新型起重永磁铁活动单元体冲击动力学研究

通过能量法建立了起重永磁铁工作磁极面活动单元体在受到轴向冲击的过程中所受最大冲击应力的理论模型,并借助ANSYS Workbench仿真平台对单元体在不同冲击条件下进行了动力学仿真分析,同时搭建实验台进行了冲击实验研究。确定了工作磁极面活动T形单元体在受冲击过程中所受最大应力的位置为变截面圆弧过渡区域。结果表明,冲击过程中单元体所受最大应力的理论模型结果和有限元仿真结果最大误差为9.62%,平均误差5.33%;与实验测量结果最大误差为11.73%,平均误差7.42%,验证了所建立模型的有效性。

基于Voronoi建模和Cohesive单元的PBX细观力学模型

针对PBX的细观力学模型存在模型结构与真实PBX细观形貌不符、破坏行为描述不全面(仅考虑界面脱粘)、研究对象单一(大多针对PBX-9501)等问题,建立了基于Voronoi建模和Cohesive单元的PBX细观力学模型。首先,基于光学显微镜下的细观结构图,采用Voronoi方法构建了更贴近实际形貌的PBX炸药细观模型;然后,采用内聚力有限元方法在炸药晶体内部、黏结剂内部及炸药颗粒/黏结剂界面处都引入了Cohesive单元,以在二维尺度上实现任意路径破坏行为的模拟;最后,针对某HMX基-F2311黏结剂炸药和某HMX基-F2313黏结剂炸药标定了模型参数,模拟了这两种炸药的准静态拉伸行为。结果表明,两种炸药数值模拟的拉伸变形曲线、破坏应力、破坏应变都与试验数据吻合良好,表明该模型不仅适用于不同PBX炸药材料(线弹性PBX、非线性PBX)的变形行为描述,还可以分析PBX炸药在拉伸破坏过程中的细观机理,刻画不同PBX炸药的裂纹萌生、扩展和贯穿的过程。

传统与新型两类石笼网垫单元体冲刷试验研究

传统石笼网垫以网片作为隔断,需耗费大量人力施工,为采用碾压工艺,节省人工,缩短工期,用胶结碎石格构作为隔断设计新型石笼网垫,并开展了传统与新型两类石笼网垫单元体的冲刷试验进行对照。通过设置不同逊径比的石笼网垫单元体冲刷试验,分析对比两类石笼网垫单元体的逊径颗粒流失特性、流速减缓幅度及冲蚀面积随逊径比变化特征,探究石笼网垫最佳逊径比和胶结碎石格构隔断的作用特性,并进一步针对同一尺寸的新型石笼网垫单元体中胶结碎石格构隔断数量的效果开展了冲刷试验研究。结果表明:两类石笼网垫单元体逊径流失量、减缓冲刷流速的能力、冲毁面积都随逊径比增加而增加,传统石笼网垫的逊径比宜为10%~15%,新型石笼网垫的逊径比可在10%~20%;新型石笼网垫中的胶结碎石格构隔断能有效减少逊径颗粒的流失;对于同样试验尺寸的新型石笼网垫单元体,胶结碎石格构隔断数量从1个增至2个时,能显著减少逊径颗粒的流失并缩小冲蚀面积,当格构数量继续增加,则无明显减小。研究结果可为推广少工期、省人工的新型石笼网垫护岸结构的设计与施工提供参考。

长江中下游岸坡单元体的水力侵蚀室内试验研究

水作用下长江中下游岸坡正在面临严峻的崩岸破坏。为探究岸坡土体的水力侵蚀特性,进行单元体单面浸水湿化-崩解试验与侧向冲刷水毁室内试验,通过分析冲刷沟形态、测量单元体质量、探究侧向冲刷深度和高度变化规律,研究根系和格栅植被面层对单元体侵蚀破坏的影响,分析运用乔木根系联合格栅植被面层对岸坡进行防冲的可行性。试验结果表明:湿化-崩解与侧向冲刷二者共同作用,引起和加剧岸坡土体的淘蚀破坏。随着水深、流速及冲刷时间的增加,单元体侧向冲刷深度与冲刷高度一直增加;在本实验较小的单元体尺寸下,较粗的乔木模拟根系对于减小单元体冲蚀破坏程度的作用有限,其根土间隙优先流效应在一定程度上反而增加侧向冲刷深度;根系对黏性土的牵拉锚固作用明显强于粉土质砂,能够延缓上部土体的崩塌;设置格栅植被面层后,可有效减小单元体侧向冲刷深度,抗冲效果显著,研究结果可为生态护岸技术研发和应用提供借鉴。

超高层单元体吊装技术及安装施工方法研究

超高层建筑幕墙单元体是一种非常普遍的建筑结构形式,被广泛地应用于目前的高档建筑工程中。本文以某商务办公楼超高层单元体吊装施工为例,采用框架式幕墙设计结构,计算超高层单元体吊装动力参数,按照超高层单元体的吊装技术要求,对超高层单元体进行了吊装安装。实验结果表明,所提方法的超高层单元体吊装时间较短,能够有效提高实际施工效率。

浅谈单元体幕墙施工技术管控

在中国的建筑幕墙行业中,经过多年的辛勤耕耘和经验积淀,各类幕墙系统已经显著发展,从起初的简单仿制和粗糙构建阶段,升华为了深入考量工程特性的、精细技艺结合的精湛设计,同时注重安装策略的优化,体现了深厚的行业智慧。作为幕墙科技的代表作品,单元体系统融合了国内外各单元体系统的优点和实际工程经验教训,形成了一套成熟的构造方法。本文从深圳宝安工人文化宫项目单元体玻璃幕墙的施工要点出发,对其管理办法进行探究。

高速铁路扣件弹性单元体温频变特性试验研究

随着动车组速度的提高,对轨道线路条件提出了更高的要求,文章结合实际服役状况,对轨道结构起主要减振作用的高速铁路扣件弹性单元体的温频变特性进行了研究。结果表明:1)W300和WJ-7扣件弹性单元体均有良好的减振性能,且前者的减振性能优于后者。2)2种扣件弹性单元体均有显著的低温敏感性,且对高温不敏感。在-60°C时,2种扣件弹性单元体的静刚度值较常温时均有显著增加,并且已经严重超出国家铁路行业标准设计限制。3)频率是扣件弹性单元体刚度特性变化的重要影响因子。随着频率的升高,2种扣件弹性单元体的动态刚度均有不同程度的增加,尤其是高频部分,增加更为显著。4)低温和高频同时作用下,扣件弹性单元体的动态刚度变化最大。因此,实际服役中扣件弹性单元体的刚度是变化的。

Voronoi-RBSM耦合的混凝土细观建模方法研究

为解决已有混凝土细观数值模拟方法计算效率低、对象尺寸受限的问题,提出一种基于Voronoi网格拓扑和刚体弹簧模型(RBSM)的混凝土细观建模新思路。该模型将混凝土视为由骨料、水泥砂浆组成的二相材料,骨料通过Voronoi单胞描述,视为刚性体,水泥砂浆简化为Voronoi单胞交界面的均布弹簧,弹簧刚度依据局部砂浆的实际情况自动定义。无需对骨料和水泥砂浆进行网格细化,可大大减少单元数量,允许Voronoi单胞在界面处侵入和分离,描述混凝土的变形、开裂等。为验证该文模型的有效性和适用性,开展了室内试验与数值模拟的对比研究,并分析了骨料占比等参数的敏感性。结果表明:基于Voronoi-RBSM的混凝土细观模型,可以较为高效、准确预测混凝土构件在加载过程中细观力学响应,对于尺寸较小的混凝土试件、尺寸较大钢筋混凝土简支梁均有较好的细观模拟效果,尤其是当网格尺寸与骨料平均粒径接近时,预测结果与试验结果最为接近。此外,模型的预测精度受骨料体积占比影响,骨料体积占比越小精度越低,因此,并不适用于浆体占比高的混凝土材料细观数值模拟。

基于Voronoi图的空间点事件统计聚类方法

挖掘地理空间数据中点事件聚集模式对于揭示流行疾病、犯罪分布热点区域及城市基础设施空间分布格局等具有重要意义。针对不同形状、密度和大小的显著空间点聚集模式的识别,目前以空间扫描统计为代表的方法虽然可以对空间点聚类的显著性进行统计推断,减少虚假聚类结果,但其主要用于识别球形或椭圆形状的聚簇,对于沿着街道或河道分布的任意形状、不同密度的显著空间点聚簇识别还存在局限。因此,本研究提出一种基于Voronoi图的空间点聚集模式统计挖掘方法。首先,采用Voronoi图来度量空间点分布的聚集性,将空间点聚类问题转化为热点区域探测问题;其次,结合局部Gi*统计量探测统计上显著的空间点聚簇;最后,通过模拟数据和真实犯罪事件数据进行实验与对比分析。结果表明:本方法能够有效探测任意形状的空间点聚类,并对空间点簇的显著性进行统计判别,识别显著的空间点簇,减少随机噪声点的干扰;聚类识别结果优于现有代表性方法,如DBSCAN算法、空间扫描统计方法等。

岩石圆盘径向压缩破坏的Voronoi子块体单元DDA方法模拟

非连续变形分析(DDA)方法是计算离散可变形块体系统力学行为的数值计算方法,可通过子块体单元DDA方法模拟岩石的开裂破坏。考虑到Voronoi多边形颗粒与细观尺度下岩石矿物晶粒形态的相似性,提出一种基于随机圆的Voronoi颗粒单元模型生成方法;并通过完整及带预制裂纹岩石圆盘径向压缩破坏的模拟,验证岩石破裂问题Voronoi子块体单元DDA模拟方法的适用性。结果表明,当子块体单元数较小时,圆盘表现出更高的整体强度;随着子块体单元数的增大,起裂处位置更接近真实,开裂破坏路径更清晰;子块体单元数较大时不同倾角预制裂纹圆盘破坏的模拟结果与实验结果高度吻合,并能有效反映圆盘中心加工小孔对开裂破坏路径的影响。使用Voronoi子块体单元DDA方法能够有效模拟岩石的开裂破坏过程,为进一步开展基于Voronoi颗粒单元模型的岩石开裂破坏模拟创造了条件。

一种概率-Voronoi自适应高维模型表达的新能源电力系统小干扰失稳风险评估方法

电力系统中新能源和负荷的不确定性给小干扰稳定性带来挑战。鉴此,该文中提出一种概率-Voronoi自适应采样的高维模型表达方法用于新能源电力系统小干扰失稳风险评估。首先,简要介绍基于高维模型表达的小干扰失稳风险评估步骤和方法,分析模型求解和配点选择对高维模型表达建模精度的影响;然后,基于移动最小二乘法的求解特性分析,提出动态半径选择方法,提高计算准确度和求解效率;而后,改进自适应-Voronoi采样方法,将其和概率思想结合,得到概率-Voronoi采样方法,提高风险评估建模采样的高效性。结合动态半径移动最小二乘法和概率-Voronoi采样法,建立小干扰失稳风险评估的高维模型表达。最后,多个新能源电力系统为例,对比分析所提方法的准确性与高效性,并结合实际源荷不确定数据与电网结构,验证研究的实用性。

不同袋内材料对土工袋单元体静动力剪切特性的影响

为了进一步研究不同袋内填充材料对土工袋单元体在静动力作用下剪切特性的影响,采用室内大型剪切系统对不同袋内填充材料土工袋单元体进行了一系列单剪试验和循环剪切试验。结果表明:土工袋单元体表现出的剪切变形规律基本符合摩尔-库仑屈服准则,其抗剪强度主要由土工袋表面张力和袋内土体颗粒之间的摩擦力共同提供;不同袋内填充材料对土工袋单元体的剪切变形特性有一定的影响,相对于壤土土工袋、碎石土工袋,天然河砂土工袋单元体的抗剪强度、阻尼消能效果与抵抗变形的能力均相对更好,因此从抗剪强度及减振消能特性的角度看,实际减隔震工程中采用河砂装填是一个较好的选择。

基于Voronoi空间单元的林分空间结构智能优化研究

使用Voronoi法确定对象木与相邻木存在边缘校正不准确和阈值大小不确定等问题,不利于林分空间结构量化描述。针对这些问题,本研究设定所有距离样地边界线小于0.5 m且不完整的Voronoi单元中的林木为非对象木,并引进对象木与相邻木的距离调控阈值Rmax,修正了Voronoi空间单元在边缘效应处理上存在的对象木和相邻木选取不合理问题。基于修正的Voronoi空间单元,构建了多目标生态采伐方案,并通过蚁群算法进行智能优化。结果表明,调控前20个样地中4个林分空间结构状况相对较差的样地,通过模拟采伐调控后,适应度函数分别提升0.72,0.92,0.93,0.86,证明了该方案对于优化林分空间结构具有较好的效果,可为森林经营决策提供支持工具。

基于Voronoi算法的一种新型多孔夹层结构参数优化和耐撞性研究

提高防撞缓冲车(Truck Mounted Attenuators,TMAs)耐撞性成为道路安全防护的重要途径,借助Voronoi算法生成了一种新型多孔结构。首先,通过研究该结构的种子点数n、孔隙率ρ和不规则度α对结构几何拓扑影响关系,建立了材料比吸能与三个参数之间的数学模型。然后,借助有限元方法分析了新结构的能量吸收,证实了该数学模型的可靠性,利用正交试验确定最优结构参数。最后,将新型多孔结构作为夹层填充到TMAs防撞缓冲车中,探究了正碰、侧碰和斜碰三种工况下车辆耐撞性。研究发现,新型多孔结构能够有效降低峰值碰撞力,能量吸收性能远远超过传统TMAs和圆筒夹层TMAs,能够有效保护被撞车辆和驾驶人员安全。

基于Voronoi法的120方坯拉矫过程微晶塑性演化数值模拟研究

结合拉坯矫直机现场实际工况,基于Voronoi法建立了方坯拉矫过程钢坯三维随机微晶模型,通过纳米压痕实验统计晶粒异质性信息确定晶粒异质性特性并划分晶粒类型,由晶粒异质性系数确定各类晶粒材料属性。基于Python脚本编程将不同材料属性按概率随机赋予Voronoi元胞。建立了考虑晶粒异质性的SUS301L-HT不锈钢方坯拉矫过程热力耦合微晶模型,计算并揭示了拉坯矫直过程温度场、应力场瞬时演化规律。结果表明:考虑晶粒异质性模型能更好地揭示拉坯矫直过程温度场、应力场的不均匀性分布状态,尤其是钢坯相邻晶粒边界处的应力会发生突变,且随着晶粒间力学性能差异越大,突变现象越显著。基于Voronoi法建立考虑晶粒异质性的拉坯矫直数值模型可有效反馈拉坯矫直过程中微观演化机理。

基于体裂隙强度的岩体代表性单元体尺度确定方法

岩体由于各种结构面表现出不连续性、非均质性、各向异性等复杂特性,使得岩体尺寸效应成为岩体力学研究的重点和难点,尺寸效应研究关键在于确定岩体代表性单元体尺度。根据3GSM现场测量和室内试验,建立了9组不同尺度裂隙三维网络模型,计算体裂隙强度,发现体裂隙强度随尺寸变化出现波动,根据波动大小分为离散区(1~4 m)、过渡区(4~8 m)和均质区(8~20 m)。基于三维块体离散元软件3DEC,依据裂隙网络模型建立9组裂隙岩体模型,进行常规三轴压缩数值模拟研究。结果表明:裂隙岩体表现出明显尺寸效应,即随着岩体尺寸增大,各力学参数先减小后稳定,代表性单元体(REV)尺度为8 m。最后,引入体裂隙强度反映裂隙对尺寸效应的影响,并与REV尺度对比,发现通过体裂隙强度表征裂隙岩体尺寸效应规律是可行的。

基于Voronoi图的无线传感网络覆盖盲区检测方法

传感网络的空洞暴露程度较少,在检测网络覆盖情况时更容易出现误差,影响盲区的检测效果。为此,提出基于Voronoi图的无线传感网络覆盖盲区检测方法。根据节点分布关系推测无线传感网络覆盖情况,在Voronoi图的指导下排除已覆盖区域,获取具备检测条件的未覆盖无线传感网络空洞。计算网络空洞的暴露程度和节点能量,作为特征样本输入粒子群分离器中,根据分类器的输出结果,实现无线传感网络覆盖盲区检测。仿真结果表明,所提方法不同覆盖盲区数量下的检测时长低于0.2 s、不同节点数量下的检测能耗低于20 J、不同空洞圆心距下的覆盖盲区差异度最高为0.24,证明所提方法具有较好的无线传感网络覆盖盲区检测效果。

Voronoi分布式虚拟结构制导炸弹群控制策略设计

为进一步提升精确制导炸弹群面向区域目标时的毁伤效果,基于现有制导炸弹动力学模型,给出炸弹群控制系统运动模型,并依托计算几何理论中Voronoi图对区域目标特征进行分析,给出各弹体最佳弹着点位置计算方法,运用多智能体虚拟结构法实现制导炸弹群下落过程中的队形可控,通过分布式一致策略达到各弹体间关于虚拟结构中心节点的一致性,实现对区域目标的最优覆盖毁伤,并对所提控制策略进行有效评估。

基于Voronoi图的精细化PFC数值计算方法与应用

由于岩石细观结构决定宏观力学行为,离散元计算结果的准确性取决于数值模型对岩石复杂细观结构的表征程度。为提高离散元数值计算在采矿工程中的适用性,基于Voronoi图提出一种精细化PFC数值计算方法。Voronoi图剖分空间形成的凸多面体具有随机性和多样性,与岩石细观结构具有自相似性;将Voronoi图中点、线、面、体的编号与坐标数据导入PFC,借助PFC内嵌Fish语言将其转化为PFC可识别几何体,基于Voronoi单元提出2种不规则颗粒模型构建方法(VCPM和VBPM),分别模拟完整岩石和破碎岩石;采用Monte-Carlo方法生成服从Weibull分布的伪随机数,表征岩石细观力学参数,实现岩石非均质性模拟,将不规则颗粒周围接触数目定义为Coordination Number(CN),颗粒体积和颗粒CN分别服从Weibull分布和正态分布,实现岩石细观结构复杂性模拟;VCPM模型可准确模拟完整岩石在单轴和三轴抗压条件下的强度特征及峰前硬化、峰后软化、体积剪胀等行为,模拟所得岩石单轴抗压强度221 MPa,弹性模量64 GPa,内聚力和内摩擦角分别为34 MPa和55°,与实验数据具有较高的一致性;高内摩擦角表明VCPM模型内不规则颗粒间的剪切闭锁效应增强,且模拟结果可反映岩石破坏模式随围压增大由劈裂向剪切甚至塑性流动转变的现象;VBPM模型可准确模拟破碎岩石在侧限压缩实验中的压实和承载特征,初始加载阶段,破碎岩石中含大量孔隙,变形曲线斜率小,轴向载荷增加导致孔隙逐渐压实,变形曲线斜率快速升高,应力应变曲线模拟结果与实验结果吻合,由于VBPM模型不规则颗粒间的自由度差异明显,压缩过程中颗粒间的接触力呈现非均匀分布特征。

基于Voronoi的不规则点阵结构建模及其力学性能分析

点阵结构因具有轻质、高孔隙率、高比强度、高能量吸收率等一系列优良力学特性以及减振、吸声、散热等特殊性能而备受关注。在增材制造飞速发展的背景下,点阵结构的不规则设计及可实现性迎来了新的发展期。应用Voronoi原理,利用参数化设计平台Grasshopper设计并构建了种子数分别为10,15,20的三种不规则点阵结构;通过LS-DYNA显式动力学程序进行有限元分析,模拟其压缩过程;对比三种不规则点阵结构的应力、应变及压缩过程中的能量吸收情况,分析其力学性能。仿真分析结果表明,种子数对不规则点阵结构的力学性能有重要影响,在一定限度内,提升种子数可以提高不规则点阵结构的力学性能。