柱状危岩体坐落式崩塌产生涌浪的简化数值模型与校验

许多水库峡谷区和海岸带存在柱状崩塌,它们可能因为软弱基座的破坏而发生坐落式崩塌,碎屑冲击入水将形成涌浪;快速、准确地预测分析大面积、长距离的该类涌浪问题面临着挑战。将崩塌体-水体耦合作用过程黑箱化,利用物理试验公式形成高精度的初始涌浪产生模型,利用Boussinesq模型控制初始涌浪事件波的传播,构建了一个计算精度与物理试验相近的简化涌浪数值模型3D-LWBM。并对这一数值模型进行了应用校验,结果显示:(1)3D-LWBM模拟的伪二维数值液面和测点水位过程的时序性和精确度都和物理试验结果有很好的一致性,精确度高。(2)在三峡库区龙门寨危岩体复杂地形河道中,3D-LWBM预测了涌浪的产生与传播;与流固全耦合模拟结果相比较,它具有较好的计算精度和极快的计算速度。(3)网格尺寸是初始波长的1/6~1/4时,3D-LWBM可以得到较精确的合理解;同时,3D-LWBM有其自身的适用范围。该研究可为相关涌浪防灾减灾提供技术支撑。

倾斜地下水含水层3维简化数值模型

针对倾斜含水层3维简化数值模拟问题,提出了柱体单元水头梯度平均面的概念,建立了倾斜非等厚柱体单元水头梯度平均面的计算方法。以水头梯度平均面为基础,进行柱体单元水量均衡计算,得到不规则柱体单元的侧向流量项和弹性释水项,含水层层间水力联系通过有限差分法进行计算,由此建立倾斜含水层3维简化数值计算模型,运用该模型模拟了不同条件下地下水运动状态,将模拟结果与通用地下水模拟软件VisualModflow和Feflow进行对比分析,模拟得到的水头结果正确、合理,处理边界更加方便,计算效率较高。

外部荷载作用下隧道结构抗爆性能的简化数值模拟研究

为研究外部荷载作用下隧道结构抗爆性能,基于有限元软件LS-DYNA,建立了地下浅埋钢筋混凝土箱型隧道结构抗爆的简化3D数值模型,并对爆炸荷载进行简化,进一步考虑模型土体延伸范围的影响,最后通过与试验数据对比验证了该建模方法的有效性。

柔性管骨架层压溃简化数值模型研究

柔性管骨架层是截面形式复杂的自锁螺旋结构。若考虑材料、几何和接触等非线性,则计算复杂且有时不收敛,因此引入简化数值模型来研究骨架层压溃是一种有效的方法。目前常采用计入骨架层实际截面形状的1/4对称环模型,对不同缠绕螺旋角的骨架层压溃问题研究尚未见报道。论文从等效刚度理论出发,利用有限元软件ANSYS,提出了用于两种用于骨架层数值计算的简化模型,即单圈螺旋条带模型和等效矩形截面螺旋条带模型,并基于两种简化模型探究了几何、材料非线性和螺旋角对骨架层压溃的影响。结果表明:两种简化模型都能有效模拟骨架层的压溃行为。其中等效矩形截面螺旋条带模型由于没有层间接触,在非线性分析中极大地提高了计算效率。骨架层的临界压力值随着螺旋角的增大而增大,但当螺旋角大于80°时可以不考虑其对骨架层压溃的影响。本文结果可为柔性管骨架层的优化设计提供支撑。

高强螺栓抗剪连接滑移数值模型

为了减少计算代价并提高计算结果的收敛性,提出了一种新的高强度螺栓滑移数值模型和确定非线性摩擦单元实常数的计算公式。将所提出的数值模型计算结果与已有通用有限元软件的结果进行了对比以验证所提出的数值模型的可靠性。对比结果表明所提出的高强度螺栓滑移数值模型可以精确捕捉高强度螺栓的滑移现象,用于计算摩擦单元实常数的计算公式可以精确得到高强度螺栓的滑移临界摩擦力。通过滑移模型所得滞回曲线与既有模型计算结果高度吻合且计算时间减少约90%。在此基础上,通过参数化分析对简化滑移数值模型的计算误差进行了系统研究。分析了螺栓预紧力、钢板厚度、螺栓直径以及屈服强度对计算精度的影响。结果表明所提出的简化滑移数值模型收敛性好,计算精度高,大大减小了计算代价。

Operation optimization of prefabricated light modular radiant heating system:Thermal resistance analysis and numerical study

The utilization of prefabricated light modular radiant heating system has demonstrated significant increases in heat transfer efficiency and energy conservation capabilities.Within prefabricated building construction,this new heating method presents an opportunity for the development of comprehensive facilities.The parameters for evaluating the effectiveness of such a system are the upper surface layer’s heat flux and temperature.In this paper,thermal resistance analysis calculation based on a simplified model for this unique radiant heating system analysis is presented with the heat transfer mechanism’s evaluation.The results obtained from thermal resistance analysis calculation and numerical simulation indicate that the thermal resistance analysis method is highly accurate with temperature discrepancies ranging from 0.44℃ to−0.44℃ and a heat flux discrepancy of less than 7.54%,which can meet the requirements of practical engineering applications,suggesting a foundation for the prefabricated radiant heating system.

Q420十字组合截面角钢轴压稳定性能试验研究

该文开展了Q420十字组合截面角钢轴压试验研究组合角钢的稳定承载力性能。试验角钢规格分别为:L125×8、L140×12和L160×10,长细比为30~60,采用焊接十字填板。试验结果表明,组合角钢试件发生整体弯曲并伴随明显的局部屈曲变形,分肢角钢受力不均匀,分肢角钢应力比范围为1.04~1.31。然后,建立组合角钢的简化数值分析模型,模拟试件的轴压受力特性,并将模拟结果与试验结果进行对比。最后,基于研究结果提出采用修正长细比计算组合角钢稳定承载力,根据修正长细比的计算承载力与试验结果吻合较好,建议在实际工程中推广使用。

高速滚动球轴承动态载荷计算改进方法的研究

在离心力和陀螺力矩的作用下,滚动球轴承高速旋转时的内部载荷分布与轴承静止情况下的载荷分布具有显著差异,其主要影响因素包括,滚动轴承的接触角、轴承预紧位移以及旋转速度等。基于Jones&Harris(简称J&H)力学模型的轴承载荷分布的分析方法已经得到了广泛的应用。然而其计算公式多、迭代繁琐、收敛速度慢。针对此现象,研究了轴承动态载荷分布规律及其算法,提出了改进的J&H轴承数值计算模型,给出相应的简化计算步骤。计算与对比结果表明,改进的J&H计算模型在其应用范围内,可以大幅减少计算时间。

摩擦型高强螺栓连接抗剪滑移行为研究

为研究摩擦型高强螺栓抗剪连接的滑移行为,分析了钢结构全过程的受力和变形性能。采用简化的螺栓滑移数值计算方法,使用COMBIN39弹簧单元模拟了螺栓与盖板、芯板之间的摩擦行为以及螺杆与螺栓孔壁之间的接触挤压行为。通过ANSYS有限元软件模拟了单行四列螺栓连接抗剪滑移过程并采用试验加以验证。建模分析了三行六列螺栓群在摩擦阶段、滑移阶段和弹塑性变形阶段的连接抗剪滑移过程,总结出各行螺栓在各个阶段的传力比和芯板、盖板的应力分布规律。根据三阶段滑移过程,提出了螺栓群总滑移量的计算公式。以孔壁变形特点为依据,采用分段函数拟合出孔壁的变形-荷载曲线,并将拟合的曲线与芯板和盖板各螺栓孔壁变形平均值有限元结果进行了比对。结果表明:有限元计算的荷载-位移曲线与实测的荷载-位移曲线吻合良好,验证了有限元模型的正确性;拟合的变形-荷载曲线与有限元模拟值吻合良好;当外荷载为375 kN时,传力比最大的第1列螺栓首先开始松动,之后便出现微小滑移;当外荷载增加至905 kN时,第1列螺栓芯板位置处出现大面积塑性变形区并发生孔壁挤压破坏,可以认为芯板已经达到极限承载能力状态,但此时盖板的Von Mises应力仅为231.1 MPa,说明盖板没有进入屈服状态。研究结果可为摩擦型高强螺栓群的研究和设计提供参考。