大跨桥梁风致振动的三维数值仿真

基于计算流体动力学(CFD)方法,利用自有程序结合商业软件处理大跨桥梁风致振动中的流体-固体耦合问题,使用三维桥梁结构模型,进行大跨桥梁风致振动的数值仿真。仿真结果符合实际物理现象,并且所得到的结构气动参数同已有仿真方法的数值结果相比,与风洞试验结果更加接近。这些数值仿真表明,该计算流体动力学方法可以比较准确地进行大跨桥梁的气动特性分析,可以为大跨桥梁建设提供重要的设计基础。

双辊铸轧铸嘴内部铝液流动的三维数值仿真

针对在常规铸轧条件下结构型式完全不同的2种铸嘴,根据实际工况,分别应用层流模型和低雷诺数的k-ε湍流模型,用商业软件CFX(version4.2)对铝液在其内部的流动进行了三维数值仿真。研究结果表明:对于应用层流模型的铸嘴结构,其内部铝液流动的仿真结果与水模实验结果基本一致;对于应用低雷诺数的湍流模型的铸嘴结构,其内部铝液流动的仿真结果能较好地为铸嘴结构及参数的改进提供依据。尽管2种铸嘴结构的差异很大,铸嘴入口处的流动状态不同,分别处于层流和湍流的状态,但铸嘴出口处沿铸轧方向的流速分布规律在铸嘴宽度和高度方向非常相似。

计算机三维数值仿真技术在上海隧道工程地震安全评估中的应用

介绍了沉管隧道地震响应三维数值仿真技术基础以及数值仿真技术在隧道工程中的应用情况。从工程建设的角度叙述了三维数值仿真技术对上海外环线沉管隧道工程抗震性能的研究。

泵内部流场的三维数值仿真

采用Fluent软件对泵内部流场进行了三维数值仿真,从仿真结果与设计结果对比可以看出,通过泵内部流场的三维数值仿真可以对泵的主要性能参数做出较为准确的预测,为泵的改进设计和优化提供了理论依据。

高边墩预应力钢筋混凝土坞式闸室三维数值仿真分析

为分析研究高边墩预应力钢筋混凝土坞式闸室结构的受力性能和计算方法,以安徽省颍上船闸工程为例,采用三维空间有限元模型,模拟墙后回填施工过程,计算作用于闸墙后的土压力荷载。由此进一步分析结构的变形和应力分布。对比分析有限元计算结果与实测值可以得出,计算值与实测值接近且趋势吻合。研究表明,当合理考虑土体和闸室的相互作用,并精确模拟回填施工过程,通过三维空间有限元可有效分析预应力闸室结构的受力性能。

金属切削过程的三维数值仿真

近年来国内外对金属切削工艺的有限元模拟的研究已有较多的研究报道，但是这些研究大多局限于二维模型，在三维切削过程的数值模拟方面有待于进一步深入研究。在实际切削过程中，工件和刀刃都具有三维几何形状；它们的相对移动也不总是正交的；因此切削是在三维状态下形成的。利用动态显示积分有限元程序，建立率相关的热弹塑性模型模拟材料在高温区的热、力学行为；采用侵蚀接触算法描述刀具与工件以及刀具与切屑之间的相互作用；同时利用单元删除法实现切屑的分离与破坏，从而实现了金属块体切削过程的三维数值仿真。

不同偏置影响锗硅异质结双极晶体管单粒子效应的三维数值仿真研究

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),采用半导体器件三维计算机模拟工具,建立单粒子效应三维损伤模型,研究不同偏置状态对SiGe HBT单粒子效应的影响.分析比较不同偏置下重离子入射器件后,各端口电流瞬变峰值和电荷收集量随时间的变化关系,获得SiGe HBT单粒子效应与偏置的响应关系.结果表明:不同端口对单粒子效应响应的最劣偏置不同,同一端口电荷收集量和瞬变电流峰值的最劣偏置也有所差异.载流子输运方式变化和外加电场影响是造成这种现象的主要原因.

方坯连铸流动传热的三维耦合数值仿真

在考虑速度粘性耗散项的情况下建立了方坯连铸三维稳态流动传热耦合数学模型,模型中对二冷区传热边界条件的处理与以往模型相比更加准确。应用该模型和早前基于有效导热系数方法所建立的方坯连铸二维非稳态有效导热系数模型对涟钢1号ROKOP方坯连铸机(150×150mm2)连铸过程中拉坯方向上一定区域内的流动与传热现象分别进行了数值仿真,计算结果对比分析得出,在仿真运算所选取的钢液对流较强的计算域内,三维耦合模型能更为准确地预测出铸坯的温度场。另外,通过两种数学模型对铸机整个冶金长度范围内的凝固过程进行了复合数值模拟并设计出了相应的二冷方案。连铸机的生产实践表明,二冷设计方案非常合理,连铸过程的数值仿真结果具有较好的可靠性和实用性。

确定混凝土坝浇筑温度的三维仿真数值方法

采用全过程仿真粘弹性空间有限单元法,首先对混凝土坝温控因素进行敏感分析,得出温控因素变化对强约束区浇筑块中心最大拉应力的影响.在敏感分析的基础上,以混凝土许可拉应力作为约束条件,采用回归分析和拉格郎日插值方法,在温控因素多维空间建立浇筑温度优化方程,利用优化方程可计算大坝任意具体施工条件下的浇筑温度.

土工格室柔性搭板处治的路桥过渡段差异沉降三维数值分析

应用MARC软件,建立路桥过渡段差异沉降的三维计算模型。基于该模型及不同的地基沉降模式,分别对土工格室加筋体和柔性搭板消化地基沉降、协调和控制桥头差异沉降的作用机理及其对地基沉降的适应性进行了三维数值仿真分析。结果表明:土工格室复合体限制了周围土体的侧向变形,减小了路堤本身的压缩变形;同时,土工格室柔性搭板能有效地阻止上层土体向下沉降,减小路基竖向应力,使得桥台与路堤之间的沉降差在较广的范围内得到平缓过渡。

端柱面组合密封气膜稳态特性数值仿真分析

针对航空发动机等高速流体机械中流体动密封部位的工况特点,提出一种新型的端柱面组合气膜密封形式.根据气膜密封的结构特点,建立了端柱面螺旋槽组合式密封气膜的数学分析模型.采用CFD分析软件Fluent对气膜三维流场模型以湍流流动形式进行数值模拟计算.研究了密封气膜几何结构参数变化对密封稳态特性(端面承载力Fd、柱面承载力Fc、泄漏量Q、摩擦转矩M)的影响.几何结构参数包括端面平均膜厚、端面槽深比、柱面平均膜厚、柱面偏心率、柱面槽深比、柱面槽宽比.

三维自由射流缩流及扩散的数值研究

由于非定常多相流特性,大气下水自由射流的水力性能相当复杂。本文依据弯管二次流机理确定的最优湍流模型,以六喷嘴冲击式水轮机最末端的喷嘴射流作为研究对象,进行了三维非定常自由射流的数值模拟解析。定量分析了三维自由射流在不同空间方向沿程变化的两相流流态、能量构造及射流形状,为水斗提供了真实的入流条件,确认了最末端喷嘴射流水力效率较差的原因:由于最末端喷管的急剧弯道使得射流产生了大幅度的膨胀扩散。

垂直上升管道内气液两相细泡流涡街特性的数值仿真

在50,mm垂直上升管道内,利用数值仿真,并通过实验研究了气液两相细泡流绕漩涡发生体流动发生气液两相涡街的一些现象,分析了截面含气率对脉动升力以及漩涡脱落的影响.分析表明,在截面含气率低时,气液两相流钝体绕流引起的脉动升力随含气率的增加而减弱,随机性增强,漩涡脱落频率增加.计算流体动力学仿真结果与实验比对,平均误差小于4%.

南京片状细砂不排水循环三轴试验的数值仿真

基于软件ABAQUS的二次开发平台,引入Byrne修正的Martin和Finn孔压应变模型,并与土体动力黏塑性记忆型嵌套面模型相结合,通过编制Fortran子程序,嵌入到软件ABAQUS中,实现了软件ABAQUS的有效应力算法,对南京片状细砂土的不排水循环三轴试验进行三维数值仿真。通过与循环三轴试验结果的比较,发现数值模拟结果基本上能再现南京片状细砂的不排水循环特性,如不排水循环三轴试验的动应力?应变关系、应变累积、应变软化等;且数值仿真结果较好地反映了试验结果的振动孔压发展特征。研究的意义在于理想三维数值模拟试验能够突破常规的室内土工试验能力及其局限性,这为今后饱和砂土不排水循环特性的宏、细观机理的进一步研究奠定了基础。

西秦岭隧道互补式通风数值仿真分析

为研究换气风量与换气通道位置对互补式通风隧道内污染物浓度的影响规律,建立隧道通风三维数值仿真计算模型,分析4种不同组合工况下换气风量和换气通道位置对污染物浓度的变化影响。结果表明:随着换气风量的增加,上坡隧道排风段污染物浓度减小,下坡隧道全段污染物浓度减小;随着换气通道与上坡隧道入口距离的增加,上坡隧道排风段污染物浓度增加,下坡隧道排风段污染物浓度减小。

偏二甲肼/四氧化二氮火箭发动机尾焰流场特性三维仿真研究

以偏二甲肼/四氧化二氮(UDMH/NTO)火箭发动机为研究对象,采用κ-ε湍流模型,运用PISO算法分别对发动机内流-场和尾焰流场进行三维仿真。采用相同方法计算液氢/液氧(LH2/LOX)火箭发动机尾焰,仿真结果和试验结果吻合得较好,证明了计算模型的正确性与有效性;同时对比分析了UDMH/NTO发动机与LH2/LOX发动机尾焰流场特性。结果表明,两者具有相似的温度和马赫数变化趋势,但是UDMH/NTO发动机尾焰核心区温度相对较低,而LH2/LOX发动机尾焰将更快衰减至亚声速射流。

开滦赵各庄矿断裂滞后突水数值仿真模拟

针对开滦赵各庄矿 13水平 (- 110 0m)F8断层破碎带穿越的首采区的安全回采评价问题 ,通过现场地应力实测、室内不同含水量情况下的断裂带物质的单轴、三轴常规和流变力学试验以及反演所确定的力学参数 ,对其进行弹塑性三维可视化数值仿真模拟 ,深刻地阐述了其弱化机理和主要控制因素 ,提出了煤层底板断裂构造突水时间弱化效应的新概念 ,并对不同水压、不同时效阶段条件下赵各庄矿 13水平首采区的安全回采方案作出了预测评价 .

圆周分段式密封动压浮起力数值仿真计算

氢氧火箭发动机氧涡轮泵中氦气隔离密封的作用是防止驱动涡轮的富氢燃气和液氧介质相混合,目前国外氦密封主要应用的是带瑞利(Rayleigh)动压槽的圆周分段式密封,可以有效减少氦气消耗量。这种密封形式设计的关键在于计算动压槽所产生的动压浮起力。利用Fluent流体分析软件,计算了动压浮起力,并与一维计算方法和国外文献中计算结果相比较,验证了三维仿真计算方法的准确性;分析了气膜厚度、动压槽深度、槽数以及加工误差导致的轴偏斜和槽偏斜等因素对浮起力的影响,密封浮起力随气膜厚度的增大而减小,动压槽深度约为0.01mm,浮起力达到最大值,轴偏斜和槽偏斜角度越大,浮起力越小。

长期服役长隧洞衬砌裂缝分布规律与仿真分析

【目的】由于已建输调水隧洞工程均埋于地下,盲运时间较长,随着服役时间的增长,隧洞衬砌产生裂缝病害,严重影响运行安全,因此研究衬砌裂缝发生的规律极为重要。【方法】对某运行20 a的隧洞素混凝土衬砌裂缝进行现状调查和现场检测,基于现场检测数据分析,揭示该素混凝土衬砌病害发生的部位、类型、裂纹密集程度等规律,并进行初步成因分析。为进一步揭示该隧洞裂缝病害的成因和主控因素,基于Flac3D软件,开展典型洞段衬砌结构的三维数值仿真分析,得到了初始地应力、衬砌厚度、外水压力等对衬砌工作性态的影响,揭示了裂缝密集程度的主控因素。【结果】结果显示:(1)裂缝是该素混凝土隧洞衬砌中最为广泛的病害;(2)单位隧洞长度下的裂缝密集程度从高到低,依次为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段;(3)衬砌厚度、地应力、外水压力是影响单位隧洞长度下的裂缝密集程度不同的主要因素。【结论】数值模拟计算结果反映了衬砌裂缝密度差异的原因与现场检测结果一致。研究结果为水工隧洞建设与长效运维提供了参考。

变铸轧条件下铸轧辊三维温度场仿真研究

从常规铸轧入手，建立铸轧过程中铸轧辊三维温度场模型，并利用数值解法求出了温度场分布，在此基础上对不同铸轧条件下铸轧辊温度场进行了仿真，从而为铸轧辊的热变形分析计算奠定了基础。