A Review of the Calculation Methods of Lifting Capacity in Wind Loads on Ocean Platforms

Wind load is a control load that affects the safety of structures in the design of ocean platforms. It has not only direct and powerful effects that may cause structure resonance but also has indirect effects causing waves or currents in the ocean. By analyzing the domestic and international norms, this study presents a review of calculation methods of wind load on ocean platforms, which belongs to large-scale non-entity structure used in the open sea while surrounding wind has no fixed direction. Current computations according to the norms are not accurate, which even not takes the force of the wind against the surface perpendicular to the structure into consideration. Additionally, this study also introduces and compares the lift model of platforms based on different theories, such as vortex-excitation and vibration, engineering structure dynamics, gas flow pressure theory, analyzing their applicability, advantages, and disadvantages. This paper analyzes the limitations and applicable conditions of the existing calculation method itself, such as the lift model is suitable for the existence of stable vortex wake;the calculation method of the structural dynamics of marine engineering must be combined with the wind tunnel test and consider the mistakes caused by the position relationship;the numerical simulation method is accurate but tedious. This study provides an insight into the calculation methods of lift in designing ocean platforms, including the finite element method for simulating fluid force and updating formulas in Chinese norms.

高速动车组车下设备的吊耳动力学分析

为揭示CRH380AL高速动车组车下设备不同位置的吊耳产生裂纹差异很大的原因,开展实车运行工况下的振动和气动载荷测试,建立车下设备-车辆-轮轨-线路多重耦合大系统动力学模型,其中的车体和车下设备利用有限元法建立弹性体模型,轮轨子系统和转向架子系统使用多刚体动力学建模,轨道不平顺谱应用武汉至广州区间的实际测量数据,隧道通过和隧道交会等工况的气动载荷由八节车气动模型数值模拟获得,分析了车体弹性、气动载荷和螺栓刚度等因素对车下设备吊耳支反力的影响.研究表明:车下设备与车辆系统之间存在强烈的耦合行为,车下设备本身质量分布和车体弹性耦合效应导致4号吊耳垂向动态载荷最大,与现场故障裂纹占比最高的情况对应;气动载荷对车下设备8号吊耳动态载荷存在明显影响;低频区域的吊耳动态载荷随螺栓刚度的增大而增大,垂向平均动载荷和最大动载荷分别为其余2个方向的4倍和6倍.基于线路和车辆耦合的动力学分析方法可为车下设备动态力学行为的设计和疲劳性能的优化提供理论支撑.

地铁车辆转向架吊耳的失效分析及寿命预测

针对某型地铁车辆在运行过程中转向架吊耳发生失效断裂问题,通过光学和电子显微镜分析失效吊耳的断口形貌,得出吊耳发生疲劳断裂的结论。为研究吊耳发生共振疲劳的机理和评估方法,在该型地铁车辆运营线路上对尚未发生断裂的吊耳进行了动应力和振动加速度测试。经对吊耳和轴箱的振动加速度进行时域及频域分析,研究其频谱特征,证明轮轨发生波磨的激振频率与吊耳的一阶固有频率相同;结合吊耳的受力情况,对其动应力结果进行分析,用Miner线性累计损伤法评估其寿命,证明吊耳在共振疲劳的条件下寿命严重不足。据此总结出吊耳在受到轴端振动激励条件下的共振疲劳寿命评估方法。接着对结构和材料改进后的新型吊耳采用共振疲劳寿命评估方法进行了寿命预测,对比分析了不同结构和不同材料的新型吊耳在运营条件下的频谱特征和剩余寿命,可为设计人员开发出满足地铁车辆使用寿命要求的新型吊耳提供依据。

路面不平度对低路堤动应力的影响研究

基于正弦函数变化的路面不平度和两自由度的四分之一车辆模型,推导出车辆随机动荷载计算公式,研究路面不平度对车辆荷载作用下低路堤动力响应的影响规律。建立车-路耦合三维动力有限元模型,计算分析6种工况下不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤的动应力,得出低路堤动应力均随路面不平度值的增加而增大,且与车辆附加动荷载系数m近似为线性关系;提出不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤动应力计算模型,并对比有限元模型得到的低路堤动应力与应力计算模型得到的低路堤动应力。

交通荷载作用下软土地基累积塑性变形分析

针对交通荷载作用下软土地基的变形问题,采用累积应变的经验公式计算其累积沉降。首先通过确定车辆荷载引起的动偏应力和土层的力学指标计算出静力破坏偏应力,然后通过考虑土物理力学性质、循环荷载次数的累积变形公式计算软土地基中各土层在车辆荷载作用下引起的残余累积应变,最后用分层总和法计算总沉降。采用该方法对交通荷载作用下上海地区典型软土地基的累积沉降进行了实例分析。

动载诱发冲击地压巷道围岩应力计算与试验分析

基于动载诱发冲击地压是静载和动载共同作用所致,推导了静载和动载共同作用条件下圆形巷道围岩应力的计算公式,并采用对带孔石膏模型试件施加动静复合荷载,模拟了动载诱发冲击地压过程,通过图像采集系统实时拍摄动载诱发冲击地压过程现象,通过数据采集系统实时采集孔口附近应力数据。试验发现,动载诱发冲击地压经历了裂纹产生、裂纹扩展、碎屑剥落和巷道大面积破坏4个阶段。通过试验和计算结果对比发现,孔口附近应力试验实测值与理论计算值一致,表明该计算方法可以用于现场动载诱发冲击地压巷道围岩应力的估算,进而为现场防冲支护设计提供理论依据。

基于热弹耦合的铸造起重机起升过程动态特性研究

随着钢铁冶炼工业的快速发展,铸造起重机逐渐往大型化及高速化方向发展,其桥架结构的动态特性直接关系到整机的可靠性与安全性。以200/63 t铸造起重机为研究对象,建立了铁水包起升动力学模型,分析不同起升工况下该阶段钢丝绳的张力;以铁水为热源及热辐射和热传导为传热方式,分析铁水包起升阶段桥架温度场;采用热弹耦合方法,加载桥架模型的节点温度,并以实际工况下的钢丝绳张力与主小车自重之和为载荷,对桥架进行瞬态动力学分析。结果表明,铁水包的起升位置及起升速度对钢丝绳的动态特性均有较大影响;桥架温度场随着铁水包的提升呈非线性变化,铁水包起升速度越快,桥架温度场的变化越明显;采用热弹耦合分析方法较准确地反应铁水包起升阶段桥架结构的动态应力及振动特性,为铸造起重机桥架的结构可靠性设计提供了理论依据。

河道内构筑物承载的流固耦合研究

利用有限元软件ANSYS中的流体计算模块CFX和Workbench平台对受流体作用的河道内构筑物进行了流固耦合分析,显著减少使用以往理论公式带来的计算误差,精确、有效地对模型进行了仿真。通过CFX计算求得流体作用力,然后利用Workbench将其以插值方式传递到构筑物上进行固体分析计算,最后得到物体在流体作用下的变形和应力分布。分析了高雷诺数下,圆柱自由表面绕流模型作用在柱身上的流体作用大小和分布状态。结果表明:流体压力沿高度方向近似线性增长,沿圆柱截面方向先减小后增大。

轮径差对机车动力学性能及轮轨接触的影响

机车同轴左右车轮存在直径不一致的情况,改变了轮轨的接触状态。针对机车同轴轮径差的问题,建立了机车动力学仿真模型和轮轨接触三维弹塑性有限元模型。通过动力学仿真计算和动载荷作用下弹塑性接触计算,分析同轴轮径差对机车运行性能的影响。结果表明:由于同轴轮径差的存在,轮轨间的动载荷发生变化。当内侧车轮直径小于外侧车轮直径时,在一定程度上有利于机车曲线通过;反之则会降低曲线通过性能。与无轮径差相比,同轴轮径差存在时,车轮与钢轨接触位置发生改变,等效应力增大,导致磨耗增加,降低车轮和钢轨的使用寿命。

地铁车辆架车机加载试验台测控系统设计

阐述了地铁车辆架车机加载试验台的组成、工作原理和关键技术,重点介绍了试验台的测控系统设计及举升单元应力测量的实现方式。

千吨级环氧乙烷反应器吊耳设计

以某项目的环氧乙烷反应器为例,介绍千吨级环氧乙烷反应器吊耳的设计过程,具体给出吊耳型式与安装位置的选择,吊耳的结构,自身强度的计算,吊耳对设备本体产生的局部应力计算,以及吊耳制造过程中的技术要求等。

AP1000CA20模块2#子组件吊耳设计与动荷载计算

本文介绍了AP1000CA20模块2#子组件吊耳的尺寸设计和布置方案，进行了静力验算，建立了吊装动荷载运动方程，求解得到吊装过程最大动荷载。对吊耳进行动荷载核算，结果表明设计强度满足要求。

基于力学-经验模型的交通荷载作用下软基长期沉降计算

为合理表征交通荷载循环作用下各因素对软土累积塑性应变的影响,并对运营期内车辆荷载引起的软土地基沉降进行有效预测,在总结归纳上海地区典型饱和软黏土动三轴试验基础上,充分衡量动、静偏应力耦合效应的影响,给出耦合应力水平的定义,利用耦合指数χ反映动、静偏应力的各自影响程度,以此对循环荷载影响下软土的强度弱化模型进行指数化修正;引入软化指数极限值,提出修正耦合应力水平的概念,建立起综合反映动、静偏应力耦合作用、固结围压、土体结构性、强度弱化及循环加载次数因素影响的软土累积塑性应变模型,并以此模型为基础进行交通荷载诱发的软土地基长期沉降计算,结合申嘉湖(上海—嘉兴—湖州)高速公路沉降实测数据对计算结果进行检验。研究结果表明:通过对强度弱化模型及累积塑性应变模型进行参数分析可知,耦合应力水平对模型的描述在等向、偏压固结状态下具有统一的适用性;申嘉湖高速公路长期沉降计算表明地基浅表层塑性变形最为显著;在运营初期理论计算曲线与实测曲线略有差异,在运营1年后两者差异逐渐减弱,后期保持较强的一致性;随着运营年限逐渐增大,沉降逐渐趋于稳定,预估通车550 d后软土地基累积沉降量达128 mm,与实测数据的相对误差仅为1.68%,说明该模型合理可靠。