基于柱Kadomtsev-Petviashvili模型的海洋内孤立波非线性相互作用传播特征仿真模拟研究

在考虑到海洋内波的二维效应时,含有横向微扰的二维模型可以较好地模拟海洋内波的传播,因此为更好地描述海洋内波这一复杂非线性现象的传播特性,利用二维柱Kadomtsev-Petviashvili模型研究了海洋内波非线性相互作用的传播特征。首先,利用解析法获得该二维模型的双抛物线型孤子解,同时模拟研究了南海东沙群岛的海洋内波的弹性碰撞及随时间变化的传播特性;其次,基于不同的海域背景参数分析研究了上升型和下降型抛物线海洋内波弹性碰撞引起的海洋表层流速的变化。经比较分析,本文模拟结果与已有的遥感卫星图像较一致,因此可为进一步深入研究海洋内波的传播特性、动力学机制解及内波参数反演等提供一定的借鉴。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱恢复力模型研究

为建立圆钢管型钢再生混凝土组合柱的恢复力模型,对11根圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验研究,考虑了再生骨料取代率、配钢率及钢管径厚比等不同设计参数的影响,分析了组合柱的地震破坏形态及滞回性能。基于组合柱的力学特征及曲线形状,提出了圆钢管型钢再生混凝土组合柱骨架曲线的三折线参数模型,采用理论推导与数据拟合的方法确定了组合柱骨架曲线的模型参数。在此基础上,给出了组合柱的滞回规则和卸载规律,构建了组合柱的恢复力模型,计算滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,表明该恢复力模型较好地反映了反复荷载下组合柱的受力特征点及滞回性能,可为此类组合柱的推广提供技术参考。

近场近地爆炸下建筑柱爆炸荷载分布规律及简化模型

为了快速评估近场近地爆炸荷载下建筑柱的动力响应和破坏模式,通过数值仿真方法,探究了近场近地爆炸工况下冲击波在建筑柱迎爆面的分布规律,并提供了该工况下的爆炸荷载简化模型。为此,首先利用已有实验数据验证数值模型,并建立典型近地近场爆炸工况的数值模型,然后研究比例爆距和比例爆高对建筑柱冲击波特征参数的影响规律,最后拟合出柱迎爆面反射冲量和正相超压持续时间的计算公式,将柱迎爆面各点爆炸荷载转化为等效三角形荷载模型,为工程实践中建筑柱遭受近场近地爆炸作用下的抗爆设计提供荷载输入。研究结果表明:当比例爆高小于0.3 m/kg1/3、比例爆距在0.4~0.6 m/kg1/3范围时,最大反射冲量沿柱高可简化为三折线分布;当比例爆距在0.6~1.4 m/kg1/3范围时,最大反射冲量沿柱高可近似简化为双折线分布;在同一比例爆距和比例爆高工况下,随着炸药当量的增加,柱迎爆面相同比例高度处反射超压峰值保持不变而反射冲量正比于当量的立方根。

BFRP模壳不排水加固RC墩柱恢复力模型

为研究玄武岩纤维增强聚合物(basalt fiber reinforced polymer, BFRP)模壳不排水加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)墩柱抗震恢复力模型,在拟静力试验基础上,采用OpenSees有限元软件对模壳加固墩柱进行数值分析,主要研究参数为填充层混凝土强度、模壳厚度、加固高度、轴压比。研究表明:填充层混凝土强度等级越高,墩柱抗震性能有所增强,但C40以上的填充层混凝土强度等级墩柱的抗震性能较为接近;模壳加固厚度较大墩柱的抗震性能优于厚度较小墩柱;当模壳加固高度较高时,墩柱的抗震性能较好,当加固高度大于2~3倍原墩柱塑性铰高度时,抗震性能提升效果趋于稳定;轴压比越大,墩柱的刚度退化较快,不利延性发展。后通过数据回归分析,建立了BFRP模壳加固RC墩柱恢复力模型,对比可知,恢复力模型与试验曲线拟合较好,能有效反映加固墩柱的滞回性能,可为此类结构的抗震性能分析提供参考。

深层油藏传热模型及油柱高度计算

深层油藏储层埋藏深、厚度大,油井难以钻穿整个油层。针对深层油藏油柱高度的计算问题,考虑在油井投产后从油水界面到井底的垂向传热过程,建立了一个深层油藏传热模型。利用变量代换、分离变量及傅里叶变换等方法对模型进行了求解,获得了油藏油柱高度计算式。只需利用油井投产前和投产一段时间后的井底温度数据,便可计算油柱高度。以塔里木盆地某深层油藏某油井为例,展示了油柱高度的计算与应用。同时,利用该井的基础数据,代入传热模型,模拟计算了油井投产后不同时间下不同油层位置的温度值和温度梯度值,进而绘制了不同生产时间下储层温度分布曲线和不同储层位置处的储层温度动态变化曲线,结果表明油井投产后的储层温度分布呈非线性的动态变化特征。建立的传热模型可为深层油藏油柱高度的计算提供技术支持。

液柱分离型水锤新空腔模型

为深入探讨液柱分离型水锤的模拟计算,通过改进离散空腔模型,提出了新空腔模型。新空腔模型考虑空腔处非满流的流态,根据前后管段的水流状态,将计算管段划分为7种类型,分别建立计算模块对空腔处管段进行分类计算,使其更为准确地计算空腔处的流量同时模拟空腔处的瞬变过程,并基于简单管路和复杂管路试验对新空腔模型进行了初步验证。结果表明,与DVCM相比,新空腔模型能够更准确地模拟瞬变过程中的压力波动和空腔形态、位置及空腔体积的变化,对水柱弥合过程的压力波动峰值的模拟更接近实测数据,有助于指导实际工程中的水锤安全防护。

考虑结构损伤的CFRP修复RC墩柱地震损伤模型研究

为研究碳纤维材料(CFRP)修复损伤钢筋混凝土(RC)结构遭受地震作用的损伤演化规律,准确量化修复损伤结构状态,进行了10个钢筋混凝土圆墩柱拟静力试验,其中,8个墩柱试件为使用不同CFRP加固方法进行修复的损伤试件.基于试验结果,对8个典型地震损伤模型进行研究分析,引入材料性能折减系数来考虑结构初始损伤,建立了CFRP修复RC墩柱的双参数地震损伤模型,并根据试验现象和改进的损伤模型对钢筋混凝土结构的损伤程度进行量化分析.研究表明:使用典型地震损伤模型计算修复柱的损伤指标时,计算试件破坏时的损伤指标普遍偏大,且同一墩柱模型损伤指数的变化趋势有较大差异,损伤指数发展趋势与试验现象不符;根据试件参数进行非线性回归分析,得到了组合系数与设计参数的经验表达式,建议的损伤模型能够较好模拟CFRP修复加固墩柱的地震损伤演化过程;定义了钢筋混凝土结构损伤的5个等级,并给出5个等级的损伤指标界限值;对中等损伤(0.3<D≤0.6,D为损伤指标)的墩柱结构,建议对结构表面修复平整后使用预应力CFRP加固以达到更好的效果.

多元算法融合模型的CFRP约束型钢混凝土柱承载力预测

为准确预测多影响因素下碳纤维增强复合材料(CFRP)约束型钢混凝土柱(SRCC)的轴压承载力,提出了一种基于随机森林(RF)、分类提升(Catboost)、极端梯度提升(XGBoost)、梯度提升回归树(GBRT)的多元算法融合预测模型。首先采用合成少数类过采样技术(SMOTE)算法对原始数据集进行扩充,开展了10种传统机器学习和集成学习模型试验,筛选出决定系数R2均大于0.92的RF、Catboost、XGBoost、GBRT的4种集成学习模型,用随机搜索优化其超参数,然后融合形成了RF-Catboost-XGBoost-GBRT预测模型,对CFRP约束SRCC的承载力进行预测。结果表明,两种数据集下RF-Catboost-XGBoost-GBRT模型的预测性能最好,原始数据集经SMOTE算法处理后,5种预测模型R2平均提高20.43%,其中RF-Catboost-XGBoost-GBRT模型的R2达到了0.942,预测值误差均在±10%以内。

襄阳东站柱分叉铸钢节点缩尺模型试验研究

襄阳东站在南、北两端区域采用柱分叉支承钢屋盖以减小屋盖悬挑长度,柱分叉节点考虑到建筑美观要求及受力复杂等因素采用了铸钢节点型式,论文对柱分叉铸钢节点进行了1/2缩尺模型加载试验验证,详细介绍了试验加载装置、加载方案、试验现象及试验结果,有限元对比分析结果与加载试验吻合较好,结果表明柱分叉铸钢节点构造合理、承载力高,薄弱部位出现在与铸钢件相连的接长钢管上,满足强节点弱构件、强连接弱构件的设计要求。

双柱体系统局部电场计算的互偶极子模型

两相体局部电场计算模型是研究两相体电场分布、相互作用机制等重要课题的关键,而线电偶极子模型是当前双柱体系统电场计算的经典模型,但当柱体间距较近且介电常数较大时,其计算误差显著增大。针对该问题,该文考虑双柱体系统在均匀电场中的相互作用与极化过程,将处于电场环境中的柱体极化过程分解为外电场极化与相互作用极化两个过程,其中外电场极化结果通过位于柱体轴心的自偶极矩表征,而柱体间极化结果通过一个偏离柱体轴心的互偶极矩表征,并由此构建了双柱体系统互偶极子模型。通过与经典线电偶极子模型及有限元模型计算结果的对比发现,所提的双柱体系统互偶极子模型即使在柱体间距D=0.1R且介电常数之比εi/εe=100时,其计算误差仍小于5%,该结果表明互偶极子模型能够在柱体间距较小且介电常数之比较大时,对双柱体系统的电场分布得到较为精确的计算结果。

柱形装药空中运动爆炸冲击波荷载计算模型

为预测战斗部的爆炸威力,对柱形装药运动爆炸的入射和反射冲击波峰值超压和最大冲量开展数值仿真研究。首先,基于AUTODYN有限元分析程序提出了“三阶段”装药运动爆炸有限元分析方法,通过与已有静止和运动爆炸试验结果对比,验证了方法的可靠性。然后,考虑装药运动速度、长径比、比例距离、方位角和刚性反射等影响因素,开展了运动爆炸工况下200组柱形装药的数值模拟。结果表明:相较于静爆,动爆冲击波场整体前移,波阵面强度在装药运动方向增强而在反方向减弱,该影响与装药运动速度正相关。最后,针对柱形装药空中自由场运动爆炸和垂直于目标迎爆面运动爆炸的典型工况,分别提出了装药运动爆炸入射和反射冲击波峰值超压以及最大冲量的计算模型。该模型与2种战斗部柱形TNT装药运动爆炸工况的数值模拟结果符合良好,能较好地计算柱形装药空中运动爆炸冲击波荷载。

基于叠加理论的柱热源模型岩土体热响应试验测试研究

岩土体热物性参数是计算浅层地热能资源量和进行地热能利用规划设计需要的重要参数,为获取岩土体热物性参数,本文基于叠加理论的柱热源模型,分析了换热孔内外相应的传热数学模型及数据拟合计算方法,以江苏省宿迁沭阳城区HRK1号孔为例,采用了恒定热流法试验测试,取得了现场热响应试验测试数据,采用基于叠加理论的柱热源数学模型对数据进行了拟合分析,分析结果表明,当埋管深度98.7 m,初始温度19.80℃,实际平均加热功率为3829 W,平均流量为1.30m^(3)/h(流速为0.68 m/s)时,岩土综合导热系数为2.32 W/(m·K),体积比热容为1.42×10^(3)J/(kg·K),换热孔内总热阻为0.125(m·K)/W。结果表明,基于叠加理论建立的柱热源模型处理现场热响应试验测试数据是可行的,可用于现场热物性测试数据的处理分析。

基于3D打印模型辅助后柱螺钉内固定用于髋臼骨折的可行性和安全性

目的 探讨基于3D打印模型辅助后柱螺钉内固定用于髋臼骨折的可行性和安全性。方法 选取2020年1月至2021年6月本院收治的80例髋臼骨折患者为研究对象,依据入院编号奇偶性将其分为对照组和观察组,每组40例。对照组行腹直肌旁入路切开复位螺钉内固定术,观察组行基于3D打印模型辅助后柱螺钉内固定。比较两组的治疗效果。结果 术后6个月,观察组的Fugl-Meyer运动功能评定量表(FMA)、Harris髋关节功能评分(HHS)、日常生活活动能力量表(ADL)评分显著高于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。观察组的并发症总发生率显著低于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。观察组的手术时长、住院时间及骨愈合时间显著短于对照组,术中失血量显著少于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。术后2 d,观察组的CD4^(+)、CD4^(+)/CD8^(+)、白细胞介素-10(IL-10)水平显著高于对照组,CD8^(+)、白细胞介素-6(IL-6)水平显著低于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。观察组的远期恢复优良率显著高于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论 基于3D打印模型辅助后柱螺钉内固定可显著提升髋臼骨折治疗效果,促进患者髋臼功能恢复,具有重要的临床应用价值。

材料应变率模型对汽车B柱侧面碰撞影响分析

B柱侧碰过程是短时高速的材料吸能过程,材料的性能与静态时差异较大,因此采用静态性能参数进行B柱侧面碰撞仿真分析结果误差较大。针对B柱常用的相变诱发塑性钢(TRIP钢)进行不同应变速率下的力学拉伸试验,提取主要的性能参数,获取参数随应变速率的变化规律;对比材料的力学性能和成形性的变化趋势;基于Johnson-Cook简化模型,获取材料的应变速率敏感因素和应变率相关的材料本构模型,作为碰撞仿真分析的材料输入;与实际测试对标,建立B柱侧碰分析的仿真模型,将传统静态数据外延获取的本构模型与应变速率相关的本构模型作为输入,对比两种材料模型分析结果的差异,并与试验测试结果进行对比分析。结果可知:TRIP690的强度和断后延伸率受应变速率影响较大;基于修正Hollomon方程,材料的瞬时加工硬化基本不受应变速率变化的影响;基于Johnson-Cook模型,获取材料的应变速率敏感性参数为0.00805,数值偏低,表现出此种材料对应变速率变化敏感性比较差;材料应变速率相关本构模型可有效提升B柱侧碰分析结果的准确性,与试验结果的分析误差控制在3%以内;而采用静态特性参数外延的分析结果误差则超过9%。研究内容和结果为此类研究提供参考。

PVC-CFRP管混凝土柱-钢筋混凝土环梁T型节点拟静力试验与弯矩-曲率恢复力模型研究

开展11根PVC-CFRP管钢筋混凝土柱-钢筋混凝土环梁T型节点低周反复加载试验,分析环梁尺寸、环筋配筋率、CFRP条带间距、梁纵筋配筋率、轴压比等因素对其破坏形态、滞回性能、骨架曲线等影响。结果表明:节点破坏经历初裂、通裂、极限和破坏四个阶段,节点的弯矩-曲率滞回曲线包括弹性段、弹塑性段和平稳段,节点滞回环饱满,显示出良好的抗震性能。基于软化混凝土本构关系模型,考虑各因素对骨架曲线特征点的影响,提出骨架曲线特征点简化计算公式。基于退化三线型恢复力模型,给出卸载刚度计算公式,提出节点滞回规则,建立预测精度较高的环梁节点弯矩-曲率恢复力模型。

新型型钢-混凝土组合柱恢复力模型研究

提出一种新型型钢-混凝土组合柱,并对其进行数值模拟分析,研究翼缘厚度、钢管径厚比、轴压比、混凝土强度等参数对该组合柱抗震性能的影响。将新型型钢-混凝土组合柱截面进行合理简化,基于平截面假定建立组合柱正截面承载力计算公式,通过对比试验与模拟数据,发现公式计算结果具有较高精度。进一步提出组合柱截面屈服点、峰值点、破坏点、加载刚度、卸载刚度等特征参数的计算方法,确定恢复力模型的滞回规则,最终建立基于退化三线型模型的新型型钢-混凝土组合柱恢复力模型。将公式计算得到的滞回曲线与试验得到的滞回曲线进行对比,发现二者吻合较好。

考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN模型

三相三柱变压器广泛运用于电力系统中,需建立精准的三相三柱变压器模型支撑电力系统电磁暂态分析与防护研究。经典的变压器BCTRAN模型被广泛运用在电磁暂态仿真研究中,然而经典BCTRAN模型难以准确模拟铁芯在深度饱和状态下变压器不同端口的饱和特性。该文利用序分量参数建立三相三柱变压器BCTRAN模型,精准表征变压器各相绕组间的耦合关系;利用交直流混合源对变压器进行端口试验获取励磁支路深度饱和电感从而构建完整励磁支路;在经典BCTRAN模型的基础上,通过在变压器端口添加表征铁芯空间励磁特性差异的励磁支路,进而建立考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN模型。对300VA三相三柱变压器及22kVA三相三柱变压器有限元模型分别进行励磁涌流试验,与传统模型相比,改进模型不同端口励磁涌流首峰值更接近实测值。试验证明,提出的三相三柱变压器改进BCTRAN模型能够较为准确地表征变压器端口的饱和特性,可为电力系统电磁暂态仿真研究提供基础模型。

钢筋混凝土板柱节点冲切性能研究进展

为提高板柱节点冲切性能从而促进其工程应用,比较了各类抗冲切元件的不同布置形式、形状尺寸、几何参数以及组合形式对节点抗冲切承载力的影响,概括了受损板柱节点修复与加固的研究现状,梳理了不同开洞尺寸、距离、数量、形状及偏心荷载作用下开洞板柱试件抗冲切性能的研究成果,归纳了有无抗冲切钢筋和配置型钢剪力架板柱节点的抗冲切承载力计算方法以及基于机器学习的板柱节点冲切承载力预测方法。结果表明:各类抗冲切元件可通过改变布置形式、形状尺寸、几何参数以及元件组合从而改善板柱节点的冲切性能;板件开洞的尺寸越大、距离越远、数量越多,对节点的抗冲切性能越不利;基于数值模拟和规范改进得出的冲切承载力计算公式仅对特定试验有较高的预测精度,尚未形成较为统一的承载力计算公式,而基于机器学习的冲切承载力预测模型是未来研究的重点;需进一步开展关于受损板柱节点修复与加固方法的研究,对完善板柱节点抗冲切性能研究理论体系具有重要意义。

聚乙烯醇纤维水泥基复合材料柱恢复力模型

为研究聚乙烯醇纤维水泥基复合材料(PVA-FRCC)柱恢复力模型,以纤维体积率、PVA-FRCC设置范围、配箍率、轴压比及纵筋配筋率为研究参数,对10根PVA-FRCC柱进行拟静力试验。通过对试验数据进行分析,得到退化四线型骨架模型刚度计算方法;根据压弯构件正截面承载力理论,推导出PVA-FRCC柱骨架曲线特征点水平承载力及水平位移计算公式;理论骨架曲线与试验骨架曲线吻合较好,且骨架模型以构件参数表达,实用性较高。采用修正的Park-Ang损伤模型计算损伤指数,并确定了各阶段考虑损伤累积的加、卸载刚度计算方法;结合试验滞回曲线特征及骨架模型,提出PVA-FRCC柱滞回规则。建立的恢复力模型计算结果与试验结果吻合度较高,能较好地表征PVA-FRCC柱在地震作用下的滞回特性。

考虑双重约束的钢管混凝土叠合柱计算模型

在钢管混凝土叠合柱中,钢管混凝土部分与管外钢筋混凝土部分之间的双重约束显著地影响了叠合柱的轴压性能,传统钢管混凝土本构和钢筋混凝土本构难以对叠合柱的力学行为进行较好的模拟。对此考虑叠合柱中的双重约束效应,建立了叠合柱增量迭代应力应变模型,对叠合柱的轴压性能进行分析。模型基于新的反映双重约束的叠合柱横向应变模型,可以考虑双重约束的计算程序。将叠合柱增量迭代应力应变模型的计算结果与试验结果进行比较,发现该模型能较好地反映叠合柱的轴压性能,验证了该模型的合理性、有效性,适用于实际工程对桥墩的设计。