考虑多场耦合的碰撞载荷下水中悬浮隧道动力响应

水中悬浮隧道通过系泊系统使其悬浮在水下一定深度处,与潜器的碰撞可能会使隧道结构产生较大运动响应,呈现大幅度的非线性位移,会使隧道失去原有的稳定性甚至对隧道安全性产生较大的影响。因此,本文开展考虑多场耦合场景下碰撞载荷作用下,水中悬浮隧道的运动响应研究。通过与文献中试验结果的对比分析,验证数值模型的有效性。建立水中悬浮隧道及其系泊系统的三维运动模型,同时通过Abaqus建立水中悬浮隧道的碰撞场景与STAR-CCM+进行双向耦合联合仿真,开展水中悬浮隧道被潜器撞击后的运动响应研究,并分析不同碰撞场景下水中悬浮隧道的运动响应变化规律。

水中悬浮隧道锚索在波流场中的涡激动力响应

建立了水中悬浮隧道的锚索在波流场中顺流向涡激振动的数学模型,并考虑了波浪作用下,悬浮隧道的运动引起的强迫激励和参数激励对锚索顺流向涡激振动的影响。应用Galerkin方法和数值积分法,计算分析外激励频率对锚索顺流向涡激振动的影响。计算结果表明,外激励作用下锚索顺流向涡激振动的振幅明显增大,且当外激励频率接近锚索一阶自振频率时,振幅达到最大值。

海洋内波和洋流联合作用下水中悬浮隧道的动力响应

基于势流函数理论建立层化海洋内波流场,采用Morison方法考虑内波和洋流联合作用力,建立悬浮隧道-流体相互作用非线性振动数学物理模型.运用Galerkin(伽辽金)法数值求解振动微分方程,研究海洋内波和洋流共同作用下水中悬浮隧道的多模态动力响应行为.通过对拟建隧道实例的计算分析,结果表明:第一阶模态对位移响应贡献最大,在内波、洋流联合作用下,海洋内波的作用不可忽视,使第一、三阶模态的幅值都有大幅度增加,且反映出强非线性.研究成果为悬浮隧道结构荷载分析及复杂环境下海洋工程结构物所受环境荷载的研究提供有益探讨.

水中悬浮隧道研究进展

介绍了各国关于水中悬浮隧道的研究进展,主要包括:波浪和水流作用下水中悬浮隧道与流体相互作用的理论分析模型,波浪环境下水中悬浮隧道的锚固系统的涡激振动数值分析,地震激励下水中悬浮隧道的动力响应分析,水中悬浮隧道的结构问题,针对实际工程背景的波浪环境载荷下的模型试验及水流环境中水中悬浮隧道阻力系数、惯性力系数的试验研究。最后讨论了水中悬浮隧道尚需要进一步研究的问题:荷载的确定,结构分析和设计方法,针对性的模型试验,安全性研究等。

等间距移动荷载作用下水中悬浮隧道管体的位移响应

建立一系列等间距移动荷载作用下悬浮隧道的动力学模型,将悬浮隧道管体简化为两端设有阻尼的弹性支撑梁,通过伽辽金法(Galerkin法)求解悬浮隧道管体的运动方程,数值模拟悬浮隧道管体的跨中位移时程响应,分析张力腿竖向刚度、移动荷载大小、移动速度、行车间距对悬浮隧道管体跨中位移的影响。结果表明:张力腿竖向刚度对悬浮隧道管体位移响应的影响最明显;移动荷载大小和速度以及行车间距也会显著影响悬浮隧道管体的跨中位移。研究结论为未来悬浮隧道的研究和建设提供重要的理论参考。

随机地震激励作用下水中悬浮隧道锚索的动力响应

文章采用Morison公式,考虑水体对结构动力响应的影响,建立地震作用下水中悬浮隧道锚索的非线性动力方程;运用振型分解法求解结构动力方程系列解,等效线性化处理动力方程非线性项,采用虚拟激励模拟随机地震输入,数值模拟随机地震下水中悬浮隧道锚索的动力响应,给出锚索的位移和速度功率谱;通过位移和速度功率谱分析可得随机地震激励作用下水中悬浮隧道锚索的动力行为。

水中悬浮隧道锚索的非线性涡激振动研究

建立了水中悬浮隧道锚索在波流场中涡激振动的非线性数学模型,考虑了锚索的几何非线性对其涡激振动的影响,并应用有限差分法求解了锚索的运动控制方程。计算结果表明:锚索在顺流向和横向2个方向运动的耦合作用特别是几何非线性作用的引入,抑制了部分高阶模态的激发,使锚索横向涡激振动的振幅减小,顺流向振动的振幅增大;在悬浮隧道的振动引起的强迫激励和参数激励作用下,锚索顺流向涡激振动振幅显著增大,横向涡激振动出现"拍"的现象。

水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的计算模型与数值模拟

建立了水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的简化计算模型。用等效质量法将圆柱壳分布质量折算成冲击点处的集中质量,模型中考虑流体附加质量和系统阻尼的影响。根据碰撞过程中的动量守恒、变形过程中的能量守恒以及结构的位移与内力关系,得到问题的解析解。为验证解析解,在ANSYS/LS-DYNA中建立了动态冲击有限元分析模型。通过算例分别考察了在忽略和考虑流体附加质量两种情况下,冲击点位置和冲击速度对冲击点处最大径向位移的影响,将解析解与数值解进行对比,结果吻合较好。然后采用数值模拟方法得到了系统阻尼对计算结果的影响规律。数值模拟过程中还可以得到冲击点处的最大Mises应力。

冲击荷载作用下水中悬浮隧道的位移响应

建立冲击荷载作用下悬浮隧道的动力学模型,将悬浮隧道简化为等距离弹性支撑梁,通过Galerkin(伽辽金)法求解悬浮隧道的振动位移方程,数值模拟悬浮隧道跨中时程响应,分析张力腿竖向刚度、冲击物质量、冲击速度对悬浮隧道跨中位移的影响.结果表明:冲击荷载作用下,张力腿竖向刚度对悬浮隧道位移响应的影响显著,但具有极限性.其次,冲击物质量和冲击速度也会显著影响悬浮隧道的跨中振动位移.研究结论为未来悬浮隧道的研究和建设提供重要的理论参考.

随机地震激励下水中悬浮隧道的动力响应

将张力腿定位的水中悬浮隧道结构简化为弹性简支梁和弹性支撑刚性梁的叠加,基于Euler(欧拉)梁理论给出悬浮隧道管段受迫振动时的运动方程,等效线性化处理动力方程非线性项;采用虚拟激励模拟随机地震输入,数值模拟平稳随机地震下水中悬浮隧道管体的动力响应,给出管段的位移功率谱.通过位移功率谱分析表明:随着消能连接装置阻尼系数和张力腿弹簧系数的增大,管段的动力响应减弱,其中张力腿的刚度对悬浮隧道管体的震动影响较为显著.

波浪场中水中悬浮隧道动力响应的研究

针对水中悬浮隧道在波浪力作用下动力响应的问题,通过Hamilton原理推导得到了悬浮隧道管段和锚索的运动控制方程,同时考虑了锚索横向和轴向变形之间的耦合作用,建立了悬浮隧道的动力响应模型,在时间域内采用逐步积分法迭代求解其运动控制方程。波浪力采用Airy线性波理论和Morison方程计算。计算结果表明:当锚索长细比较大时,锚索的自振模态会被激发,其横向和轴向变形之间的耦合作用不可忽略。随着入射波高或悬浮隧道重浮比的增加,悬浮隧道的横荡位移以及横摇角增大,但结构的垂荡位移以及锚索中的应力受波浪的影响较小。

水中悬浮隧道在波浪场中非线性动力响应的研究

针对水中悬浮隧道在波浪力作用下动力响应的问题,通过柔度系数法推导得到了悬浮隧道的等效刚度系数,考虑了不同自由度运动之间的耦合作用,建立了悬浮隧道管段的动力响应模型,在时间域内采用逐步积分法迭代求解其运动控制方程。波浪力采用Airy线性波理论和Morison方程计算。计算结果表明,在波浪力作用下悬浮隧道管段产生较大的横荡位移,且随着波频或锚索中预张力的减小,响应振幅增大。在悬浮隧道的动力响应分析中,若不考虑不同自由度运动之间的耦合作用,会过低估计垂荡响应的幅值。

曲线形水中悬浮隧道的温度内力研究

采用混合法研究张力腿定位的曲线形水中悬浮隧道的温度内力。分析表明,由温度升高导致隧道膨胀(或收缩)所产生的轴向力很小,主要是径向力,同时还会产生扭矩和弯矩。通过数值实验给出张力腿的水平径向力与张力腿弹簧系数、隧道曲率半径、截面抗弯刚度及圆心角之间的变化关系。计算结果表明温度内力变化复杂,两组张力腿温度内力此消彼长。

水中悬浮隧道交通荷载模拟方法研究

为研究水中悬浮隧道交通荷载的合理模拟方法以及交通荷载对隧道结构的影响,借鉴铁路、公路交通荷载的模拟方法,综合考虑车辆轮载、路面不平度、行车速度以及外部激励荷载等影响因素的共同作用,提出水中悬浮隧道交通荷载的模拟表达式。通过数值模拟计算,分析悬浮隧道交通荷载的变化特征,并研究不同交通荷载模拟方法对悬浮隧道结构振动位移响应的影响。结果表明:文章提出的交通荷载模拟方法计算结果符合移动振动荷载的波动性和周期性特征。在对结构振动位移响应影响方面,固定均布荷载相当于静载,移动集中荷载和移动振动荷载时的位移变化幅值相对固定均布荷载时的大且影响相似,但移动振动荷载时的振幅稍大,体现了交通荷载中动荷载部分对结构振动位移响应的影响,更适合用来模拟悬浮隧道中的交通荷载。

水中悬浮隧道的空间曲线结构运动方程

借助参考直线坐标系,求解空间曲线结构在曲线坐标系中的几何方程.运用Hamilton原理推导空间螺旋曲线梁结构的运动方程.方程表明空间曲线结构4个自由度相互耦合,当结构退化为平面曲线结构时,两个相互垂直平面内的各自由度相互耦合.空间任意曲线梁结构的动力方程均可按照该文推导思路得出.对于水中悬浮隧道结构,可以忽略转动动能对振动的影响.

水中悬浮隧道锚索在剪切流中的涡激响应

以Iwan改进的尾流振子模型为基础,给出了剪切流中水中悬浮隧道锚索横向涡激振动的工程分析方法,分析了悬浮隧道重浮比以及剪切流特性对锚索涡激响应的影响.计算结果表明,悬浮隧道重浮比的改变,使锚索各阶模态的频锁区域分布发生变化,从而改变了结构的涡激振动响应;剪切流陡度参数的增大会使锚索涡激响应的幅值减小,若使用均匀流场代替剪切流场计算悬浮隧道锚索的涡激振动,会过高估计其响应幅值.

辛体系下曲线形水中悬浮隧道对波浪激励的动力响应研究

在哈密顿体系下建立曲线形水中悬浮隧道的运动方程,即哈密顿正则方程。用哈密顿混合能变分原理处理曲线形水中悬浮隧道的两端边界条件以及径向布设的张力腿弹性支承,建立满足边界条件的线性方程组,采用分离变量法和本征向量展开法求解哈密顿正则方程。为曲线形水中悬浮隧道的动力响应分析提供一类方法。最后结合案例,运用辛方法分析波浪作用下曲线形水中悬浮隧道的弯矩和扭矩,结果表明,可以忽略扭矩对弯矩的影响。

基于模糊综合评价的水中悬浮隧道风险分析

水中悬浮隧道的研究历史虽然很短,但得到了很多人的关注。究其原因在于这种结构形式的新颖性和潜在的应用前景。因此,目前在悬浮隧道研究的起步阶段,通过风险分析研究悬浮隧道结构的可行性就显得尤为必要,论文通过模糊综合评价方法对悬浮隧道的整体风险进行了分析,把悬浮隧道结构整体风险因素可分为八类,得到了其安全风险的量化数值,认为该结构的风险等级为中度风险,其风险应在人们可接受的范围内。悬浮隧道的可行性研究方面做了初步探索。

水中悬浮隧道研究现状

水中悬浮隧道是在水中穿越江河湖海的新型构筑物,具有其他水下隧道不可比拟的优势。介绍了悬浮隧道的研究历史、在结构分析方面的研究概况以及需要研究的重大课题。

水中悬浮隧道施工风险分析的BP神经网络模型

基于BP神经网络理论模型,对水中悬浮隧道施工中各项风险指标进行辨识、量化和评价,进而对其施工总体风险进行分析,得到施工风险的量化参考指标,为水中悬浮隧道施工风险管理提供有效的风险分析工具。