Laboratory Research on Effective Test Area of Short-Crested Waves Generated by Two-Sided Segmented Wavemakers

The size and shape of the effective test area are crucial to consider when short-crested waves are created by segmented wavemakers. The range of the effective test area of short-crested waves simulated by two-sided segmented wavemakers is analyzed in this paper. The experimental investigation on the wave field distribution of short-crested waves generated by two-sided segmented wavemakers is conducted by using an array of wave gauges. Wave spectra and directional spreading function are analyzed and the results show that when the main direction is at a certain angle with the normal line of wave generators, the wave field of 3D short-crested waves generated by two-sided segmented wavemakers has good spatial uniformity within the model test area. The effective test area can provide good wave environments for seakeeping model tests of various ocean engineering structures in the deep ocean engineering basin.

波浪滑翔器弹簧水翼机构三维效应的分析与研究

为了评估波浪滑翔器弹簧水翼机构在波浪中三维效应对其动力学性能的影响,本文基于重叠网格技术建立波浪滑翔器弹簧水翼机构的数值计算模型,并利用CFD FLUENT软件对二维和三维水翼之间的动力学性能进行分析与研究。结果表明,由于三维水翼展长有限,在翼端处产生梢涡现象,造成水翼动力性能减小,与二维水翼相比,三维水翼的前向推进效率减少22.3%。接着,利用仿生学原理设计波浪滑翔器仿生水翼,发现仿生水翼降低了梢涡对水翼动力性能的损失,同时对比相同展弦比的三维水翼,仿生水翼的前向推力提高了17.6%,效率提高了10.7%。最后,通过实验对比发现CFD仿真数据与试验数据具有相同的趋势,CFD仿真模型的可靠度得到验证。

一种实时的3D动态海洋模拟新方法

海浪模拟是航海模拟器和海洋数值计算中非常关键的技术,直接影响到整个系统的真实性和可行性,但是实时模拟真实的海洋、湖水表面是非常困难的。文章设计了一种新的海浪模拟方法,即首先建立了新颖的海浪模拟的基本构架;然后提出了一个高性能的基于统计模型与FFT的波浪生成方法;最后研究了船舶在海浪中航行的各种特殊效果。实验表明该方法有着非常明显的改进效果。

基于FLAC-3D砂岩块体超低摩擦鞭梢效应研究

随着矿山开采深度的持续增加,深部岩体力学行为呈现出新形式、新特征.广泛应用于建筑行业的鞭梢效应与深部岩体部分动力响应现象极为相似.故从结构特征出发,以砂岩块体为研究对象,工作块体(水平冲击作用块体)水平位移及加速度为参考指标,通过试验及FLAC-3D数值模拟计算的方式,探究工作块体“位置”及“尺寸”对其超低摩擦鞭梢效应影响机制.研究表明:系统产生超低摩擦鞭梢效应的难易程度与工作块体尺寸密切相关,模拟中工作块体边长为标准块体(边长100 mm立方体)边长2/5时,系统结构诱发超低摩擦鞭梢效应尤其显著;在一定范围内,工作块体所处位置距扰动源越远,超低摩擦鞭梢效应强度越大,当超过这一范围时,则会出现减小趋势,即超低摩擦鞭梢效应强度随工作块体与震源块体间距离呈先增后减关系.

基于Delft-3D的砂泥共存海滩数值模拟

由于海平面的上升、人工挖沙以及海岸工程建设等自然和人为因素,砂质海滩泥化现象越来越严重。为研究砂质淤泥共存海滩修复方案,建立了鹤头邻近海域的网格嵌套的波流耦合模型,在验证模型合理性的基础上选取3种不同方案,模拟了沙滩维持原状、滩面补砂和岬角外延不同工况下的波浪动力特征,分析不同方案水动力环境的变化,波浪场比较结果表明:岬角外延能有效增加海域波浪动力,且比补砂措施效果好。可通过岬角外延措施对砂泥共存海滩进行修复,具有一定地应用价值。

考虑土体三维波动效应的现浇大直径管桩纵向振动响应解析解

考虑土体三维波动效应和桩–土耦合振动,把桩看作一维杆,把土体看作三维轴对称黏弹性介质,对黏弹性地基中现浇大直径管桩纵向振动频域特性进行了理论研究。首先通过引入势函数对土体振动方程解耦,采用Laplace变换和分离变量的方法求得了桩周土及桩芯土频域响应解析解,进而利用桩土完全耦合的条件得到桩振动响应解。将所得解完全退化到实心桩的解,验证了解析解的合理性,并与未考虑三维效应的简化解对比。分析了桩底刚度系数、桩长以及桩径等对桩顶复阻抗的影响,得到了各参数对桩振动特性影响的规律。分析表明:桩底刚度系数增大,共振频率增大,且复阻抗的振荡幅值增大。无桩芯土时复阻抗的振荡幅值比桩周桩芯土都存在时大,无桩周土时复阻抗的振荡幅值比无桩芯土时大。桩长增大,桩顶复阻抗的振荡幅值和共振频率均显著减小,当桩长增大到一定长度的时候,增加桩长对桩顶复阻抗基本没有影响。外径增大或内径减小,桩顶复阻抗的振荡幅值增大。

考虑土体三维波动效应时黏性阻尼土中桩的纵向振动特性及其应用研究

从三维轴对称土体模型出发,考虑土体三维波动效应,对黏弹性支承桩在任意竖向激振力作用下与土体的耦合作用特性进行了研究。假定桩为竖直、弹性、等截面体,土为线性黏弹性体,其材料阻尼为黏性阻尼。利用拉普拉斯变换,将定解问题转换到拉普拉斯域内求解。通过引入势函数,将土体位移进行分解,从而将土体动力平衡方程进行解耦,求解得到土体的振动模态形式,再利用该解,以小应变条件下桩土接触面上力平衡和位移连续条件来考虑桩土耦合作用,求解桩的动力平衡方程,得到拉普拉斯域内桩的位移函数解析解,进而可得到桩顶速度导纳函数解析解,采用卷积定理和傅里叶逆变换,求得了半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。基于所得解对速度导纳曲线和速度反射波曲线进行了量纲一的参数讨论,以揭示桩的纵向振动特性,为基桩动测提供理论和实践上的指导。

斜坡基桩水平动力响应解析解

随着江河岸边斜坡地段的桩基础日益增多,斜坡基桩桩-土水平耦合振动问题也日益受到重视.本文基于现有平地基桩水平动力响应理论,考虑斜坡效应,提出适用于斜坡基桩水平动力响应解析解.首先借助微分变换、亥姆霍兹分解和分离变量法等手段解耦土体三维波动方程,并引入桩-土边界连续条件,求解了平地基桩的桩周土体水平动抗力;在此基础上,引入折减因子考虑斜坡对临空面一侧土体抗力的弱化效应,并忽略一定深度范围内的浅层土体提供的水平动抗力,推导出斜坡段基桩的桩周土体水平动抗力解析解.此外,利用Euler梁模型推导斜坡段基桩自由段、入土段的水平振动控制方程,获得了基于传递矩阵法的基桩水平动力响应解析解,包括基桩动力阻抗以及桩身内力和变形解析表达式;然后通过与已有平地动力阻抗解析解,斜坡段基桩静力内力变形数值解进行对比,验证了本文解析解的合理性.

解极近水面飞行时全机气动力中水波效应的边界元法

本文以边界元法为基础 ,在线性水波的假定下 ,对贴近水面飞行的三维飞行器 ,提出了一种计算气动力中水波效应的方法。本文共分三部分 :Ⅰ .分析了用边界元法计算非定常压力分布的困难和产生这一困难的原因 ,指出了对非定常问题 ,强度分布函数解必须保证唯一性而不能差一个随时间变化的常数。为此对无穷远条件必须有一个正确提法 ,并在此基础上给出了克服这一困难的方法。Ⅱ .水波效应问题的数学提法 ,包括各种定解条件和解的最后边界积分形式 ,导出了在飞行器形成的压力场的作用下波高应满足的微分—积分方程 ,给出了求解的基本方法和步骤。Ⅲ .对于一个包含有复杂外形的机身、机翼、端板、垂尾和平尾的三维机型在贴近水面飞行时 ,作了包括水波效应在内的全机气动力计算 ,给出了水波效应随攻角、飞行高度、波幅、波长及波的入射方向等的变化 ,得到了有意义的结果 。

低应变反射波法检测大直径灌注桩技术探讨

大直径灌注桩通常桩径较大、桩长较长,在应用低应变反射波法检测其完整性时,桩顶部或浅部往往会有较明显的三维干扰,并易出现桩底反射波不明显、曲线复杂、难于判断等问题,从而对实测桩顶速度曲线的准确判断造成影响,甚至引起误判;同时,由于实测曲线反演解释的多解性,对桩身完整性的判断需要综合考量各种因素的影响。针对以上问题,根据大量的工程实践经验,提出了三维效应的简单识别方法,并得到了相关理论研究成果的印证,并结合典型工程实例,说明了对实测曲线进行综合分析判断的重要性。

变阻抗桩纵向振动的半解析解

考虑桩周土体的三维波动效应,分析成层黏性材料阻尼土中桩顶受任意轴向激振力作用时变阻抗桩的纵向振动特性,求得桩顶频域响应解析解、复刚度和速度导纳,分析了底部土层模量变化和桩身阻抗变化对桩纵向振动特性的影响。

基于土体三维波动模型的饱和土中管桩竖向振动

基于土体的三维波动模型研究了饱和土中单个管桩的竖向振动。将桩周土和桩芯土视为两相多孔介质,管桩视为等截面的圆管杆单元。在考虑桩周饱和土和桩芯饱和土径向位移和竖向位移的情况下,建立了基于土体三维波动模型的饱和土-管桩竖向耦合振动模型。借助势函数和分离变量法并考虑土体边界条件,求解了考虑土体三维波动的桩周饱和土和桩芯饱和土的竖向振动。在此基础上,考虑管桩桩端边界条件,利用三角函数正交性求解了饱和土中单个管桩的竖向振动,得到了管桩桩顶的竖向复刚度。通过数值算例,对比分析了土体三维波动模型解和不考虑土体径向位移的简化模型解的计算结果,分析了主要桩、土参数对饱和土中管桩竖向振动的影响。研究表明:当管桩壁较薄时且低频时不应忽略土体径向位移的影响,在动态刚度因子和等效阻尼随频率变化曲线峰值峰谷处不宜忽略土体液相的影响,管桩壁不宜过薄。管桩壁厚、长径比、桩芯饱和土与桩周饱和土密度比、剪切模量比以及桩-土模量比对饱和土中管桩竖向振动有较大影响,在进行管桩设计时需要综合考虑相关参数。

高桩码头三维效应影响区域的缺陷检测分析

由于上部结构的影响,当采用低应变反射波法进行高桩码头桩基检测时,会出现不满足一维应力波基本假定的情况。利用LS-DYNA有限元软件模拟高桩码头群桩结构,发现桩顶以下10m深度范围内都会受到三维效应的严重影响,检测结果呈现出类似于浅部缺陷的特征。利用各种浅部缺陷的定位方法对该区域进行检测,得出纵波改进方法在该区域不再有效,只有结合扭转波检测等方法才能有效定位缺陷,对于实现高桩码头桩基质量的全面检测具有重要的借鉴意义。

随钻单极子声反射测井数值模拟

从随钻地质导向的实际需求出发,通过三维直角坐标时域有限差分数值模拟的方法对比了均匀地层和井旁存在地质界面时随钻环境下单极子声源激发的井孔内外声场分布特征,考察了钻铤的存在对井外辐射声场强度的影响。由于硕大钻铤的声场屏蔽效应,井旁存在地层界面时,井周8个方位上接收到的反射纵波信息具有明显差异,通过对不同方位上接收的信号做矢量计算,得到了来自井旁地层界面的反射纵波信息;通过对比不同方位上接收器接收到的反射纵波信号的强弱,还可确定地层界面的方位信息。由反射纵波幅度随源距的变化曲线可知,为了采集到反射纵波,建议随钻声波测井的测量源距控制在0～4m。数值计算结果为随钻反射声波仪器的研制和数据资料的处理提供了参考。

煤田三维地震勘探在西部某黄土塬地区中的应用

西部某黄土塬勘探区位于沙漠边缘,煤层埋藏较浅、无潜水、覆盖层横向变化大、多风沙,三维地震勘探存在着诸如压制干扰、检波器耦合、激发层位设定等难题。在充分试验的基础上确定了施工参数,并针对该区的地质特征,在资料处理时重点抓住空间属性文件的建立,三维静校正反褶积、速度分析、剩余静校正、保持振幅叠加、全三维偏移等环节,为资料解释提供了真实可信的数据体。

基于修正Rayleigh-Love杆件模型的桩基低应变测试中应变波三维传播分析

切向、径向高频横波干扰和横向惯性效应是影响桩基低应变检测信号识别难度的3大关键因素,目前尚无具备分析三者耦合效应的解析模型。通过对经典Rayleigh-Love杆件理论的修正,建立能考虑三维横波效应和桩基横向惯性效应的修正Rayleigh-love杆件模型,实现桩-土完整体系的应变波三维传播模拟,并通过拉普拉斯变换、分离变量、傅里叶逆变换等方法推导模型的解析解。以此理论模型为基础,对高频横波干扰和反射波震荡的成因进行探讨,并对主流的高频干扰消除方法进行对比,得到的主要结论有:(1)随着桩径的增加,高频干扰的主要成分由切向横波转化为径向横波;(2)桩半径在0.2~1.0 m范围的桩基础受到高频横波干扰的影响最大;(3)将信号接收点与激振位置垂直布置或使用信号叠加法都能较好地揭示反射信号位置,但信号叠加法对高频横波干扰的消除效果更好。