挡浪墙后置的深水直立防波堤波浪荷载对比分析

文中分析了某挡浪墙后置形式的深水直立式防波堤波浪荷载特点,采用中国规范、修正的合田良实公式、森佛罗简化法公式的波压力理论进行计算,并与断面物模、局部整体物模的波压力试验结果进行对比,分析差异。提出当相对水深较大时,采用中国规范的推荐公式更能合理地模拟波压力曲线,并提出对中国规范波压力计算方法选取的建议。针对后置的挡浪墙进行波压力分析,推荐了新的波压力计算方法,推荐当防波堤顶部无越浪要求且需要改善港池泊稳环境的情况下采用该方法,可以改善结构受力。

斜向浪作用下斜坡堤顶部挡浪墙受力分析

将某斜坡式引堤工程的挡浪墙断面物理模型试验结果与国标、Jensen&Bradbury方法、Pedersen方法以及Martin方法理论计算结果进行比较。结果表明,Martin方法计算冲击、脉动压强公式的合力数值以及分布形态都与断面物理模型结果较为吻合,推荐用于计算挡浪墙水平波压力、浮托力。挡浪墙水平波压力在掩护棱体上方达到最大值,在掩护棱体上方和掩护棱体内都减少,L形挡浪墙结构可以使水平波压力在挡浪墙底部迅速减小,从而减小整个挡浪墙底部受到的浮托力合力。浮托力沿着挡浪墙底部线性减小,在挡浪墙后沿根部并不为0。通过比较断面物理模型和整体三维物理模型试验结果,挡浪墙对未掩护区域的折减效果显著,对掩护区域的折减效果较差,而对浮托力基本没有折减;波向角越大,折减系数越小;折减后的波浪形态基本不变。

相变对TiNi合金薄壁管中波速的影响

形状记忆合金在受到强冲击荷载作用时会发生相变,而相变对其结构件的动态力学响应影响显著。本文采用同时考虑静水压力和偏应力影响的相变临界准则,推导了增量型的相变本构模型。基于广义特征理论,得到了复杂应力状态下特征波速的解析表达式。特征波速不仅和材料本身的力学参数(如拉压不对称性和混合相的模量)有关,还和材料所处的应力状态有关。对因相变导致体积膨胀的TiNi合金而言,拉压不对称性系数的增大会提高慢波的波速,而对快波几乎没有影响。在相变椭圆的短轴处(α=90°),慢波的波速最低,并随混合相无量纲模量的增大而显著减低,混合相无量纲模量由2增加至5时,波速降低幅度为36.2%,而快波的波速达到最大值c_(0),和混合相的模量无关;在相变椭圆的长轴处(α=180°),慢波的速度达到最大值,而快波的波速达到最小值c_(2)。

移动压力面诱导的固壁冰航道内弯曲重力波传播特性研究

在冬季冻结的内河航道以及冰水池模型试验等限制航道场景下,弯曲重力波和冰相互作用过程中由于冰板与冰池固壁面之间的边界条件,池壁效应的影响通常较大,不可忽视.基于此,针对移动压力面在固壁冰航道匀速运动引起的冰板稳态响应问题,建立数学模型,并采用分离变量法、正交模态法和傅里叶变换推导了该模型的解析解,得到冰板变形响应的积分表达式,通过数值计算对该问题进行数值求解.在验证积分表达式的收敛性的基础上,基于弯曲重力波在固壁冰航道内传播的临界速度,分析移动压力面在不同速度区间下运动引起的弯曲重力波特点,研究压力面相对航道壁面位置对弯曲重力波的影响,讨论航道水深和冰厚参数对移动压力面破冰能力的影响,总结压力面运动速度、压力面与航道壁面的位置关系、冰厚及水深变化对冰板变形和应变的影响规律,以期为开展冰水池模型试验和内河破冰提供一些参考.

南极长城站哨声波监测仪设备及其初步观测

在子午工程二期项目的支持下,武汉大学(Wuhan University,WHU)联合中国极地研究中心研制了一套甚低频(very low frequency,VLF)波动探测系统,并在2022年由中国极地研究中心部署于南极洲的中国长城站(Great Wall Station,GWS,62.22°S,58.96°W).该探测系统的动态范围为~110 dB,时间精度为~100 ns,可为空间物理和空间天气研究提供高分辨率的波动观测数据.本文详细介绍了WHU VLF(子午工程编码:OCHCH_WHWM01)波动探测系统在GWS的初步观测结果,充分验证了系统的优越性能和稳定性.在过去一年的常规运行中,此系统能精确探测北美和欧洲等区域内各种地基VLF台站信号的动态变化.初步分析结果表明,在多次X级太阳耀斑爆发期间,GWS观测到的人工VLF台站信号特性与以往的研究结果高度一致.由于HWU-GWS(HWU为发射台站的名称)路径穿过南大西洋异常(south Atlantic anomaly,SAA)区域,观测结果同时表明,在磁暴期间,HWU VLF信号的扰动与磁层电子沉降在时空关系上具有很强的关联性.此外,此设备也能观测到闪电激发的宽频带哨声波,在频谱图上呈现特有的清晰色散结构.因此,在南极独特的地理位置,地基哨声波监测仪的观测结合其它仪器的观测,有利于深入开展与极区哨声波传播、低电离层扰动、地面闪电放电和辐射带粒子沉降等相关的空间天气学研究,对开展全天时空间环境监测具有重要意义.

从中医脉学的发展谈“系统辨证脉学”

系统辨证脉学是现代创新脉学的典型代表,通过对中医脉学溯源,梳理从传统脉学到现代脉学的发展脉络,总结系统辨证脉学的理论体系。系统辨证脉学具有系统性和辨证性两大基本特点。从脉体、脉壁、脉搏波和血流四个方面,将25对脉象要素进行归类,形成系统辨证脉学的整体架构。手指感觉系统开发和诊查区域是其特色技术要点。从脉象要素到层次到系统形成明晰的思维过程,进而构建出脉治相应的辨证诊疗模式。系统辨证脉学丰富了中医脉学的体系内涵,为实现多学科汇通及中医药现代化起到了极大的促进作用。

三维数值波浪水槽及其数值模拟验证

波浪水槽能够模拟波浪的产生、传播以及与结构物的相互作用,提供直观、可靠的数据支持。随着计算机技术和数值方法的快速发展,三维数值波浪水槽逐渐成为港口工程领域的研究热点。利用数值模拟软件FLUENT生成三维数值波浪水槽,并结合ANSYS-FSI模块建立三维有限元与有限体积元耦合模型,可以精确模拟波浪作用于斜坡堤等结构上的整个过程。为验证数值模型的准确性,以在波浪作用下斜坡堤顶胸墙的稳定性为例,比较数值模型与理论公式的计算结果。结果表明,数值模型与理论公式的计算结果基本一致,此三维数值波浪水槽模型可靠。在实际工程应用中,可以利用此数值波浪水槽进行方案比选,提升工作效率,同时与物理模型试验结合,共同为港口工程的设计、施工提供有力支持。

有斜坡棱体掩护的防波堤直立墙波浪力试验研究

抛石防波堤内部存在透浪和透流的现象,有斜坡棱体掩护的防波堤直立墙受到外海波浪力作用,但波浪力大小尚无成熟的计算方法。通过防波堤断面物理模型试验,研究斜坡棱体掩护对直立墙波浪力的影响规律,分析试验结果得出结论:直立墙在斜坡棱体掩护下受到的波浪力作用明显减小。斜坡结构顶宽加大,直立墙波浪力减小,折减系数减小,但宽度超过一定值后,波浪力减小的幅度变缓,建议设计阶段结合模型试验论证最经济方案。合田公式波浪力折减系数偏大,在前期方案研究阶段,不具备开展模型试验条件时,建议有掩护直立墙折减系数取0.5。

地铁曲线波磨地段振动特性影响因素分析

为研究地铁曲线波磨地段振动特性影响因素,建立车辆-轨道及轨道-隧道-大地模型,分析不同波磨波深、隧道埋深、轨道减振措施下隧道壁及地面的振动响应。结果表明:减小钢轨波磨波深或增加隧道埋深,隧道壁和地面的垂向最大加速度和加速度分频最大振级均有减小趋势;采取不同轨道减振措施时,浮置板的减振效果最佳;隧道埋深和轨道减振措施的改变,不会改变隧道壁和地面加速度峰值的频段区间及加速度分频最大振级的中心频率;振动在隧道壁传递到地面的过程中高频衰减较快。

部分反射直墙前二维物体的绕射和辐射问题

基于映像理论将部分反射直墙前物体的散射问题,等效于开敞水域中原物体的散射和关于直墙映像体散射的线性叠加进行求解。采用高阶边界元方法建立了部分反射直墙前二维任意形状物体波浪绕射和辐射问题的数值分析模型,通过与已发表的海底方箱和淹没圆柱结果的对比验证了数值模型的准确性。应用该模型研究了直墙反射系数幅值及相位、方箱与墙间距离等参数对水面方箱上波浪激振力、附加质量和辐射阻尼的影响。结果表明:直墙反射系数幅值越大,波浪激振力、附加质量和辐射阻尼的波动越大,附加质量在一些频率下出现负值;相位角的变化会改变波浪激振力、附加质量和辐射阻尼曲线的偏移,在低频区对升沉附加质量有显著影响;方箱距离直墙越远,方箱上的波浪激振力、附加质量和辐射阻尼随波数振荡的频率越快,峰值频率向低频侧移动。

典型加筋壁板近爆距冲击波-破片毁伤研究

为了研究Ω型加筋壁板在近距离爆炸冲击下的毁伤特性和破片—冲击波联合作用规律,通过爆炸冲击实验及数值仿真,研究了冲击波和破片单独作用、联合作用和不同先后顺序作用下靶板的损伤差异。研究结果表明:近距爆炸产生联合作用时,冲击波和破片互为干扰,破片动能相比破片单一作用时最大降幅可达10.1%,靶板最大挠度相比冲击波单一作用时可降低25.8%;对于Ω型加筋板,仅有破片打击作用时形变量较小,但破片造成的穿孔损伤将极大降低靶板抵抗冲击波作用的能力。当冲击波作用于穿孔损伤后的靶板时,靶板最大挠度相比冲击波单一作用时可增大96.5%。研究结果可为防护结构设计提供参考。

典型壁板结构爆炸冲击实验与仿真研究

空空导弹战斗部爆炸产生的爆炸冲击波毁伤源对飞机蒙皮结构的损伤效果受多种因素影响,作用机理较为复杂,因此冲击波对飞机蒙皮结构的毁伤评估需要大量的实验和计算样本支撑。本文设计并进行铝合金加筋平板静爆实验,分析固支加筋平板在冲击波加载下的动态响应和变形规律;采用有限元分析软件LS-DYNA对爆炸冲击下的结构响应进行仿真分析,通过对比仿真结果与实验结果对数值仿真模型的准确性进行验证。结果表明:孔洞面积占该形式加筋平板面积大于1‰时,靶板更容易发生以固支边界撕裂为主要形式的拉伸失效,增大孔径或增加孔的数量都有提高孔间贯穿损伤的风险;同爆距下爆炸物与目标迎爆面的夹角越大,靶板的变形程度越严重,夹角从30°增大至60°时目标挠度可增加30%以上。

铁磁畴壁中自旋极化电流诱导的左旋极化自旋波

极化指的是波偏振的方式,是波的一个基本性质.利用波的极化可以进行信息的编码,这一编码方式在光学和声学中得到广泛应用.利用自旋波进行信息的传递和处理是磁子学的主要研究课题.然而在铁磁材料中,由于只存在右旋极化的自旋波,利用波的极化进行信息的编码在铁磁自旋波器件中始终没有实现.前期研究发现,通过自旋极化电流可以在铁磁体中产生左旋极化自旋波,从而有望实现利用极化编码的自旋波器件.然而在一个均匀磁化铁磁体中产生左旋极化自旋波所需的电流密度过大,实验上难以实现.磁畴壁可作为自旋波波导,且畴壁中自旋波的截止频率趋近于零.本文从朗道-栗弗席兹方程出发,研究了在自旋极化电流存在的条件下磁畴壁中自旋波的色散关系和传播特性,证明只需要很小的自旋极化电流就可在畴壁中产生稳定的左旋极化自旋波.微磁学模拟证明了理论分析结果.该项研究为研制基于极化编码信息的自旋波器件提供了一个实际可行的方案.

基于超声导波的高温管道壁厚监测技术优化

超声导波技术因可将超声换能器与高温环境隔离而常被用于高温管道的壁厚监测系统,但高温下常规耦合技术失效问题和信号信噪比低的问题影响了测量系统的可靠性和测量精度。设计用于传导超声信号的导波杆,基于声学匹配原理优化干耦合技术,解决高温环境下常规耦合技术的失效问题。提出自适应激励方式和测量数据的乘幂算法以提高高温下测量系统的自适应性和信号信噪比。采用智能分段声速方法对声速进行修正,使高温超声导波测厚系统的测量精度达到±0.03 mm。实验结果表明:在500℃的长期热源环境下,超声波换能器端的温度最高不超过56℃,验证了测量系统在高温环境下的可靠性。

压电超声SH导波管道测厚方法优化及系统设计

为深入探究水平剪切(SH)波在有界平板中的传播特性,该研究从SH波的基本理论出发,根据无限大平板中传播的SH0波的非频散特性,开展有界平板结构中SH0波传播特性的仿真分析和实验验证。结果表明,在频厚积参数为3.0 MHzmm的激励条件下,有界平板结构中传播的SH0波能够保持优良的非频散特性。在此研究基础上,针对利用SH导波在测厚研究中存在的耦合效果不佳、回波信号杂乱等共性问题,借助平板型波导条设计了一套基于压电超声SH0导波的管道壁厚测量装置,并基于该测厚设备开展了管道壁厚检测实验。实验结果表明,所设计的“预固定”加“二次固定”耦合方法有效解决了耦合难题;基于该测厚装置提出了忽略首次回波信号的管道壁厚计算方法,该方法能够从原始回波信号中更加精确地计算出壁厚值,将测量值精度误差控制在0.05 mm以内。该文提出的研究方法为工业管道的壁厚检测和长期在线监测提供了新的解决思路,在工程实践中具有重要的参考价值和指导意义。

平面槽道湍流壁面脉动压力的特性与机理研究

以平面槽道湍流壁面脉动压力特性以及边界层速度源项对壁面脉动压力的贡献为研究关注点。基于约翰霍普金斯大学湍流数据库中的平面槽道流直接数值模拟数据,利用格林函数求解泊松方程构建边界层速度源项与壁面脉动压力的理论关系,通过傅里叶变换计算壁面脉动压力谱和边界层速度源项分压谱,揭示壁面脉动压力谱的波数-频率域的特性,对比分析边界层不同区域不同源项对壁面脉动压力的贡献。结果表明,壁面压力自功率谱在低频、中频和高频段的形状分别为ω^(2)、ω^(-0.775)和ω^(-5);波数-频率谱中迁移脊在波数130 rad/m、频率120 rad/s区域,揭示湍流涡旋结构迁移速度为0.54倍流速;壁面脉动压力主要由速度场源中平均剪切湍流作用项Pms与湍流-湍流作用项Ptt共同影响,Pms贡献占主导。

装配式防浪墙用清水混凝土配制与应用研究

为研究应用于装配式防浪墙的清水混凝土,进行了C60清水混凝土系列试验研究。配合比设计得到C60清水混凝土基础配合比、矿粉掺量试验研究对性能影响及最佳掺量值、黏度改性掺合料试验研究对清水混凝土性能影响,对应用技术特点做相关分析。结果表明:(1)基础配合比为m(水泥)∶m(矿粉)∶m(黏度改性掺合料)∶m(机制砂)∶m(碎石)∶m(减水剂)∶m(水)=440∶50∶80∶700∶1 015∶0.35∶160。(2)矿粉掺量增加,扩展度先增大后减小,氯离子扩散系数、电通量均逐渐降低,矿粉最佳掺量70 kg/m^(3)。(3)黏度改性掺合料掺量增加,坍落度、扩展度均先增大后减小;28 d抗压强度先增大后减小;劈裂抗拉强度先增大后减小;氯离子扩散系数先增大后减小;电通量先减小后增大,确定最佳掺量90 kg/m^(3)。

进水池吸气涡控制方法

以进水池模型为研究对象,探索有效的吸气涡控制方法,基于计算流体动力学(CFD)技术,分析消波板与幕墙2种方法对吸气涡的抑制效果,并重点研究关键几何参数的影响.采用开源CFD软件OpenFOAM进行数值模拟,基于三方程的Bifurcation湍流模型求解湍流场以及CLSVOF方法捕捉气液交界面,从吸气涡形态、涡量、流线和出口吸气率等多角度对计算结果进行处理和对比分析.研究结果表明:深度为0.25 D 1的幕墙可以有效抑制进水池吸气涡,且吸气率可降低一半;随着幕墙深度增大,吸气率上升;参考海洋工程领域提出的消波板仅能推迟吸气涡的出现与发展,但无法起到抑制作用;在消波板中心位置和长度不变的情况下,改变消波板宽度均对吸气涡无明显抑制效果.研究结果可为进水池及相关工程设施优化设计提供一定的借鉴和参考.

深中通道西人工岛挡浪墙结构设计优化及施工技术

深中通道西人工岛岛壁现浇挡浪墙采用阶梯状结构,断面形式复杂,结构基础为换填基础且沿横断面方向存在差异,基于控制挡浪墙差异沉降、提升挡浪墙施工质量及建筑景观效果等方面考虑,对现浇挡浪墙结构设计及施工工艺开展优化研究。经实践验证,优化后的结构设计方案科学可靠,施工过程安全高效,实施后挡浪墙结构未出现明显差异沉降,结构线形平顺,景观效果良好,验证了此优化方案的科学性及可行性,可为类似工程提供参考借鉴。

悬挂式矩形水墙对爆炸冲击波削减效果的实验研究

为探究开放空间中水对爆炸冲击波的削减效果,基于水平激波管搭建了冲击波与悬挂式矩形水墙相互作用的实验平台,在水墙近场位置开展了8组实验。利用高速纹影测试系统记录冲击波与水墙的相互作用过程,并研究水墙厚度对水墙破碎效果以及运动速度的影响。利用压力测试系统记录水墙后方的压力变化,并结合高速纹影测试结果进行分析。结果表明:水墙后方的压力变化与冲击波的反射、透射以及绕射现象无关,主要取决于水墙产生的冲击作用;动量提取为悬挂式矩形水墙的主要减爆机制;水墙对冲击波峰值压力具有明显的削减效果,且随着水墙厚度的减小,对峰值压力的削减效果逐渐增加;水墙对峰值冲量的削减效果并不明显。