基于CEL方法的带结构物溃坝流数值模拟

随着全球气温的不断升高,极端天气现象增多,溃坝现象成为水工结构方向需要重点防范的自然灾害。溃坝流的发展会对下游结构物产生巨大的破坏作用,因此深入探究溃坝流现象的水动力学特性以及溃坝流下游结构物所受到的冲击力影响势在必行。本文针对带有结构物的溃坝流动问题现象,采用CEL方法(Coupled Eulerian-Lagrangian analysis,耦合欧拉-拉格朗日方法),对于溃坝流的发展、演化进行了数值模拟。研究结果表明,模拟结果中溃坝流自由表面及流体尖端时程变化与文献试验结果拟合较好,CEL方法可应用在溃坝流现象的模拟,并且具有较好的准确性和精度。结构物材料性能、高度及与结构物与溃坝流间的位置,均会影响溃坝流的运动状态以及结构物的受力变形状态,在不考虑结构物破坏的情况下,提高结构物弹性模量,增加结构物高度,以及减小结构物与溃坝流间的距离均可提高结构物对于溃坝流的阻挡作用。

飞行器旋转翼折展过程动稳定性研究进展

旋转翼是一种可绕固定轴旋转变体的机翼,广泛应用于新型无人机、巡飞弹、航空炸弹等飞行器,其折展过程中的动稳定特性是决定旋转翼飞行器设计成败的关键基础问题。基于此,梳理了近年来飞行器旋转翼折展过程动稳定机理的研究进展。介绍了旋转翼发展历程及其面临的折展动稳定关键问题;从非定常气动数值模拟、非定常动态特性数值模拟、CFD/RBD一体化耦合数值模拟3个层次阐述了折展过程动稳定数值模拟进展;介绍了旋转翼折展扰动下的非线性动力学建模及动稳定性分析的现状;分析了旋转翼折展动稳定性机理的风洞试验验证情况;总结了旋转翼折展过程动稳定研究面临的科学问题,并提出了可行的研究方向。

路内停车与动态交通的耦合关系建模研究

为了研究路内停车与动态交通之间的相互关系,采用层次分析法对路内停车与动态交通之间的影响因素进行定量分析。利用MATLAB计算出各耦合指标的合成权重,依据合成权重选择停车频数、停车平均耗时和道路交通量作为研究的耦合指标。构建路内停车与动态交通的耦合关系模型,并提出相应的停车泊位设置方案。通过对子实路路内停车和动态交通流的分析对其耦合关系进行实例验证。研究结果表明:实施停车泊位设置方案,使动态交通流的行驶速度平均增加11.1%,有效地降低了路内停车对动态交通流的负面影响,并提高了道路的运行效率。

不同交通流状态下简支梁桥动力响应研究

为了解交通流状态对桥梁动力响应的影响,根据道路服务水平,选择车头间距与车速作为交通流状态评价指标,选用两轴平面整车车型,基于模态综合法,建立多车车桥耦合振动分析模型,分析不同交通流状态下简支梁桥的动力响应。结果表明,当车辆达到3辆时,桥梁跨中最大竖向位移最大,车辆增加到5辆时,桥梁跨中最大竖向位移趋于稳定;当车辆之间的距离增加时,车辆之间的叠加动力效应减弱,桥梁跨中最大竖向位移逐渐减小并接近单车下的数值;在不同交通流状态中,稳定流对桥梁动力响应的影响最小,限制流对桥梁动力响应影响最大。

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。

新型动态旋流器流体仿真分析

该文构建一种新型复合式动态旋流器,通过电机控制使主轴带动4个动态旋流器单元同时工作,提高装置分离效率。应用Fluent软件,采用多相流中的VOF模型,对油水混合液分离进行数值模拟并对内部流场进行仿真分析。结果表明,当新型动态旋流器的入口流量为1.8 m3/h,滚筒的转速为750 r/min时,对油量占比49%的油-水混合液分离效率达到78%。动态旋流器中的油先由小颗粒逐步聚集成团状后和水形成明显的界限,切向速度对动态旋流器分离性能影响较大,转筒壁面附近的湍流强度较高。

人群-桥梁耦合振动研究及参数分析

根据交通流和生物力学的研究成果,将人体视为具有质量、刚度、阻尼的两自由度系统,建立了人群过桥时人群-桥梁耦合系统的动力学模型,分析了人群对耦合系统动力特性的影响,研究了不同行走模式时人群-桥梁耦合系统的动力响应和人致振动参数敏感性.结果表明:人群使耦合系统产生了附加振型;人群集度和位置对耦合系统的动力特性影响较大;行走人群对桥梁动力响应的影响主要取决于人群行走的频率是否与结构竖向基频相接近,以及人群行走步调是否相接近;人群集度和行走速度对人群-桥梁耦合系统的动力特性均有不同程度的影响.文中模型避免了计算人群与桥梁的耦合振动时参数取值的任意性.

四川绵竹走马岭特大泥石流动力特性的数值分析

针对绵竹市走马岭沟特大泥石流灾害及防治工程,采用基于有限体积法的CFD软件CFX,对泥石流流体采用宾汉体模型,建立三维几何模型,确定泥石流的初始条件和边界条件,建立控制方程,采用合理的控制参数等,模拟计算了走马岭泥石流的速度、压力、泥深等流场数据。然后将数值计算得出的流场数据导入有限元软件ANSYS中进行流固耦合计算,从而得出泥石流的流场对拦砂坝的作用力,以及拦砂坝在泥石流作用下的应力应变、安全系数等情况,为泥石流的相关研究工作提供一些参考。

轴流式叶片的流固耦合振动特性分析

采用流固耦合技术,求解流体与固体的耦合方程,对轴流式叶片进行了振动特性分析,分别计算了叶片在空气中和水中的固有频率;并比较了轴流式叶片在空气中与水中固有频率的变化,分析了叶片在水中的振型。结果表明,叶片在水中的各阶固有频率较其在空气中均有所降低,且其降低程度具有非线性的特点。通过对轴流式叶片在水中八阶模态图的分析,表明了轴流式叶片外部靠近出水边的地方较为敏感。

车载下大跨度桥梁动力可靠度评估

为了评估大跨度桥梁在车流荷载作用下的适用性,基于某高速公路车流监测数据建立随机车流模型,分析在3种随机车流作用下悬索桥位移的动力可靠度.采用车-桥耦合振动分析方法求解桥梁动力响应,以位移首次超越准则估算失效概率,并分析密集车流占有率对桥梁可靠度的影响规律.结果表明:在随机车流作用下,悬索桥主梁动力响应均值的最大值位于跨中位置,响应均方根最大值位于1/4跨径位置;大跨度桥梁运营期位移超限的适用性可靠度与密集车流的占有率相关;随机车流荷载模型包含车流的概率特征,可用于大跨度桥梁动力响应的概率建模,且在桥梁动力可靠度评估中有一定的适用性.

一种随机车流与桥梁耦合振动的分析方法

为提高随机车流作用下桥梁结构动力行为仿真分析的计算效率,提出一种时变维度的随机车流与桥梁耦合振动分析方法.联合模态综合技术和整体分析法建立了车桥耦合振动方程.通过对随机车流过桥过程的动态判别,进行车桥运动方程维度的时变更新,并提出了过程分析数据的动态存贮与提取算法.详细阐述了所提分析方法的总体框架和具体实现步骤.工程实例分析结果表明,在满足相对误差小于3.5%条件下,所提出的分析方法计算用时仅为传统整体分析法的14.8%,与分离迭代方法基本相同.所提出的分析方法具有较高的计算效率和分析精度,可用于相关研究和工程实际中的随机车流与桥梁耦合振动仿真分析.

动态网络流分类研究

动态网络流模型在微观层面上通过对流量的细分,建立了网络上主机之间的数据交互模型。该文通过对大量原始流量分析,发现单一动态网络流与网络应用协议之间不存在一一对应关系,但是它具有反映用户网络行为在数据传输方面特点的能力,这种能力对基于动态网络流模型的用户网络行为分析具有重要意义。针对数据传输中动态网络流主要在数据传输总量、传输速率、传输模式方面存在的不同,提出了完整的动态网络流分类方法。实验结果表明分类法得到的类别能够反映用户网络行为的特点,为后续的相关工作打下了基础。

泥石流作用下拦挡坝的流固耦合分析

为探究泥石流浆体与防治工程之间的耦合作用关系,将大型通用有限元软件集成平台ANSYS Workbench下的计算流体动力学分析软件CFX与结构静力分析模块Static Structural相结合,对泥石流灾害防治工程中广泛应用的重力式拦挡坝进行空库过流条件下的单向流固耦合分析,并且在分析过程中特别引入了水利水电工程拱坝体型设计中的柔度系数.结果表明,流动状态稳定后的泥石流浆体总压力符合液体压强沿深度方向上小下大的层状分布规律;外流场分析得到的泥石流冲击力与规范公式计算值十分接近,二者误差不超过5%;建议以流动状态稳定后的浆体动压力作为泥石流流体作用下的最不利荷载;如果重力式拦挡坝的柔度系数超过15,则在力学上属于平面应变问题.

基于ARIMA模型的短时交通流量预测算法研究

针对造成基于线性最小方差预报原理的Astrom算法在多步预测过程中误差逐步增大的原因,通过增加误差动态修正因子,提出一种改进的短时交通流量预测算法.该算法基于ARIMA模型结构的时间序列分析方法,采用矩估计法进行参数初估计,用最小二乘法进行参数精估计,用BIC准则为模型定阶.对大量实测数据进行仿真实验,对多个统计量进行误差分析.结果表明,改进算法在应用于时变性强的短时交通流量预测时,相对于Astrom算法具有更好的预测性能.

基于流固耦合联合收割机横流风机叶轮的动力特性分析

随着谷物联合收割机清选部件宽度的增加,横流风机以风量大、结构紧凑、出口气流沿轴向分布均匀等优点,在联合收割机上得到了广泛的应用。为此,利用有限元分析平台ANSYS Workbench对某型号联合收割机的横流风机进行流固耦合分析,首先分析风机流场对叶轮的作用力,进而分析不同作用力对叶轮动力特性的影响。结果表明:流场对叶轮的作用力分布十分复杂;与只考虑离心力相比,考虑离心力和重力之后叶轮的最大总变形量增加了8.5%;如果再考虑流场压力作用,叶轮最大总变形量增加了3.5%;预作用力对不同阶数叶轮模态振频的影响也不同,不同预作用力下的叶轮模态振频是基本一致的;风机叶轮的干扰频率16.1Hz远小于其前8阶模态振频;ANSYS Workbench简化流固耦合的分析过程,提高了分析效率。

基于流量耦合分析的先出后入型快速路进出口方案设计

为确定先出后入型快速路进出口设计方案,考虑不同车流密度对通行能力计算模型的影响,计算不同的进出口车流条件下,快速路主路最外侧车道通行能力,通过对其分析比较以获取最佳快速路进出口设计方案,解决了目前的设计方案缺乏与流量耦合分析的问题。计算结果表明:当Q出<509pcu/h且Q入<509pcu/h时,采用出口道无减速车道-入口道无加速车道方案;当509pcu/h≤Q出<589pcu/h且509pcu/h≤Q入<589pcu/h时,采用出口道无减速车道-入口道设加速车道设计方案;当Q出≥589pcu/h且Q入≥589pcu/h时,采用出口道设减速车道-入口道设加速车道方案。

交叉口流线动态控制的优化配时模型研究

针对城市交叉口信号控制仍以单点固定相位方式为主,且配时优化方法不能随交通流线的状态变化而优化的问题,以交通流线相容且绿灯损失最小为原则,根据交叉口进口流线流量动态生成了最优流线组合的相位。在确定周期相位组合的情况下,考虑周期结束流线是否有车滞留,对应分析了流线车辆平均延误。将延误模型组合,建立了适应交叉口流线流量动态变化的优化配时模型,计算了各相位的最优配时,以实现交叉口流线动态优化控制效果。实例计算分析表明:采用流线动态控制配时优化模型延误更小,对改善交叉口运行状况更为有效。

基于复杂网络表征ATF时间序列动力学特性

针对空中交通流仿真、预测与控制工作中普遍需要空中交通流时空动态基本特征的问题,应用复杂网络方法从实测监视数据中挖掘空中交通流的内在特性。探索了运用复杂网络对空中交通流时间序列的非线性特性进行分析,通过网络度分布的分析验证了航路交通流具有混沌和分形特性。此外还发现交通流HVG转换算法网络度分布近似符合指数函数p(k)~exp(-γk)且混沌的强弱程度与参数值γ大小存在正相关关系,验证了交通流VG转换算法网络度分布幂指数λ与Hurst指数的线性关系。基于复杂网络理论的研究工作从全新的视角审视了空中交通流,丰富了刻画时间序列非线性动力特性的手段。

基于交通流时空特性的道路网动态划分方法

提出了基于交通流时空特性的道路网动态划分方法,首先根据道路网的空间特性,建立度量各断面相近程度的广义空间距离模型。引进R-Q型因子分析法,对道路网进行空间层面上的划分;然后根据交通流时间特性,以实时获取交通流状态信息为输入,实现道路网的动态划分。最后采用城市快速路网进行实例分析,划分结果表明,子路网各断面交通流量之间具有很强的相似性。

二次调节流量耦联系统精确线性化控制

针对二次调节流量耦联系统非线性特性,利用坐标非线性变换和状态非线性反馈得到系统精确线性化控制规律。由于系统相对阶严格小于系统维数,所以通过证明系统零动态的稳定性验证了所得精确线性化控制规律的可行性。然后利用Ackermann极点配置算法,设计了系统的精确线性化控制器。通过仿真研究表明,加入精确线性化控制器后,系统快速性提高,并达到无超调。通过与PID控制器比较可知,当系统远离工作零点时,PID控制器有明显无超调,且调整时间加长,而精确线性化控制器与工作点无关。