地震时桥梁碰撞分析的等效Kelvin撞击模型

建立地震时桥梁碰撞分析的Kelvin撞击模型的参数确定方法。基于Hertz接触理论,考虑波动效应,按照最大撞击力与最大撞击变形的比值,确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度;数值分析了影响Kelvin撞击模型阻尼系数取值的邻梁碰撞恢复系数。结果表明:Kelvin撞击模型的碰撞刚度随Hertz接触刚度、撞击速度以及短梁与长梁的长度比的增大而增大;波动效应对碰撞刚度的影响明显,不能忽略;邻梁碰撞恢复系数随撞击速度增大而减小,随短梁与长梁的长度比减小而减小;确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度和邻梁碰撞恢复系数对城市桥梁的合理取值范围应分别为3×105kN/m―6×105kN/m和0.7―0.95。

桥梁地震碰撞的三维撞击模型及非线性响应分析

为合理模拟地震时相邻桥梁间发生的碰撞响应,提出适用于桥梁多维碰撞响应分析的三维Kelvin接触-摩擦撞击模型,即将Kelvin-Voigt模型和库伦摩擦模型相结合,通过一个摩擦元件来模拟发生纵向碰撞后,接触点间的横向和竖向的相对摩擦作用,以真实地模拟结构接触位置的三维撞击行为。进而将该三维撞击模型引入所建立的结构精细化模拟分析平台FENAP中,与纤维梁柱单元模型良好结合,实现对桥梁的多维碰撞响应分析。通过对一钢筋混凝土连续梁桥在双向地震作用下的碰撞响应分析,结果表明:所提出的三维撞击模型能够模拟邻梁间的纵向和横向碰撞响应;纵向碰撞对刚度较大的桥梁影响较大,会增大墩底剪力和墩顶位移,加剧桥墩的塑性发展;横向碰撞对桥梁的碰撞响应影响较大,不可忽略。

基于叶片撞击模型的鱼友好型轴流泵优化设计

为降低鱼类通过大中型泵站后的死亡率,维持生态系统的稳定,研究了一种应用在轴流泵中的叶片撞击数学模型,对某一轴流泵的鱼类通过性能进行了预测,包括叶片撞击概率、撞击死亡率和鱼类死亡率,分析得到设计工况点的鱼类死亡率理论上高达68%。以降低鱼类死亡率为主要目标,兼顾水力性能,通过考虑鱼损伤的关键因素,优化设计了3种方案的鱼友好型轴流泵,对比分析了3个方案的鱼类通过性能和水力性能。研究结果表明,方案1和方案2平均降低鱼类死亡率49%,方案3平均降低鱼类死亡率52%;3个方案在设计点扬程均可满足原型泵使用要求,其中修正叶片进口安放角的方案2效率最高,设计点效率低于原型泵约3%,方案3鱼类通过性能最佳,设计点效率低于原型泵约5%。

下颌骨颏部撞击模型的制作及生物力学验证

目的:制作出可以在生物材料试验机上完成颏部下颌姿势位撞击试验的下颌骨模型并测试其有效性。方法:3具新鲜离体下颌骨标本,利用牙托粉和下颌骨,根据Hanau牙合架原理制备对牙合模型,在生物材料试验机上进行验证。结果:制备出下颌骨撞击模型,模拟符合实际的骨折类型,3例标本的响应时间分别为15.5ms、16.7ms、18.3ms,平均为16.83ms,撞击力峰值分别为2037.69N、2130.19N和2225.42N,平均为2131.73N。结论:下颌骨撞击模型可以完成颏部下颌姿势位的动态撞击试验,并为其他牙合位撞击试验和有限元分析奠定基础。

混合相结冰条件下多段翼的撞击黏附与积冰的数值模拟

随着飞机结冰问题研究的深入,混合相结冰问题已经成为研究热点。本文使用了阻力模型、黏附模型和结冰热力学模型来计算混合相结冰条件下的准三维多端翼的结冰情况。首先对多段翼进行了网格划分和空气流场计算。然后进行了数值模拟计算,分析了混合相结冰条件下冰晶的撞击、黏附和积冰特征。结果表明,在本研究的条件下,冰晶的黏附质量流量很高,会对飞行安全造成威胁,并且冰晶在溢流水区域也会发生黏附。此外,随着液态水含量(Liquid water content,LWC)与总水含量(Total water content,TWC)比值的升高,冰晶更容易黏附在表面并参与表面结冰。

小行星进入与撞击效应评估模型敏感性研究

近地小行星对地球的撞击是人类生存和发展面临的潜在威胁之一.当前小行星进入与撞击效应评估模型输入参数不确定度大,给模型的使用带来困扰,也较大地影响了危害评估结果.本文分析了输入参数的取值范围,以范围中概率最大或文献的推荐值作为敏感性研究的基准值,利用所发展的小行星进入与撞击效应分析评估软件AICA,通过改变一个或多个输入参数,研究能量沉积、空爆高度、4 psi(1 psi=6.89 kPa)超压损伤半径和3级烧伤半径等模型输出参数对输入参数的敏感性.对于直径60∼300 m、进入速度12∼40 km/s的石质小行星,本文的计算分析指出:随着尺寸的增大、进入速度的减小、烧蚀系数的减小、初次解体强度的增大或者碎片云质量分数的增大,小行星的空爆高度总体上减小;小行星及碎片阻力系数、强度指数对空爆高度和地面损伤范围影响较小;超压损伤半径和热辐射损伤半径总体上随着小行星尺寸和进入速度的增大而增大;碎片云质量分数小于50%时,能量沉积及地面损伤半径评估结果会出现波动,较大的碎片云质量分数基准值(如80%)能够代表大多数进入情况;流明效率仅影响热辐射损伤范围;3级烧伤半径小于4 psi超压损伤半径.

混流式转轮叶片数对鱼类撞击死亡率的影响

鱼类在通过水轮机流道时会受到其内部高速旋转的转轮叶片撞击而出现伤亡。为了优化某电站混流式转轮的鱼类通过生存率,综合计算流体动力学分析方法与鱼类-叶片撞击的数学模型,研究了不同优化转轮方案下的鱼类撞击死亡率及机组能量性能,获得了混流式水轮机过流量及转轮叶片数对鱼类死亡率的影响规律。研究结果表明,在额定水头下,鱼类通过转轮的撞击死亡率与转轮的流量以及叶片数呈正相关关系;对于原始转轮,当流量增加到额定流量时,鱼类通过转轮的撞击死亡率达到了16.85%;而叶片数为13和11的两个优化转轮则使额定流量下的鱼类撞击死亡率比原始转轮分别降低了2.93和5.3个百分点。最后,通过分析两个优化转轮的鱼类生态性能与能量性能,选择采用13叶片的优化转轮作为最终方案。

颗粒特性对撞击分离器性能影响的实验与数值研究

颗粒-壁面撞击行为和气固相间作用对撞击分离器的性能具有重要影响。基于玻璃珠及煤粉的单颗粒撞击实验数据建立平均撞击恢复系数模型,采用非球形颗粒曳力模型对平板式撞击分离器的分离性能和气固流动开展数值研究。结果表明,采用基于实验的平均恢复系数模型以及考虑颗粒形状的曳力模型,能够准确地预测撞击式分离器的总分离效率和分级分离效率。颗粒分离过程中,Stokes数较大的颗粒对颗粒-壁面撞击模型比较敏感,Stokes数较小的颗粒对气固曳力模型比较敏感。

创伤性脑损伤动物模型及其实验治疗学应用

创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI),亦称颅脑损伤或头部外伤,专指由外伤引起的脑组织损害。TBI发生机制以及神经损伤后的修复治疗是当前脑研究的热点问题。动物模型的复制对开展TBI的实验治疗学研究起了巨大的推动作用。该文就国内外已经建立的撞击脑损伤、非撞击加速脑损伤和爆炸冲击波致脑外伤三类动物模型的进展作系统综述,同时列举这些模型在实验治疗学上的应用,为神经保护药物的药效学筛选提供科学指导。

泵站用轴流泵鱼友好型设计及鱼类存活率预测

传统泵站使用中存在大量鱼类死亡现象.为了提高鱼类流经泵站流道后的存活率,采用与试验值吻合度较高的叶片撞击模型,预测了原型泵不同工况下的鱼类死亡率:理论上设计流量点鱼类死亡率高达68%.基于叶片撞击数学模型,提出了提高鱼类存活率的鱼友好型设计方法,分析了各鱼友好型设计对提高鱼类存活率的效果,其中叶片数和转速是影响撞击概率的主要因素,而叶片数是导致扬程变化灵敏度较低的因素;前缘弯掠大幅降低了垂直前缘的撞击速度分量,是影响撞击死亡率的主要因素,加厚型线头部是影响撞击死亡率的次要因素,但两者会加剧径向流动,降低叶片效率及汽蚀性能.经鱼友好型设计后,鱼类死亡率整体控制在30%以下,设计工况点下的鱼类死亡率由68%降低至13%,效果显著.该研究可为鱼友好型泵及泵站的开发应用提供参考.

基于Monte-Carlo的无人机系统安全目标水平评估

针对无人机系统进入融合空域执行不同任务时的安全问题,提出了一种基于Monte-Carlo的风险评估方法。首先对融合空域影响无人机系统发生地面撞击事件的因素进行分析,再用参数分布描述各影响因素的不确定性,最后选取Firebird与Typhoon H两款典型无人机,分别在低风险区域、一般风险区域和高风险区域内利用Monte-Carlo仿真算法进行安全评估,并对各影响因素进行敏感性分析。仿真表明:不同型号的无人机系统在不同运行环境下安全目标水平的差异较大,无人机坠落下滑角度是影响系统允许失效率的关键因素,为无人机系统进入融合空域内的运行风险评价以及提升无人机安全水平提供了一种可行思路。

行人小腿碰撞有限元建模方法的研究

首先根据欧盟EEVC标准要求,建立了模拟行人皮肤、肌肉和骨骼的小腿冲击器模型,并通过静态和动态试验进行了验证。接着建立包括保险杠、纵梁和发动机罩等在内的车辆前端模型,结合上述小腿冲击器模型,组成行人小腿-车辆前端碰撞模型。最后,对该碰撞模型进行仿真与验证。

利用恢复系数预报梁结构弹性正碰载荷的两种有效近似法

对于小球撞击欧拉—贝努利梁问题,应用撞击力模型,给出预报撞击力的两种方法。方法1基于位移协调方程,分别考虑碰撞发生阶段结束和恢复阶段结束两个时刻的位移协调方程。方法2基于梁的动力微分方程,利用撞击系统的动量守恒原理和恢复系数概念。两种方法均得到撞击过程中撞击力随时间变化的曲线。分析结果与已有结果进行比较,结果符合较好。其中方法1大幅简化计算量,可推广到小球与板撞击问题中去；方法2能够较好地描述撞击力,同时可分析各种因素对接触撞击力的影响。

脊髓损伤动物实验模型的建立

脊髓损伤动物模型对于探求脊髓疾病的病因和病理机制,特别是对脊髓再生的神经生物学研究,评价脊髓损伤后有效的干预治疗措施有十分重要的作用,故建立具有较强稳定性,能够反映特定病理生理变化的脊髓损伤动物模型一直是研究者追求的目标,本文旨在介绍国内外较为成熟的脊髓损伤动物模型及其特点。

无人机系统安全目标水平预估方法

考虑无人机系统(UAS)与有人机运行安全特性的不同,通过事件树分析识别出对地撞击是无人机系统运行的首要风险方式。基于等效安全水平的概念,建立确定无人机系统安全目标水平的对地撞击模型,将无人机撞击动能、构型参数以及飞行环境因素综合考虑到模型中,并计算了不同无人机系统在不同运行场景下的安全目标水平以及基于我国地域人口的安全目标水平,结果表明:在考虑运行环境的情况下,对无人机系统安全目标水平的定量要求可能跨越4~5个数量级。在此基础上,结合风险矩阵的概念,给出基于对地撞击情况的无人机系统运行风险评价矩阵,为无人机系统运行风险评价提供了一种可行思路。