路面结构水平向增强排水系统现场试验及水力耦合数值分析

提出路面结构水平向增强排水系统,实现在非饱和条件下排水,抑制水分进入路基土壤,并设置试验段和对照段进行现场试验.结果表明:在试验段,路基含水量波动幅度为10%-20%;在对照段,波动幅度为50%~60%,降雨影响更显著.通过数值分析发现,使用该系统的路面结构能减少地表变形量,并缓解毛细阻滞效应,防止水分进入路基土壤.通过对碎石垫层材料进行参数分析,确立最佳厚度为10 cm.随着碎石材料的α值、n值和e_(0)值的增大,路面结构中水分积聚程度会先增大而后减少.

还原炉冷却模块流场与温度场耦合数值分析

为准确、深入地了解还原炉冷却模块在工作状态下的温度场及冷却水的流场分布,基于热-流体耦合理论,采用STAR-CD流体分析软件对还原炉冷却模块进行流场与温度场耦合数值分析.由耦合数值分析结果表明,冷却模块的冷却效果比较好,炉壳外表面中心部位温度为60℃,符合设计要求,此冷却模块可以满足实际生产需要.

浮式风机动力系统的线性耦合动力学分析

浮式风机的前期开发需通过大量的方案比选确定结构基本形式和主尺寸参数,对动力学数值模拟效率提出了较高的要求。与时域非线性耦合模拟法相比,频域线性模拟法更适用于概念设计阶段。对此,文章提出了一种高效的线性耦合数值分析方法。采用了九自由度动力学模型描述浮体、塔筒以及叶轮的运动,对结构动力、气动力以及水动力问题进行线性化处理后,将动力学控制方程写成状态空间表达形式,进而推导出环境扰动-结构响应的传递函数,实现结构-控制系统在频域内的联动求解。为了验证模型的有效性,以时域非线性耦合软件Open FAST作为参考,对比了某半潜式风机在风浪联合工况下的运动响应。结果表明,线性模型的响应标准差相对误差大多在20%以内,而计算效率有大幅度提升,为概念设计阶段的结构选型及主尺寸优化设计提供了高效的分析工具。

基于筋腱失效分析TLP动态响应

对张力腿平台(tension leg platform,TLP)在不同系泊失效条件下的动态响应进行分析,采用全耦合数值工具ANSYS/AQWA建立非线性平台-筋腱模型,并提出一种模拟筋腱失效的方法。主要分析了筋腱失效时的瞬态响应,筋腱同时失效和渐进失效下的平台瞬态响应,以及筋腱失效后平台的性能变化。结果表明:首先,筋腱断裂失效会导致平台产生瞬时过冲;其次,筋腱同时失效下的瞬态响应比筋腱渐进失效的瞬态响应更显著;最后,筋腱失效后平台的性能会发生明显的变化。因此,需提前研究筋腱断裂对平台动态响应的影响,防止平台的安全性受到威胁。

FPSO系泊系统载荷计算与分析——基于南海“奋进号”FPSO运动特性实船测量结果

通过实船测量获得了"天鹅"和"彩虹"台风过境过程中南海"奋进号"FPSO运动响应数据。根据实船测量数据,对业界普遍采用的FPSO水动力性能分析数值模型进行了修正。利用修正后的模型,将实船测量获得的船体运动响应数据作为输入项,采用非耦合数值分析技术对南海"奋进号"FPSO系泊系统在实际海况下的载荷进行了计算,并对其在恶劣海况下的定位能力进行了评估。

基于热-流体耦合理论对还原炉冷却模块温度场的研究

基于热-流体耦合理论,采用流体分析软件STAR-CD对还原炉冷却模块进行了流场与温度场耦合数值分析,讨论了水垢厚度、水流速度、水管直径、水温及水管间距对温度场的影响。该模型不仅可以用于冷却模块的设计和耐火材料的选取,还可以用于分析判断冷却模块的损坏程度。

AA6061铝合金超声波金属焊接计算分析模型

实现AA6061铝合金超声波金属焊接有效连接的关键机制是表面效应和体积效应。表面效应是焊接接头界面的摩擦;而体积效应存在于整个焊接过程中,影响了金属工件成形应力和形变。基于超声波焊接的关键机制建立了AA6061铝合金的材料模型和界面接触摩擦模型,依托ABAQUS有限元软件进行了铝合金超声波焊接的热-机耦合数值模拟分析。结果表明:与超声焊极相接触的铝合金界面产生最高温度和剧烈塑性变形,但低于母材熔点温度值。当焊极压力175 MPa,振幅8.4μm,加载时间60 ms时,界面最高温升至357.5℃,随着超声焊极压力持续增加铝合金表面发生粘焊。

FPSO水动力特性及系泊系统载荷特性分析方法研究

为保证海上油气生产储油装置FPSO能够抵御百年一遇的恶劣海况,其水动力特性及系泊系统载荷特性的研究就显得十分必要。基于此,利用ANSYS-AQWA的频域模块AQWA-LINE预报了FPSO水动力系数和运动响应,并采用模型做静水衰减的数值实验获得了横摇阻尼系数;利用时域模块AQWA-DRIFT对FP-SO船体和系泊系统进行耦合数值分析,计算了内转塔单点系泊定位下FPSO运动性能和系泊缆的张力特性。最后采用论文中提出的分析方法,在最新统计数据下,评估了某FPSO能否抵御百年一遇海况。

耦合于暗空场的矿山地压演化规律研究

针对矿区经济可持续发展与西部开发所遇到矿山地压4大难题:①非煤矿山3个群次灾难地压显化规律;②大量民窿老采空区的大面积地压灾害控制与治理;③国家及省(区)级"特大事故隐患区"屡治不愈;④深井岩爆及其触发上覆隐患区机制.在综合剖析众多地压灾害实例、主控因素体系、宏观破坏特征基础上,得出了耦合于暗空场的矿山地压演化规律,即①民采空区与未充填暗空场为特征空间;②以开采扰动为主的多种因素作用促成特征空间动态破坏;③决定于暗空场条件的不同类型动态破坏形式决定了对采场结构体系的等效静态荷载分布;④静-动-静耦合作用下矿山地压演化.提出耦合于暗空场的矿山地压研究3个阶段程式与动静耦合数值计算发展,阐明了作为特例的局部矿山地压研究方法的特定使用范围.开创性发展了地压研究方法,成功地用于高峰矿实践.

含沼气地层中气体运移对隧道结构的影响分析

沿海或沿江隧道可能要穿越富含有害气体的地层,给隧道施工安全带来挑战。依托上海市天然气主干管网崇明岛-长兴岛-浦东新区五号沟LNG站管道工程的过江隧道,建立了非饱和土固液气耦合数值分析模型,模拟隧道周围气藏的气体汇聚和逸散过程,重点分析气体运移过程对土体变形和隧道结构受力性状的影响。研究表明,气体汇聚过程将导致隧道周围土体抬升,气体逸散过程则导致土体沉降,气体迁移导致隧道衬砌结构的内力也随之变化,经分析确认衬砌结构的弯矩和轴力均未超过设计值,衬砌结构安全。

高峰型矿震地压灾害与治理对策的研究

根据我国非煤矿山3个群次矿山地压灾害和高峰型矿山地压灾害的特点,首次提出了“系统矿山地压”的概念,建立了有别于“局部矿山地压”的“系统矿山地压”研究程式、研究方法和地压类别界定的全新研究思路,并取得突破性进展。以高峰型矿震地压为例,说明了所提出的“系统矿山地压”概念与方法的合理性与有效性。

吸水/失水对GFRP层压板弯曲性能的影响

为研究湿热软化环境中吸水/失水对玻璃纤维增强聚合物(GFRP)层压板弯曲性能退化的影响,进行了三点弯曲试验,对分别在20℃和40℃环境中测得的干燥、不饱和吸水与饱和吸水试件的弯曲性能进行了比较分析。以一次吸水-失水过程为一个周期,来研究由水分扩散引起的GFRP层压板力学性能退化程度和永久损伤。试验结果表明:湿热组合效应会使GFRP层压板的抗弯强度和弹性模量降低,且抗弯强度的降低率远大于弹性模量的降低率;在40℃环境下,经一个周期处理后,GFRP层压板的弹性模量和抗弯强度相比原始试件均产生了不可恢复的损失,分别为15.0%和16.4%,而这种损失在20℃下并不明显。此外,建立了湿-力耦合有限元模型,以模拟GFRP层压板在不同吸水/失水阶段的力学性能,并通过弯曲试验进行验证。

水上大体积混凝土墩台冬季温控技术

为探讨水上大体积混凝土墩台在我国北方冬季施工的质量控制技术,以天津某码头工程水上墩台为原型,根据拟定的冬季施工方案,开展现场缩尺物理模型试验。通过试验块温度场监控数据与有限元计算结果的对比分析,验证了有限元温度场分析的可行性及指标选取的合理性。在此基础上,进一步对比分析蓄热养护法、综合养护法及循环冷却系统对墩台混凝土施工温度场分布的影响,提出大体积混凝土墩台冬季施工的最佳施工控制技术。

隧道水平冻结施工过程的数值模拟

地层冻结是一个水、热、力三场耦合的复杂问题,为了直观了解冻结壁形成过程中,土体温度场分布极其随时间的变化规律,得到合适的地层冻结工艺参数和指标,并掌握冻结壁的力学特性,了解开挖隧道对土层稳定性的影响,保证工程的安全,针对某隧道工程,采用准耦合数值分析方法,对其水平冻结施工过程进行了数值模拟,研究表明:地层冻结加固有效地控制了地层和地表的变形,提高了隧道土体的稳定性。计算结果可供类似工程参考,并提供了一种概念清晰、计算简便、实用的水平冻结施工过程的数值模拟方法。