不均匀温度场下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空分析

为了解不均匀温度场作用下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空原因,依托高原山区某跨径430 m的钢管混凝土拱桥,进行强辐射、大温差联合作用下拱肋拱顶节段足尺模型试验,分析模型温度场分布,并对该不均匀温度场作用下管内混凝土脱空机理进行研究。结果表明:钢管混凝土拱桥水化阶段和运营阶段径向温度场可简化为多段式折线变化规律。14:00时刻,水化阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)先减小后升高再减小,在距向阳侧界面D/8~3D/8处(D为钢管内径)存在一个大温差面,运营阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)呈先减小后不变再增加的非对称分布规律,从钢管混凝土界面至距其D/8处温度变化大。混凝土水化阶段和运营阶段管内混凝土脱空机理为:在温度场作用下钢管混凝土界面最大纵向应力差分别高达82.6 MPa和61.95 MPa,最大界面径向拉应力分别为0.8 MPa和2.06 MPa,均超过钢管和混凝土间的粘结强度。

乌鲁木齐站钢屋盖网架结构的非均匀温度场影响因素分析

非均匀温度场作用下大跨度空间网架结构将产生非均匀应力分布,若局部应力过大会威胁到结构的安全。新疆极端气候频现,以乌鲁木齐站钢屋盖网架结构作为工程实例,建立流场分析数值模型,分析不同环境因素对结构非均匀温度场的影响,并用实测数据验证,得出以下结论:仅考虑热辐射时,夏至日14时最高温时结构表面最大温度高于环境温度3.6倍,有风(风速5m/s,不随高度变化的平均风)比无风时结构表面最大温度降低38.1%,这说明太阳辐射对结构非均匀温度场的影响最大,其次是平均风;平均风速梯度的特征参数对结构温度场的影响程度排序为:风速大小>地面粗糙度>风向角;风速越大,温度越低,但达到一定风速后,温度趋于稳定;地面越平坦,障碍物越少,温度越高;风向角对温度场的影响不大。

横向非均匀温度场作用的FGM夹层圆板热屈曲分析

基于von Kármán几何非线性板理论,导出了受横向非均匀温度场作用的幂律型功能梯度材料(FGM)夹层圆板的位移型几何非线性控制方程.考虑不可移夹紧边界条件,通过求解线性特征值问题,得到了系统的有量纲临界屈曲温度差解析公式.另外,运用打靶法计算了非线性常微分方程两点边值问题.考察了几何参数、组分材料特性、梯度指数、温度场参数和层厚比对FGM夹层圆板的临界屈曲温度差、热过屈曲平衡路径和平衡构形的影响.当厚径比、梯度层相对厚度和梯度指数增加时,FGM夹层圆板临界屈曲温度差均单调增加;当半径和总厚度给定时,随FGM层相对厚度增加,FGM夹层圆板后屈曲变形显著减小.

波形钢腹板钢梁日照非均匀温度场试验研究与数值仿真

波形钢腹板钢梁作为一种新型结构形式,凭借其优良的力学性能在桥梁工程中得到了广泛应用,但目前对于波形钢腹板钢梁日照温度场的研究尚且不足。针对波形钢腹板钢梁日照温度场开展实验研究,探求波形钢腹板钢梁日照温度场分布规律。实验期间所有测点的温度变化均以日为周期进行波动,与大气温度的变化趋势较为接近。波形钢腹板特殊的几何形式导致波形钢腹板钢梁不同截面的温度分布有着明显的差异,钢梁截面III的温度最高,截面II温度次之,而截面I的温度最低。波形钢腹板钢梁日照温度场表现出明显的非均匀性,实验期间截面I,II,III最大竖向温度梯度分别可达10.2,10.1和7.9℃。利用COMSOL有限元软件建立波形钢腹板钢梁日照温度场数值仿真模型,并利用日照温度场实验数据对该模型的准确性进行验证。钢梁截面I,II,III测点的AAE分别为1.2,1.1和0.9℃,MAE分别为3.1,3.1和3.0℃。基于热力学稳态分析理论,提出一种波形钢腹板钢梁日照温度场的简易计算方法,并利用温度实验数据检验了该计算方法的准确性,该方法可为实际工程中的钢梁温度场计算提供一种简单有效的工具。

非均匀温度场下斜拉索张拉施工技术研究与应用

目前斜拉索施工一般安排在夜间温度稳定的状态下进行终张拉,造成现场施工存在停滞、等待时间节点的情况,如何剔除温度对斜拉索施工的影响值得进行探索。通过非均匀温度场效应快速计算理论分析,本文提出了斜拉索在非均匀温度场下的张拉关键技术,实现了拉索体系桥梁24小时连续不间断施工,索力误差及线形误差均在合理范围内。相对于目前的斜拉索终张拉操作一定要安排在环境温度场均匀条件相比,该施工技术既可节约施工工期,又为项目节省了大量人力、物力,具有良好的经济效益,可为同类斜拉桥体系桥梁施工提供借鉴。

上海65m射电望远镜非均匀温度场及其效应

在最不利气候条件下(7月15日)研究了上海65m射电望远镜的非均匀温度场及其效应,以掌握其主反射面面型精度在不同风速下受非均匀温度场的影响规律。研究了考虑构件尺寸效应的空气对流、天空辐射以及地面辐射等温度场关键影响因素的计算方法,并建立了温度场分析的有限元模型;对3种典型风速下的非均匀温度场进行分析,并将所得到的非均匀温度场施加到主反射面上,研究了不同风速下反射面精度受非均匀温度场的影响规律,即各节点实际坐标拟合抛物面误差均方根(RMS)随时间的变化规律。结果表明:在年平均风速3.2m/s条件下,射电望远镜结构的RMS最大值为0.44mm。当风速由1.0m/s增大到10.0m/s时,RMS最大值由0.56mm减小到0.35mm,且风速越大非均匀温度场对反射面精度的影响越小。该研究成果可为此类望远镜结构的温度场监测、传感器布设、以及热变形控制措施的选取提供参考信息。

上海65m射电望远镜天线结构日照非均匀温度场

研究分析太阳辐射作用下上海65m射电望远镜天线结构的非均匀温度场。首先解析光线投影算法计算天线结构日照阴影的具体步骤,基于该算法编写天线结构日照阴影分析程序,然后采用该程序对不同工作旋转角的天线结构进行日照阴影数值模拟,获得各构件不同时刻的日照系数;在此基础上,修正天线结构各构件所吸收的太阳辐射能量,以此作为主要热荷载模拟不同工作旋转角下天线结构的非均匀温度场,统计天线结构温度场分布的时间特性和空间特性。分析结果表明:光线投影算法可以有效地解决射电望远镜天线结构的日照阴影问题,日照阴影对天线结构的温度分布具有不可忽视的影响。

稳态非均匀温度场中孔型零件变形研究

当处于稳态非均匀温度场时,孔型零件热变形要考虑热应力产生的形变对其变形量的影响.用热弹性力学的方法推导了由热应力和自然膨胀所产生的孔型零件在稳态非均匀温度场中的热变形公式,实验结果也证实了公式的实用性.

巨型射电望远镜结构日照非均匀温度场特性

采用瞬态传热有限元分析方法,建立了综合考虑太阳辐射、空气对流换热、阴影遮挡等因素的望远镜整体结构日照温度场精细化数值模型;选取最不利工况对其进行日照作用分析,明晰了该类结构非均匀温度场分布特性,获得基于望远镜变位的日照作用对主反射面精度全过程影响规律,并揭示了该效应分布特性的内在原因。所得研究成果为未来结构施工、传感器布设及促动器的热变形调控提供了实时数据参考。

深海管道稳态流动非均匀温度场研究

为了研究深海管道稳态流动非均匀温度场,利用GAMBIT软件建立了单层管道几何模型并划分网格,利用FLUENT软件对管道在稳态流动时的非均匀温度场进行了数值模拟,对网格独立性进行了分析,确定了合理的网格划分方式,得到了管道沿程温度曲线。通过对比数值模拟与理论公式计算得到的原油温度结果,对FLUENT模型进行了验证,最后进行了管道温度场参数化分析。研究结果表明,稳态流动时管道沿程温度逐渐减小,温度梯度也逐渐减小,原油入口温度、入口流速、保温层厚度及保温层外壁与海水的换热系数均影响管道温度场的分布。研究为管道的非均匀温度效应研究提供参考。

稳态均匀温度场中圆柱轴热变形研究

传统公式计算轴类零件直径热变形量时仅考虑温度、材料以及直径几个因素,忽略了轴类零件的长度对轴直径热变形的影响,利用材料线膨胀系数与体积膨胀系数之间的关系,推导了轴类零件在稳态均匀温度场中受热变形的数学模型。实验结果证实推导的数学模型相对于传统计算公式更加合理。

不均匀温度场对改善三辊楔横轧轧件心部质量的研究

楔横轧变形属于连续局部横压过程,中心压实法有助于提高圆轴类棒料横压时的内部质量。将中心压实法应用于三辊楔横轧,通过有限元模拟研究了不均匀温度场对三辊楔横轧轧件心部应力应变的影响。模拟结果表明,不均匀温度场方法可以减小轧件心部拉应力,增大心部静水压应力,提高心部塑性变形能力,有助于改善轧件心部质量。通过三辊楔横轧实验,验证了不均匀温度场方法改善轧件心部质量的可行性。

网架模型日照非均匀温度场试验

为得到日照下空间钢结构非均匀温度场分布规律,给现有非均匀温度场模拟方法提供标准、可靠的试验验证依据,设计并制作了标准的三角形平板网架模型,对其均匀温度场试验进行了详细设计,完成了不同环境下三角形平板网架非均匀温度场的连续测量,得到了较为全面的网架结构非均匀温度场试验数据,并对其进行了详细分析,结果表明,网架结构杆件水平放置时,摆放角度对杆件温度变化影响不大,非水平放置时,摆放角度影响较大,不同杆件间温差最大可达13℃,网架模型非均匀温度场效应明显;最后建立了三角形平板网架非均匀温度场有限元分析模型,采用考虑阴影的数值模拟方法对试验进行模拟分析,并将模拟结果与实测结果进行对比,试验结果与数值模拟结果基本相同,全天平均误差率不超过6%.考虑阴影遮挡的非均匀温度场模拟方法可用于结构非均匀温度场分析,模型试验可为同类非均匀温度场模拟方法提供验证依据.

扁球壳在均布压力与均匀温度场联合作用下的屈曲

根据扁壳几何非线性理论,推导了均布压力与均匀温度场联合作用下的扁球壳的位移型几何非线性控制方程.考虑夹紧边界条件,采用打靶法得到了扁球壳轴对称弯曲与屈曲的数值结果.讨论了壳体几何参数对平衡路径、临界荷载的影响.给出了壳体临界几何参数.当几何参数大于临界几何参数时,上、下临界荷载都随几何参数增加而增加.给定几何参数时,考察了不同均匀温度场对壳体上、下临界荷载、临界几何参数以及平衡构型的影响.均匀升温会使上临界荷载显著增加,会使下临界荷载略有减小.均匀变温会使临界几何参数改变.

火灾非均匀温度场中正放四角锥网架结构的临界温度

为了保障大尺度空间建筑网架屋盖结构在火灾下的结构安全性,采用非线性有限元计算方法,按设计的结构方案对不同火灾场景下的正放四角锥网架结构进行结构全过程反应分析,得到反应结构抗火性能的临界温度.对临界温度进行参数分析,结果表明,温度场非均匀系数和结构荷载比是影响结构临界温度的关键参数.用最小二乘法对临界温度随关键参数变化的曲线进行拟合,得到正放四角锥网架结构临界温度的实用计算公式.通过算例比较表明,实用计算式可简便并偏于安全地计算正放四角锥网架结构的临界温度.

非均匀温度场中厚壁圆筒变形研究

厚壁圆筒工作时多处于非均匀温度场中,厚壁圆筒在非均匀温度场中的热变形理论要考虑热应力产生的形变对其变形量的影响。用热弹性力学的方法推导了由于热应力和自然膨胀所产生的厚壁圆筒在非均匀温度场中的热变形公式,实验结果证实了公式的可用性。

火灾均匀温度场中正放四角锥网架结构临界温度研究

随着温度的升高,钢材的力学性能将会发生较大的变化。钢结构在均匀温度场达到承载能力极限状态时的临界温度是钢结构抗火性能的重要特征,而网架结构的临界温度主要受网架的几何特征、荷载比、构件稳定应力的影响。本文通过对不同参数条件下正放四角锥网架结构在均匀温度场中结构反应全过程分析,得到不同参数条件下正放四角锥网架结构的临界温度,为大空间建筑网架结构抗火设计实用方法提供理论依据。

均匀温度场中弹性直杆非线性振动解析解

针对均匀温度场中弹性直杆非线性振动方程,采用迭代法得到对应的算子,导出满足该方程及其初始条件的解答,用不动点理论论证了解答的存在性和唯一性,并给出与近似法对比的计算结果。研究结果表明,该方法迭代格式简洁,对弹性直杆热膨胀状态下的非线性振动问题的研究有一定的实用价值。

非均匀温度场中弹性直杆横向、纵向及扭转振动固有频率的渐近解法

本文研究了非均匀温度场中弹性直杆的横向、纵向及扭转振动问题,给出了一种既能保证较高精度,计算又很简单的固有频率的渐近解法,具体给出了温度沿杆线性分布时固有频率一级近似的计算公式。

非均匀温度场中组合热超弹性球体的动态孔穴生成

在有限变形动力学的框架下,研究了在非均匀温度场中组合热超弹性球体,在表面均布拉伸死载荷作用下的动态孔穴的生成和增长问题.首先建立了相应的非线性数学模型,利用换元积分方法求得了孔穴半径与外加载荷之间的一个精确的微分关系,并进行了数值计算,得到了不同温度下球体中孔穴生成时的临界载荷和分叉曲线.考察了参数对孔穴生成与增长的影响,并与相应的静态结果进行了比较.结果表明孔穴是以一个有限的半径突然出现的,且随时间的演变孔穴半径呈现周期性的非线性振动;当温度升高,临界值降低,同时在相同的条件下动态临界载荷低于静态临界载荷.