海底管道边界条件类型及其对走管行为的影响

针对深海海底管道两端通常与井口、悬链线立管、器管收集器等相连,管道端部边界条件复杂的情况,为了探究不同的管道边界条件对走管行为的影响,将海底管道端部边界条件简化为3种类型,即类型Ⅰ两端水平力、类型Ⅱ一端水平力一端倾斜力和类型Ⅲ一端弹性边界一端水平力,建立不同边界条件下海底管道走管数值模型,对比分析不同类型边界条件下海底管道走管行为。结果表明:类型Ⅱ边界条件与类型Ⅰ相比,随着管道端部拉力倾角增加,管道轴向拉力减小,走管量也减小,管道拉力倾角从0°增至60°,最大轴向拉力减小6.73%,走管率减小50%,这意味着悬链线立管形态改变,使得作用于海底管道的拉力方向改变,相应的海底管道走管量也随之改变;类型Ⅲ与类型Ⅰ边界条件相比,类型Ⅰ边界条件下海底管道走管率为恒值,随着升降温循环次数的增加,海底管道走管量近似线性增长;类型Ⅲ边界条件下海底管道走管率受器管收集器弹性刚度影响,弹性刚度越大,第1次升降温循环走管率越大;随着升降温循环次数增加,管道走管率快速衰减,直至为0,类型Ⅲ边界条件下多次升降温循环最终走管量通常小于类型Ⅰ。3类边界条件下海底管道走管行为差异很大,可为实际工程中分析海底管道端部边界条件类型、选定合适的边界条件提供参考。

Robin条件下奇摄动单边界层问题的初值方法

研究初值方法在处理奇摄动Robin单边界层问题中的应用.该方法建立在奇摄动边界层理论基础上,可以用于解决具有单侧边界层现象的奇摄动两点边值问题.首先将给定的奇摄动两点边值问题转化为三个一阶初值问题,再将所得到的三个初值问题分别求解,最后得到原问题的近似,通过算例验证了该方法所得到的近似解能与精确解、数值解达到较好的一致.

记忆的生成绘图效应及其边界条件:一项元分析

关于生成绘图能否促进记忆,目前理论观点及实证结果均不一致。本研究采用元分析法,以项目记忆效果为因变量指标,探讨生成绘图对项目记忆的总体影响及其边界条件。从65条文献(110个独立效果量,7921名被试)中提取数据进行再分析。发现:生成绘图在项目记忆上的总体效果量为0.65,达中等偏大水平;生成绘图对老年人的记忆效果比其它年龄群体更好;生成绘图对于简单词语的记忆效果比复杂文本更好;生成绘图在预训练支持下的记忆效果比最少指导更好;触屏指绘的记忆效果比笔绘和鼠标绘更好。表明:生成绘图能促进项目记忆,支持绘图效应整合成分模型;被试年龄、言语材料、绘图支持、绘图方式可能是记忆的生成绘图效应的边界条件。

沥青路面表面纹理三维评价方法及其计算边界条件分析

为了综合评价沥青路面表面纹理的三维特征,推广表面纹理三维评价方法的应用,提出了一套适用性强、计算边界条件明晰的沥青路面表面纹理三维评价指标。首先,利用激光纹理扫描仪采集了不同沥青路面表面纹理的三维点云数据,并分别基于灰度共生矩阵理论和表面纹理偏离基准面的均匀程度,构建了表面纹理水平三维评价指标f_(8mac)、f_(9mac)、f_(8mic)、f_(9mic)和表面纹理分布均匀性三维评价指标σ;然后,以铺砂法、步行式摩擦系数仪和组合表面纹理分布均匀性的测试结果为基准,通过对比三维评价指标和现有二维评价指标与基准指标的相关性,验证了三维评价指标的有效性和优越性;最后,基于表面纹理三维评价指标的计算过程,明确了表面纹理三维评价指标的计算边界条件。研究结果表明:f_(8mac)和f_(8mic)与基准指标的相关系数R分别为0.934 8和0.803 0,优选f_(8mac)和f_(8mic)为表面纹理水平三维评价指标;现有的二维评价指标难以准确表征表面纹理的三维分布状态,指标σ可以有效地评价沥青路面表面纹理的三维分布均匀性;只有在相同的计算边界条件下,表面纹理三维评价指标才具有可比性。研究成果有望为沥青路面表面纹理三维评价方法的推广应用提供理论借鉴。

刚度弱化边界条件在TI拟声波方程模拟中的应用

由于地震波数值模拟在有限区域内进行,因此减少边界反射波的影响十分重要。完美匹配层(PML)方法被广泛应用于边界反射的吸收。但在各向异性介质模拟中,PML存在稳定性问题。为此,尝试将一种刚度弱化方法(SRM)应用到拟声波各向异性方程的模拟中。首先,给出了TI介质拟声波方程模拟中SRM和PML边界条件的加载方法和差分格式。模拟结果显示,SRM在内存要求和运算速度上优于PML方法。之后,通过对均匀VTI和TTI介质、层状介质以及BP模型进行数值模拟,对比分析两种方法的吸收衰减效果。对VTI介质的模拟结果显示,在本研究的实验条件下,使用同样的吸收层厚度SRM内存需求仅为使用PML方法的50%,运算耗时减少约25%。虽然在VTI条件下SRM吸收效果略逊于PML方法,但在TTI介质、层状介质以及BP模型模拟中显示出了更高的稳定性。模拟结果表明,SRM在TI介质拟声波方程模拟中具有较好的实用性和可靠性。

多种边界条件下自旋圆柱壳振动特性研究

自旋圆柱壳作为实际工程结构中的重要部件,其壳体端部边界条件复杂多样,对部件的振动特性有着重要影响。为研究多种边界条件下自旋圆柱壳的振动特性,基于Lagrange方程和Novozhilov壳体理论建立自旋圆柱壳的结构动力学模型;根据圆柱壳边界条件的数学描述,采用Chebyshev多项式构建满足边界条件且与壳体结构参数无关的位移场离散函数;通过求解与振动特性相关的特征方程得到静止圆柱壳的固有频率和模态,分析壳体转动惯性对固有频率的影响,讨论壳体理论在不同壳体几何尺寸下的适用性;此外,发现了环向波数相关的模态函数,并将其用于圆柱壳零阶环向模态固有频率的求解及多种边界条件下自旋圆柱壳行波固有频率的求解,讨论了自旋圆柱壳行波固有频率随结构参数变化的情况。

反求铝合金淬火边界条件的序列LM梯度算法

准确获取边界条件在淬火仿真中至关重要。为此,根据瞬态热传导模型,利用正则化方法建立反求热通量的目标函数,结合序列函数指定法与LM梯度法,通过最小化目标函数推导出序列LM梯度算法,实现末端淬火实验中热通量的迭代计算。其次,通过训练观测点的平均绝对误差的“3-7-3”神经网络预测模型,建立了序列LM梯度算法关键参数的遗传算法优化方法。最后,以换热系数为边界条件建立淬火仿真模型。结果表明:在相同淬火时间内,一维序列LM梯度算法、一点法和两点法,在观测点的仿真温度平均相对误差分别为5.6%、5.9%、12.6%,17.1%、15.4%、15.3%和17.7%、16.0%、15.6%。因此,与一点法、两点法相比,序列LM梯度算法具有更高的精度。

基于虚拟点的反应流Navier-Stokes特征边界条件及其应用

针对通风条件下大尺度加氢站事故模拟,从一维局部无黏特征分析出发,发展了使用虚拟点的三维反应流Navier-Stokes无反射特征边界条件,通过引入横向项和化学反应源项,有效消除了火焰面、亚声速流场与计算域边界相互作用时产生的非物理反射,实现了计算域边界处通风条件的无反射施加,提高了开放空间数值模拟的计算效率.通过开展51 m×51 m×10 m加氢站中长管拖车、加注机意外氢气泄漏扩散的数值模拟,给出了多种风况下可燃气云扩散结果,探究了通风条件及复杂环境对可燃气云发展规律的影响,对潜在危险区域进行了定量分析,并选取最危险氢气泄漏扩散结果开展高度非均匀气云爆炸的数值模拟,对不同设备处接收的超压和冲量进行了定量转化,完成了加氢站典型事故的风险评估.

不同边界条件下掺氢对天然气管网运行工况的影响分析

氢气与天然气在物性参数上的差异会导致掺氢后管道及压缩机等水力元件的运行工况发生改变。目前,多数关于掺氢对管网运行工况影响的研究仅针对特定的边界条件及管网结构,研究的结果不具有普适性,研究结论也不相一致。基于此,本文建立了混合气体在管网系统中的流动仿真模型,逐一研究了不同边界条件组合下,掺氢之后管道沿线压力、流量、热值流量、水力坡降以及压缩机的进出站压力和压比等运行参数的理论变化规律。其中,管道的边界条件包括管道节点的压力、体积流量、质量流量以及热流量4种;压缩机的边界条件包括压力、转速以及压比3种控制条件。算例结果表明:掺氢后管道运行工况的变化情况与边界条件直接相关。当压缩机采用定出口压力或定压比控制时,管网工况参数与掺氢比之间有确定的关系,如随着掺氢比的增大,管道压力以一定的函数关系减小;压缩机在采用定转速控制时,管网工况参数的变化较为复杂,如随着掺氢比的增大,管道压力在某些情况下增加,而在某些情况下又会减小,需要针对具体场景进行分析。文章总结了不同边界条件下掺氢对天然气管网运行工况的普适影响,研究结论适用于任意支状管网,可为掺氢之后管网系统的运行调控提供理论指导。

R13/R26矩方法的介观尺度壁面边界条件

宏观尺度NSF(Navier-Stokes-Fourier)、R13/R26矩方程边界条件在中、大克努森数Kn来流条件下计算精度大幅度降低,也极易发散。针对这一难题,提出R13/R26矩方程的介观尺度边界条件,在靠近壁面处重构速度分布函数,并输入介观尺度Boltzmann模型方程;基于离散速度法求解宏观参数,所得到的宏观参数作为R13/R26矩方程的壁面边界条件。仿真结果表明:基于介观尺度边界条件的R13/R26矩方法相较原边界条件计算精度最大提高59.84%,同时,所提出的边界条件将矩方法对Kn的适用范围拓展到1.0。

具有手性边界条件的耦合Dirac系统

本文研究具有手性边界条件的Dirac系统解的存在性.通过在恰当的分数阶索伯列夫乘积空间上建立解析框架,给出了具有超二次增长的非线性项的Dirac系统解的存在性,把GONG和LU(2017)研究的结果推广到手性边界条件下的情形.

钢桥表面相对湿度的边界条件计算方法

表面相对湿度是决定钢桥腐蚀速度的重要因素,精确计算表面相对湿度的关键在于选取合适的温度场边界条件,因此进行了拱肋模型相对湿度测试试验,利用有限元分析软件ABAQUS的DFLUX与UVARM子程序实现了钢桥表面相对湿度计算,并对比分析了不同太阳辐射、辐射换热及对流换热的计算方法对钢桥表面相对湿度模拟结果的影响。结果表明:太阳辐射强度对表面相对湿度的影响主要集中在日出、日落时段,采用Hottle模型计算的日总太阳辐射偏大,导致表面相对湿度偏低,建议使用实测太阳辐射数据计算太阳辐射热流密度;天空及地面的辐射换热对表面相对湿度的影响不容忽视,利用简单的大气辐射换热替代天空、地面辐射换热,会导致结构吸收热量增加,表面相对湿度显著减小,建议在计算辐射换热热流密度时考虑天空温度、地面温度的影响;白天对流换热对结构有降温作用,促使表面相对湿度升高,夜晚对流换热作用对结构有升温作用,促使表面相对湿度降低,目前对流换热系数计算方法多基于混凝土结构开展,后续可进行适用于计算钢桥表面相对湿度的对流换热系数研究。

任意边界条件下Timoshenko梁及其修正理论的自振特性分析

提出一种求解任意边界条件下经典Timoshenko梁以及修正Timoshenko梁自振频率和振型的新方法。利用改进的傅立叶级数消除传统傅立叶级数的边界不收敛问题,然后通过Rayleigh-Ritz法导出Timoshenko梁的拉格朗日泛函,根据Hamilton原理将原问题转化为求解矩阵广义特征值问题。通过与解析解对比,本文采用的方法具有较好的收敛性以及较高的计算精度;通过数值计算发现,经典Timoshenko梁的自振频率略高于修正的Timoshenko梁,随着振型阶数的提高,经典Timoshenko梁的计算结果逐渐偏离文献解和有限元结果,而修正的Timoshenko梁能够保持较好的一致性;对于不同边界条件下修正Timoshenko梁的计算结果均能与有限元的计算结果吻合得很好。最后运用MATLAB编程软件将程序设计为App,对于不同情形的梁只需要修改参数即可,可为实际工程提供高效便捷的计算方案和可靠理论依据。

一般边界条件下功能梯度板流激振动声辐射研究

为了研究嵌于无限大障板中的功能梯度板在湍流激励下的振动声学特性,基于湍流边界层壁面脉动压力互功率谱密度函数、切比雪夫谱方法、瑞利积分以及流体与结构耦合面的连续性条件,通过能量法建立了一般边界条件下功能梯度板的流激声振耦合模型。该模型能够精确预测功能梯度板在湍流激励下的振动及声辐射响应,与解析解和试验值的吻合验证了算法的准确性。对一般边界条件和梯度指数的研究表明:边界弹簧刚度较大时,功能梯度板在低频具有较低的流激声振响应,而高频时的辐射声压有所升高。随着梯度指数的增大,流激振动及其辐射声压的峰值频率逐渐增大,而峰值频率对应的响应值减小。

第三类加热边界条件下超临界正癸烷的流动换热和热裂解特性研究

为深入理解不同类型热边界条件下碳氢燃料流动换热和裂解特性,对第三类加热边界条件下圆通道内超临界正癸烷的流动换热和热裂解特性开展了数值研究,并与等热流和等壁温加热条件下的结果进行了对比。结果表明:管内对流换热热阻的沿程变化和管道内外温差的缩小会造成不均匀的壁面热流分布和壁温分布。通过将第三类加热边界条件下的结果与等热流加热条件下的结果进行对比发现,第三类加热条件下换热恶化程度更低,最高壁面温度由1 219 K降低到1 175 K;与等壁温加热条件下的结果相比,第三类加热条件下壁面热流密度变化规律相似但变化范围和幅度更小,在加热段后半段,其转化率和压降均低于等壁温加热条件,出口处两种条件下的转化率相差约4%。

任意边界条件下弹性背腔膜式消声器声学特性分析

弹性背腔膜式消声器由弹性背腔以及弹性内膜组成,通过声场与弹性内膜及弹性外膜的耦合作用,降低消声器下游的透射声能,在低频具有较好的宽带消声效果。为求解任意边界条件下的弹性背腔膜式消声器的传递损失,基于能量原理,建立了弹性背腔膜式消声器的声振耦合模型。采用边界弹簧约束来实现弹性膜的任意边界条件,进而分析边界约束对传递损失特性的影响。结果表明,理论计算结果与有限元结果吻合良好;结构边界约束对系统声学特性影响显著,增强外膜边界约束,能获得低频宽带消声效果;减弱内膜边界约束,能使最低消声频率向低频移动。

基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法

相比于传统拟静力和拟动力试验,混合试验通常存在较为复杂的试验子结构边界条件。受到实验室加载条件的限制,子结构的边界条件往往难以完全实现,这将对混合试验的保真度产生很大影响,即混合试验中的不完整边界条件问题。为解决不完整边界条件问题,提出一种基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法。该方法为试验子结构建立两套数值模型,并通过两套数值模型修正试验子结构的不完整恢复力。两套数值模型的区别在于边界条件的设定:第一套数值模型具有完整的边界条件;第二套数值模型具有与试验子结构相同的边界条件,为不完整边界条件。该研究分析了边界自由度耦合程度、数值模型误差对该方法精度的影响,验证了该方法对存在模型误差的数值模型具有较好的鲁棒性;最后,采用所提方法对一座两层两跨抗弯框架结构进行了抗震性能数值分析。结果表明:与常规混合试验方法和弱耦合混合试验方法相比,该方法不仅具有解决不完整边界条件问题的能力,而且也表现出较高的仿真精度。

基于各向异性界面的深纳米尺度电磁边界条件

以各向异性介质所构成的界面为基础构建了光学参数渐变的过渡界面模型;利用积分形式麦克斯韦方程组,同时引入了6个反映过渡区域电磁场量变化情况的界面响应函数,并经推导获得了适用于深纳米尺度的电磁边界条件.依据麦克斯韦方程组及材料本构关系,阐明了界面响应函数的物理意义;提出了与过渡界面模型等效的突变各向异性界面模型,其界面分布着电偶极矩和磁偶极矩,并经推导获得了界面偶极矩的纳米电磁边界条件.结果表明,各向异性界面模型的纳米电磁边界条件在界面响应函数可忽略的情形下,退化为传统电磁边界条件.本工作可为深纳米尺度各向异性界面的光学或电磁学性质的研究提供理论基础及物理图像.

非平衡热输运边界条件影响研究

当材料的特征尺寸小到与声子平均自由程相当,或特征时间短到与声子弛豫时间相当时,准平衡假设就不再有效,系统内会产生非局部效应。此时,边界条件将成为影响非平衡热输运的重要因素之一。超快速激光加热纳米薄膜是反映此类问题的典型案例,其传热过程中不仅热影响时间极短,而且作用区域还在纳米尺度。文章研究了不同边界条件对纳米硅薄膜非平衡热输运的影响,分析了声子从扩散状态向弹道状态转变的特性。结果表明:采用镜面边界条件与反弹边界条件具有相似的热输运过程,薄膜内部能量密度差异较小;对流边界条件下薄膜内部热量持续向外界流失,其能量密度最低;通过改变对流方式,发现强制对流相比于自然对流会带走更多的热量;随着薄膜尺寸减小,边界条件对热输运的影响会增大。

基于无人机载体的客运索道检测技术边界限制条件影响因素

文中讨论了客运索道无人机检测的边界限制条件影响因素,边界限制条件包括复杂多变的天气状况、地形地貌的挑战以及被检客运索道独具的特点等,这些影响因素均对检测开展中飞行的稳定性、检测数据的准确性以及整体工作效率产生显著影响,在推进无人机检测技术在客运索道领域的应用时,必须充分考虑并应对这些边界限制条件。