系泊多浮体系统流固耦合和浮体间耦合动力分析

利用多刚体力学运动学方法进行系统结构的数学描述。以系统摇荡时各浮体质心位移和浮体角位移表达广义速率。进而表达出有关偏速度、偏角速度、加速度和角加速度。单个系泊浮体在规则波作用下 ,所受的流体动压力用势流理论计算。多浮体系统摇荡时除入射规则波外 ,每一浮体的摇荡辐射波对其他浮体也构成了入射波并作用以流体动压力。表达出系统的广义主动力和广义惯性力后代入 Kane方程 ,补充以浮体间的运动约束方程 。

高速铁路路基结构空间时变系统耦合动力分析

考虑高速线路的实际工况 ,建立了包括轨道结构和车辆的路基结构空间时变动力系统分析模型。将线路结构及车辆离散为不同的单元 ,采用能量原理导出了系统动力方程 ,进一步建立了系统动力矩阵。作为模型的验证 ,对连续谐波不平顺条件下系统动力响应进行了分析 ,得出了车辆走行过程中的车体加速度、动轮载以及基床动应力、基床动变形等动态响应结果。计算结果表明 ,本文中的计算模型是合理的。

基于强迫振动的列车-轨道-轨下结构垂向耦合动力分析方法及工程应用

将线路与线下结构分解为钢轨子系统和轨下结构子系统,其中钢轨子系统由上层钢轨和下层扣件一一对应的2层节点组成,钢轨处理为具有弹性离散点支承的连续梁,钢轨与扣件间的约束用弹簧-阻尼单元模拟,采用强迫位移和强迫速度的方法处理轨下结构对钢轨系统的作用,钢轨系统对轨下结构的作用则以外荷载方式施加,建立基于强迫振动的列车-轨道-轨下结构垂向耦合动力分析方法。应用该方法进行局部扣件失效对线路和车辆动力响应影响分析。结果表明:该方法能准确分析存在局部病害基础设施的动力特性;局部的扣件失效对轨下结构和车体振动影响较小,但会显著加剧轮轨之间的振动响应,车速350 km·h^(-1)时钢轨最大垂向位移为正常值的2.94倍,钢轨最大垂向振动加速度为正常值的2.97倍,最大轮轨力和轮重减载率分别较正常值增大了22.0%和50.2%。

潍莱铁路钢桁桥车桥耦合振动分析及行车安全性评估

为准确分析高速铁路钢桁梁桥的动力特征和实际运营安全性,基于车-桥耦合振动理论和有限元模拟方法,对潍莱铁路跨青荣特大桥进行车桥耦合振动分析和行车安全性评估。首先,采用ANSYS有限元软件建立潍莱铁路钢桁桥全桥有限元模型;其次,基于十自由度垂向车辆动力学模型开展钢桁桥—高速列车耦合动力分析,得到桥梁主桁下弦节点挠度和主桁杆件应力的动态响应,并且与施加移动静荷载得到的静力过桥模式下桥梁响应结果进行对比,计算得出主桁下弦节点挠度和主桁杆件应力的冲击系数。最后,针对车体振动加速度、脱轨系数和横向轮轨力3项行车安全性指标进行分析,得到桥梁在实际运营工况下的行车安全状态。研究结果表明:铁路钢桁梁桥在列车荷载作用下,桥梁主桁的下弦节点挠度响应和主桁杆件应力响应都会增大;桥梁主桁下弦节点挠度冲击系数均小于0.04,节点之间挠度冲击系数差异较小;桥梁主桁应力冲击系数最大值为0.697,主桁各部分应力冲击系数存在较大差异,所以在桥梁设计时要充分考虑应力冲击系数放大效应;车体振动加速度、脱轨系数和横向轮轨力3项行车安全性指标均符合规范要求,桥梁满足实际运营条件。研究成果可为同类型铁路钢桁梁桥的动力分析与行车安全性评估提供参考。

深埋地下结构静动力耦合响应分析的边界条件设置方法

针对深埋地下结构的荷载环境特点,提出了深埋地下结构静动力耦合计算过程中边界条件的合理设置方法。该方法通过构建边界上的力系来平衡计算区域的初始地应力,然后将该力系设置成阶跃函数形式的动荷载作用于边界,并与后续的动荷载共同作用。研究表明,一次完整的地下结构静动力耦合分析过程,边界条件必须经过变换设置才能得到合理的计算结果。另外,只要计算软件具有黏性边界条件设置功能就能准确地完成地下结构静动力耦合响应分析。算例分析显示,该边界条件设置方法精度和效率高,简单适用。

复杂荷载作用下海上风机故障停机分析

以10 MW固定式海上风机为研究对象,建立了风-浪-地震-故障海上风机整体耦合模型,模拟了发电机断网引发故障停机的过程,利用时频分析方法探究了该过程中海上风机结构响应机理。结果表明,风浪作用时结构响应的控制频率为风频和波频;地震作用时结构响应显著增加,海上风机的二阶频率成为控制频率;故障停机时结构响应进一步增大,顺桨停机显著激发了海上风机的基频,揭示了海上风机结构的安全性设计应充分考虑此类故障停机情况。

高速铁路无砟轨道斜拉桥刚度理论分析与设计参数研究

为研究高速铁路无砟轨道斜拉桥的刚度特征以及合理结构设计参数,采用理论公式推导、数值分析等手段,得到结构设计参数刚度影响解析公式及其影响规律,用于指导桥梁设计。首先引入索梁活载刚度比的概念,通过建立斜拉桥主梁多点支承连续梁的三弯矩方程得到主梁刚度,通过考虑主塔变形和拉索伸长量得到斜拉索等效刚度,进而给出斜拉桥整体刚度、索梁活载刚度比和主梁跨中挠度的理论公式,并基于理论公式得出主梁惯性矩、斜拉索倾角、塔高以及拉索面积对斜拉桥整体刚度的影响。以广湛铁路东平水道特大桥主桥(67.5+60+60+350+60+60+67.5)m钢箱混合组合梁无砟轨道斜拉桥为例,通过对比跨中活载位移理论解与数值解验证本文理论公式的准确性,进而采用理论公式分析结构设计参数对桥梁刚度的影响。研究结果表明:随拉索倾角增大或者塔高增加,主梁的跨中位移先减小后增大,索梁活载刚度比先增大再减小,拉索倾角为29.2°~73.9°时主梁跨中位移达到最小值36.4 cm,此时索梁活载刚度比为15.4。随着主梁的梁高增加,主梁跨中位移减小,索梁活载刚度比减小,但是减小幅度较为缓慢。拉索面积增大,主梁跨中活载位移减小,索梁活载刚度比增加。提出了桥梁合理梁高、塔高和斜拉索规格及拉索面积。桥梁结构静动力检算、桥上轨道静态高低不平顺验算以及无砟轨道受力与层间压缩量等检算结果均表明,该桥具有良好的安全性和行车平稳性。

单驱动多模式扑翼飞行器设计及耦合动力学研究

针对目前扑翼飞行器扑翼运动模式单一,飞行灵活性和稳定性不高的问题,设计了一款基于空间连杆机构的单驱动多模式扑翼飞行器。建立了扑翼飞行器运动学模型,通过软件Matlab与Adams联合仿真对驱动机构进行分析,对比得出了扑翼飞行器的运动特性;建立了单驱动多模式扑翼飞行器气动力学模型,将求得的周期变化的迎风阻力施加在机翼上,分析了扑翼飞行器的动力学特性;通过联合机构运动学和气动力学耦合分析,得出扑翼飞行器的耦合动力学特性。为未来扑翼飞行器的飞行控制与性能提升提供了研究基础。

循环荷载下柔性路面路基变形的动力耦合分析(英文)

首先简要综述了循环荷载下路基变形的研究现状。然后 ,基于饱和土体的动力耦合分析理论 ,研究了平面应变条件下的柔性路面路基变形的数值分析模型和方法 ,并建立了一个简单的粘弹性动力计算模型来预测路基在循环荷载下的动力反应。该模型可以全面考虑路基材料的剪切模量、阻尼比、孔隙水压力以及永久变形。最后 ,以一个柔性路面为例 ,应用本文方法在循环荷载下的路基变形发展进行了分析。

桥梁抖振力空间相关性对风-车-桥耦合动力响应的影响

基于提出的抖振力模型和建立的风-车-桥耦合振动模型,发展了一种可以考虑抖振力空间相关性的风-车-桥耦合振动分析方法,并编制了相应的计算程序.以江顺长江大桥为工程背景,测试了桥梁抖振力的空间相关性和考虑车桥耦合作用的车桥气动参数,分析研究了桥梁抖振力空间相关性对侧风作用下桥梁和车辆耦合动力响应的影响.研究结果表明:桥梁抖振力空间相关性对桥梁动力响应有显著影响,对车辆的动力响应也有一定的影响.

基于整机刚柔耦合动力学模型的伸缩臂叉车驾驶舒适性分析

针对某伸缩臂叉车整机的驾驶室振动舒适性,从整机子系统角度分析建立整机动力学模型。借助HyperMesh有限元软件和ADAMS多体动力学软件,建立整机刚柔耦合动力学模型。通过对标测试样机和整机刚柔耦合动力学模型,在水泥路面的怠速、一挡满速和二挡满速3种工况下,驾驶室测点垂向加速度信号的时域和频域结果的吻合度较高。同时,驾驶舒适性评价,测试样机和仿真模型的结果都落在同一区间。结果表明,在评价驾驶舒适性上,所搭建的整机仿真模型与测试样机有较高的吻合度。

基于空气动力-水动力耦合的新型半潜式海上风机动力响应分析

本文概念性地设计一种新型半潜式海上风机基础,分析基础的水动力系数和幅频运动特性。提出一种基于SESAM-FAST-ORCAFLEX软件的风机-基础-系泊系统全耦合模拟方法,考虑二阶波浪力和粘性阻尼的作用,对风机系统进行空气动力-水动力时域耦合分析,并研究风浪入射角对运动响应和系泊力的影响。结果表明:新型半潜式风机基础具有良好的运动性能,在横荡、垂荡、横摇和纵摇方向上较现有型式有大幅的提升;风浪入射角对运动响应和系泊力有明显影响,在纵荡、横荡、横摇和首摇方向上动力响应受入射角的影响较大;同一工况下,系泊力随着入射角度的增大而增大,极端工况下系泊力最大值是工作工况的2.5倍,在系泊系统设计时需要重点关注。

MSC软件应用于铁路桥梁车桥耦合动力响应分析

介绍应用MSCPatran建立铁路客运专线桥梁的三维有限元计算模型,应用MSCNastran结构分析程序进行桥梁自振频率计算,然后在MSCAdams/RAIL中建立整体车桥系统动力学仿真模型进行车桥耦合作用的仿真分析.研究表明,应用该软件可以建立准确的模型,对编组列车通过桥梁进行实时模拟,对于我国铁路客运专线桥梁建设和结构优化具有积极的意义.

基于空气动力-水动力耦合分析的SPAR基础浮式风机系泊系统疲劳分析

以OC3 Hywind SPAR单立柱基础形式浮式风机为研究对象,基于非线性空气动力-水动力耦合时域算法,对该浮式风机在中国南海北部某海域风浪流共同作用下的系泊系统疲劳响应特性展开研究,对比钢链、钢缆的疲劳响应特性以及定常风与湍流风模型对浮式风机系泊系统疲劳特性的影响。计算结果表明:在条件一致的情况下,钢缆疲劳性能优于钢链;系泊系统疲劳累积损伤主要来自于风机运行工况,开机、关机以及故障工况的贡献较小但不应忽视;与湍流风相比,采用定常风进行浮式风机系泊系统疲劳分析将得到偏于危险的结果。建议在系泊系统设计阶段充分重视系泊缆材质的选择,采取湍流风模型开展系泊系统的疲劳设计以保证浮式风机运行安全。

深水半潜式生产平台耦合动力特性对比研究

应用数值模拟与模型试验相结合的方法研究半潜式生产平台系泊状态下的耦合动力特性。建立耦合分析模型,时域内计算求解平台的动力响应,选取缩尺比为1∶60,采用等效截断模型方法对数值模拟结果进行验证。通过对比模型试验与数值模拟结果发现:等效截断系泊系统可以较好地模拟平台的位移响应,但在系泊张力方面却差异较大,此外极端海况下平台的甲板上浪问题也必须得到充分重视。

水面光伏电站复合材料浮体结构流固耦合分析

鉴于传统水面光伏电站用塑料浮体结构具有强度低、耐久性差、易沉没等缺陷和不足,本文提出了一种面向水面漂浮式光伏电站的复合材料浮体结构。在UPVC塑料圆管外侧缠绕成型玻璃纤维增强复合材料,设计并制造出了一种新型UPVC-FRP复合圆管浮体,对其制造安装流程进行了介绍,并进行了静载浮力分析。运用流固耦合数值分析方法,研究了复合圆管浮体结构因风、浪、流作用引起的水动力特性。结果表明,最大吃水深度为0.346 m,满足浮体对荷载组合下静载的浮力要求,且复合圆管浮体结构方阵具备抵御风、浪、流破坏作用的能力。

基于全耦合时域模型的J型铺管管道内力敏感性分析

通过建立船体-托管架-管道的全耦合动力定位模型,在海洋环境荷载作用下,开展J型铺管动力全耦合时域反应分析,对影响海底管道J型铺设的因素,包括管道初始铺设角度、管道尺寸、水深以及环境荷载等进行了探讨。结果表明:初始倾角和荷载方向是对管道受力影响最大的两个因素,在管道铺设过程中要尽量避免逆向及横向铺管;管道湿重越大,等效应力越大;波浪荷载对管道影响很小,基本可以忽略。

液化场地桩-土-结构动力相互作用的有限元分析

基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用有效应力方法对液化场地桩基础的地震反应进行了三维有限元分析。在饱和液化砂土的循环塑性模拟中,采用了超固结边界面、Armstrong-Frederick型非线性运动硬化准则和非关联流动准则来描述动荷载作用下砂土的循环活动性以及液化强度等特性。对于桩的动力本构行为,则采用了可以考虑体积效应和轴向力影响的梁—柱单元来模拟。以某城市高架桥的实际工程为例,应用该方法对地基液化时桩—土—结构的动力相互作用进行了计算分析,并得到了一些有用的结论。

Spar基础浮式风机系泊系统全耦合分析

以OC3 Hywind Spar基础浮式风机为研究对象,采用先进的空气动力-水动力耦合时域分析方法,对其在中国南海某海域风浪流共同作用下的系泊系统、浮式基础运动以及风机和塔架载荷响应进行分析,对比定常风与湍流风模型对浮式风机系泊系统、整体运动响应以及风机载荷的影响。计算结果表明:相比于湍流风,采用定常风进行浮式风机系泊系统分析将得到偏于危险的结果,并且,浮式风机运动响应与风机载荷结果偏小。因此,建议在系泊系统初始设计阶段采用定常风方法进行设计,在系泊分析阶段采用湍流风进行分析,以保证浮式风机的长期服役安全。

张力腿平台局部系泊失效模式下动力响应分析

针对浮体-张力筋腱非线性耦合系统,采用时域分析方法对局部系泊失效下的张力腿平台进行动力响应分析,重点研究两根筋腱失效时筋腱失效位置、波浪载荷参数与平台各自由度动力响应的关系.结果表明:局部系泊失效对平台横荡、纵荡、艏摇自由度的动力响应影响远小于横摇、纵摇、垂荡自由度;失效位置与平台动力响应关系密切,失效筋腱位置越集中,平台响应越大,反之亦然;筋腱失效后平台在不同波浪载荷参数下的运动特性及顶端张力表现各异.垂荡瞬态阶段响应对波高和波周期敏感性较强,垂荡稳态阶段响应对浪向、波高和波周期敏感性较强;纵摇(横摇)瞬态和稳态阶段响应对浪向、波高和波周期敏感性均较强;波浪载荷参数对筋腱顶端张力的影响较小.