盾构隧道下穿高铁路基变形影响规律及加固优化研究

为研究盾构隧道下穿高铁路基施工时对路基的影响规律,探究在隧道开挖过程中运用不同加固措施对既有高铁路基的影响程度。以西安市某地铁工程为依托,利用室内模型试验对比分析盾构隧道下穿高铁CFG桩复合路基过程中,无加固、超前管幕工法加固与地表袖阀管注浆加固3种隧道施工条件下,地表沉降值和沉降槽的空间分布规律;采用数值模拟分析验证超前管幕工法加固工况下盾构隧道下穿时,高铁路基、道床的位移变化规律。室内模型试验结果表明:盾构隧道施工中采用管幕工法加固后复合地基正上方的地表沉降最大值减小28.6%,采用袖阀管注浆加固后减小18.0%,并且采用两种加固措施后的CFG桩最大附加轴力均减小20%以上。因此,在隧道掘进过程中采用一定加固措施,可改善围岩稳定性,其中管幕工法加固效果更为显著。数值模拟分析表明:采取管幕工法加固施工与不采取加固措施相比,路基最大沉降量减少33.78%,道床最大沉降量减少45.08%。因此,管幕工法加固能够有效减小对既有高铁路基的影响。

自由面碎冰浮冰环境高速入水动力学特性

为了研究碎冰环境下航行体高速入水过程中的空泡流场演化、航行体动力学响应以及碎冰载荷特性等规律,基于任意拉格朗日-欧拉方法建立了碎冰环境下的航行体高速入水流固耦合计算模型,并与高速入水试验、冰材料三点弯矩试验对比验证了方法的有效性和冰材料模型的可靠性。利用构建完成的高速入水流固耦合计算模型重点研究了碎冰以及碎冰间隙对航行体入水过程流场、动力学参数以及载荷的影响。研究结果表明:碎冰的存在对航行体入水后的水面抬升以及产生的飞溅演化存在抑制作用;碎冰环境下航行体的入水冲击载荷显著增加,其过程相较于无冰环境具有更大的动能损耗,但其砰击载荷持续时间与无冰环境入水过程一致;入水形成的飞溅冠连续性随着碎冰间隙的增加而增加,一定碎冰间隙范围内,航行体瞬时砰击载荷与间隙大小呈负相关关系,间隙足够大时,砰击载荷变化相对较小。

高密度电法探测层状地质体正反演数值模拟

为了确定滑坡等层状地质体在测深工作中的电性特征和展布规律,采用高密度电法温纳装置进行数值模拟,通过分别建立5 m厚的高阻、低阻两种层状地质体在10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、35 m不同埋深下的数值模型,经过正、反演计算后与数值模型进行对比,分析反演后高阻模型探测深度为AB/7,低阻模型探测深度为AB/8;随着异常地质体埋深逐渐增大,异常影响范围会逐渐变宽,高阻地层反演后的极大值较模型逐渐减小,低阻地层反演后的极小值较模型逐渐增大。通过低电阻背景下的工程实例,确定探测深度为AB/6,并有效确定了滑坡体的滑动面位置,经钻探验证后结果可靠,滑坡体的平均厚度为7.4 m左右。研究结果表明,温纳装置的有效探测深度在AB/8~AB/6左右,布设电极距时不宜大于异常地层的厚度,剖面线长度应尽量足够的长,以保证足够的探测深度,会使勘探结果更满足实际情况。

无反馈通道自激扫掠喷嘴工作特性

无反馈通道自激扫掠喷嘴仅在压力驱动下,通过两股射流在耦合腔内部的相互作用,就能在出口实现液柱喷射方向的自激发高频变化。为了探索此新型喷嘴在航空发动机内燃油喷射的应用潜力,本研究综合采用高速阴影成像法和二维数值模拟方法,研究了不同工作介质、不同缩比尺寸下,无反馈通道自激扫掠喷嘴的特征流速、工作频率、扫掠张角等参数随工作压降的响应变化情况。结果表明,无反馈通道自激扫掠喷嘴在较宽的工作压力范围(0.1~6 MPa)和特征尺寸范围(0.2~7 mm)内均能够实现稳定的自激发扫掠振荡喷射,产生30°以上的扫掠张角和5 kHz以上的振荡频率。无反馈通道自激扫掠喷嘴的扫掠张角基本不随压力和等比缩放特征尺寸而变化,但是其工作频率与其喉道处的特征流速成正比,与喉道宽度成反比,且其频率响应存在双模态现象。

高速水下无人航行器仿生外形设计与阻力数值预报研究

为了研究水下无人航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)的外形因素对阻力性能的影响,利用计算流体力学方法对不同航行器外形展开阻力预报及分析。对于水下高速UUV而言,优异的阻力性能对UUV的航速和续航能力的提升都是至关重要的。针对某高速UUV的减阻需求,首先结合SUBOFF标准模型进行了阻力特性数值预报,与试验数据对比验证了预报方法的适用性;在此基础上,模仿鲨鱼和海豚的外形特征设计了2种UUV水动力外形构型,针对2种外形构型分别预报了带有不同附体构型的阻力特性,得到了一种相比SUBOFF艇形具有明显减阻效果的UUV水动力外形。研究对低阻型高速UUV的外形设计具有一定的参考价值。

高速铁路沿线陡深萤石矿采空区变形分析

陡深萤石矿开采期间,地下水迁移和水头重分布会对采空区变形特征、受力机理和邻近高铁地表沉降产生影响。依托某萤石矿开采项目,在查明采空区工程地质条件和开采现状后,利用数值模拟的方法探讨地下水作用下陡深采空区的变形规律,以及不同情况下萤石开采对高铁工程的影响。研究结果表明,(1)抽水将改变地下水流场,增大地面沉降,考虑地下水作用时,铁路线位所在位置地面沉降为5.74 mm,对高铁工程影响较小。(2)不考虑地下水作用时,移动角为35°,考虑地下水作用时,移动角为28°,均小于移动盆地法计算的移动角;(3)采空区开采形成的空腔给孔隙水提供了导水通道,采空区周围孔隙水压力更易消散。(4)陡倾萤石矿开采时,矿区中部易发生拉伸破坏。应重点监测第二开采中段顶部沉降,并加强该处支护,防止出现冒顶等现象。

跨高速铁路运营线钢箱梁拖拉快速施工方案与控制

为研究桥梁跨越繁忙高速铁路运营线的施工方案与施工控制,以常益长高速铁路(常德—益阳—长沙)跨既有石长铁路(石门—长沙)拱形塔斜拉桥的钢箱主梁施工为依托,开展施工方案分析,通过有限元分析研究施工临时塔索方案及施工全过程主梁受力与变形,并结合现场实测对施工进行控制。结果表明:基于滚轮式重物移送器两侧相对拖拉法施工及无合龙段的合龙施工方案能够满足一个天窗期内快速施工要求。临时塔索方案合龙面高差为0.2 mm,转角差基本为0,扣塔受力与稳定性良好,拖拉至就位全过程中主梁应力均在合理范围内,满足合龙要求。各关键工况下线形及应力监控理论值与实测值吻合良好,线形误差在2 mm以内,控制截面主梁上下缘应力最大误差均在10%以内,应力远小于容许应力200 MPa,施工过程控制精度高。

低比转速开式叶轮高速离心泵的优化设计系统

提出基于Navier-Stokes方程和Spalart-allmaras湍流模型流动分析的低比转速开式叶轮高速离心泵优化设计系统,该系统由四个部分组成:基本参数的优化设计、性能预测、流动分析和信息反馈。根据提出的方法,对一台开式叶轮高速离心泵进行实例设计和实验研究,取得了较好的性指指标:泵的扬程流量H-qv特性线几乎是一条直线,扬程系数达到了0．7以上;汽蚀性能也满足要求;叶轮内部压力和速度分布合理,表明采用加大流量设计方法能设计出性能优异的低比转速开式叶轮高速离心泵,此设计方法是合理可行的,对开式叶轮高速离心泵的设计具有指导意义。

高速碰撞的三维欧拉数值模拟方法

介绍一种可用于高速碰撞问题数值模拟的三维弹塑性流体动力学数值计算方法，以及应用该方法研制的应用软件ＭＥＰＨ３Ｄ，并给出了一些高速碰撞问题的数值计算结果，计算结果表明该程序具有计算三维高速碰撞问题的能力。

高速列车突入隧道时的三维非定常流的数值模拟

给出高速列车突入隧道形成压力波的三维粘性流场数值模拟过程,控制方程三维粘性、可压缩、不等熵、非定常流的Navier Stokes方程。空间离散采用中心有限体积法格式,时间采用预处理二阶精度多步后差分格式进行离散,对列车与隧道之间的相对运动采用滑动网格技术。真实地描述列车进入隧道所形成压缩波的过程。计算结果与国内外的试验结果相符。计算结果表明:隧道内的压缩波呈现三维特性;同一断面上的压力变化的差异性与列车的运行方式有关。

高速滑行艇在规则波中的纵向运动数值研究

为准确评估滑行艇在波浪中的运动特性、寻找运动规律,应用基于VOF RANS求解器的CFD方法对高速滑行艇在规则波浪中的迎浪运动进行数值计算。在纵摇和升沉两自由度模型下对滑行艇进行数值模拟,得到了滑行艇在迎浪运动中的无跳跃、规则跳跃和不规则跳跃3种运动形式。对3种运动形式发生的条件,即波长、波高和航速进行了研究,得到运动发生的条件区间,并分析了跳跃的发生对纵向运动幅度规律的影响。计算结果表明,规则跳跃和不规则跳跃的发生均会改变无量纲化纵向运动幅值随波高的变化规律。其中,不规则跳跃对滑行艇运动幅值的影响较规则运动更为强烈。

高比转数离心式潜水排污泵设计与试验

针对350QW 1500-16-90型排污泵,运用CFD软件ANSYS CFX对采用不等扬程水力设计方法 2种方案和传统等扬程水力设计方法 1种方案在不同工况下泵内部流动进行模拟分析,做出性能预测,并选取最优方案进行试验。研究结果表明:采用不等扬程水力设计方法可以减小叶轮工作面低压区和回流,从而使泵有均匀的叶片出口静压及流速分布;利用CFD技术所获得的扬程、效率的预测曲线和试验所得到的性能曲线变化规律一致,无马鞍区,无过载现象发生,满足设计要求,表明数值模拟较准确,对高比转数排污泵设计有一定指导意义;随着流量的增加,扬程曲线斜率绝对值增加,泵的最高效率点出现在1 699.93 m3/h时,最高效率为80.256%,最高效率点向大流量偏移,大流量区域效率曲线平缓,0.9Q^1.3Q为高效率区,符合排污泵在大流量工况下运行的工作特性。

高速切削热及温度预测研究进展

切削热和温度问题是研究高速切削加工的一个重要参数指标,对刀具磨损、刀具寿命、表面质量、加工效率和零件精度等都具有很大影响。目前,高速切削热和温度问题主要通过试验法、解析法及数值分析法来进行分析。这些方法各有优缺点,给定状况下切削热问题的最佳分析方法的选择主要取决于方法的可操作性、过程的力学特性、分析的准确性及设施的经济性等因素。从正反两方面简要介绍了上述三种方法的各自特点及其研究进展,并对高速切削过程热及温度预测方法的发展方向进行了初步探讨。

高速列车紊态外流场的数值模拟研究

高速列车是近地运行的细长、庞大物体，它的空气绕流问题有其特殊性。本文以不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程和k- 两方程紊流模型为基础，采用有限元方法求解了高速列车三维紊态外流场。针对有限元法应用于流场计算时常出现的问题，采用分离式解法，非对称矩阵一维变带宽压缩存储及带宽极小化等方法，最大限度地降低计算存储量；并采用罚函数法，集中质量矩阵，缩减积分法，带参数迭代法以及引入松驰因子等技术，提出了套用有限元法计算非线性问题的求解方法，提高了收敛速度的计算精度。计算方法和计算果对列车空气动力学的深入研究有一定的帮助。

高速动力车构架侧梁焊接结构优化研究

控制高速动力车转向架构架侧梁的焊接变形是控制构架生产质量的关键,而侧梁的结构对其焊接变形产生重要影响,为此,采用焊接数值模拟与目标函数相结合的方法对侧梁结构进行优化设计,得到既能保证侧梁整体刚度又可以控制焊接变形的结构方案,为高速动力车转向架构架的结构优化设计提供了数值依据.同时,也使数值模拟和目标函数相结合的结构优化方法在大型焊接结构件的焊接变形控制上获得了成功应用.

高速列车单列通过时双线隧道内列车风分布规律研究

为得到高速列车单列通过双线隧道引起的列车风分布规律,采用三维、可压缩、非定常的Navier-Stokes方法对隧道内的流场进行数值模拟研究。研究结果表明,隧道内列车风主要由纵向分量构成,横向分量和垂向分量对列车风的影响较小,在靠近列车运行一侧,列车风峰值出现在列车尾部经过时,而远离列车运行一侧,列车风峰值出现在列车未到达时;同一截面位置处列车风在车尾经过前,表现出较强的一维效应,在车尾经过后表现出明显的三维效应;在远离列车运行一侧,当距离隧道中线超过4 m后,列车风峰值的横向分布基本保持不变。在隧道中线位置,从垂向高度1 m到垂向高度2 m纵向列车风速度峰值迅速下降,垂向高度大于2 m后列车风速度峰值差别较小;隧道内不同位置处的动压值基本稳定在1 000~1 300 Pa。

金属圆柱棒的高速剪切断裂数值模拟及实验研究

介绍利用弹塑性有限元模拟金属圆柱棒的剪切断裂过程,分析高速径向夹紧剪切时材料断裂过程、材料破坏准则的选取等关键技术。应用单元消除法分析剪切裂纹的扩展,得到剪切各个阶段的金属流动、应力、应变的分布情况,并在棒料高速剪切机上进行实验研究,实验结果与模拟结果一致,从而验证采用径向夹紧的高速剪切工艺可以极大地提高剪切下料的生产效率和剪切断面质量。

库岸滑坡涌浪二维光滑粒子动力学数值模拟

库岸高速滑坡产生的巨大涌浪常常导致严重灾难。建立了高速滑坡块体运动全程预测模型,对滑坡冲击产生的水体运动,则根据可压缩流连续方程和Navier—Stokes方程由SPH法(光滑粒子动力学法)求解。对SPH法的基本原理、核函数及控制方程离散格式、边界处理方法等进行了介绍。在此基础上结合滑坡体及水体的运动变形,建立了涌浪SPH立面二维数值模型,将所得初始涌浪高度、波浪爬坡高度与其他理论方法得到的结果进行了比较。结果表明该方法能够模拟滑坡涌浪运动过程,SPH法适于模拟具有瞬时大变形等物理力学问题。

高速冲头有界入水初始阶段的数值模拟

冲头以高速撞入比它最大外径稍微大一点的盛水容器，在特殊工程中由撞水阻力起到制动作用。本文采用实用的方法处理自由面条件及狭缝两侧的物面条件计算了高速冲头有界入水初始阶段的运动过程。分别对不同质量、不同初始速度、以及不同外形的冲头入水过程进行了计算，得到了冲头阻力系数、以及速度和加速度的变化规律，分析了各因素对高速冲头有界入水效果的影响。

基于Phase2的不同配比充填体厚度的数值模拟研究

在充填体作用机理,稳定性分析与监测,爆破地震效应,静动态特性及损伤理论等方面的研究基础上,依托安庆铜矿高阶段大直径深孔采矿法第一步骤采场的充填现状,采用Phase2软件建立了多种数值分析模型对不同灰砂比充填体厚度的充填效果进行数值模拟研究,并进行了多方案技术经济对比分析。研究结果表明:灰砂比为1∶4,1∶8,1∶10对应充填体厚度分别为10,24,22 m时,为最优方案。该充填体厚度可为矿山采场充填配比设计、充填管理及充填质量提供技术参考。