型的可靠性.进一步利用流固耦合振动模型分析了气泵进风口流体速度、检测距离和激振频率对振幅的影响,为SI-FLAT板形仪科学合理的利用提供了理论依据.

平板气动力的CFD模拟及参数研究

以薄平板为研究对象,以大型商用软件为数值仿真平台,对平板静动态气动力的模拟方法及参数敏感性进行了较系统的研究。在优化计算域并合理设置基本参数的基础上,分析了随攻角变化的静态平板气动力系数,模拟了运动状态下平板的气动力时程,计算结果与理论解吻合较好。进一步对比分析了风速、湍流模型、平板宽厚比、运动形态、振动频率及振幅等参数对平板气动力的影响。研究结论对提高桥梁结构CFD分析的准确性有一定借鉴意义。

Flexible cone impact dynamics based on space probe-cone docking mechanism

The theoretical model of docking impact dynamics based on flexible cone is presented according to Foppl-von Karman＇s non-linear differential equations and Hertz contact theory. Finite diflerence technique is used to solve this theoretical model. Results of the theoretical model show good agreement with the experimental and ANSYS/LS-DYNA simulation results. In ad- dition, the influence of flexible cone parameters on impact process is discussed based on theoretical model systemically.