考虑端部形状影响的矩形桥墩局部冲刷试验研究

文章以宽度相同、长度不同的矩形桥墩为研究对象,考虑矩形、圆端形、三角尖形3种典型端部形状,在铺设10 cm等厚定级配沙的矩形长直水槽内进行不同流速下桥墩局部冲刷室内试验,量测不同时刻桥墩周边测点流场、墩周冲刷坑深度等参数,结合基本理论对桥梁基础局部冲刷进行研究。结果表明:圆端形和三角尖形端部桥墩墩前下降水流和墩周马蹄形涡流强度较矩形端部小;在相同条件下,圆端形端部桥墩最大冲刷坑深度相对于矩形端部桥墩减小34.9%,而三角尖形端部桥墩最大冲刷坑深度相对于矩形端部桥墩减小66.7%;在保证矩形桥墩长宽比L/B≥2的前提下,当弗劳德数Fr≤0.111时L/B越小,墩周冲刷破坏程度越小,而当0.148≤Fr≤0.185时则相反。根据河道不同流速合理选择墩型,能够更好地预防冲刷破坏。试验结果可为桥墩局部冲刷设计提供参考。

船舶结构钢海洋环境点蚀模型研究之一:最大点蚀深度时变模型

腐蚀是导致老龄船舶结构失效的主要原因之一。结合基本点蚀原理,本文对碳钢、低合金钢海水全浸带点蚀的主要影响因素、具体点蚀进程做了简要解释与评述。针对我国船舶结构常用碳钢、低合金钢的实海腐蚀试验观测数据建立了新型Weibull函数形式的点蚀最大深度模型。通过对比验证,证明采用Weibull函数表示点蚀最大深度随时间变化关系是合适的。

碳钢、低合金钢全浸没海洋环境下最大点蚀深度简化模型(英文)

腐蚀是导致老龄船舶结构失效的主要原因之一。结合基本点蚀原理,文章对碳钢、低合金钢海水全浸没点蚀的主要影响因素、具体点蚀进程做了简要解释与评述。基于Melchers点蚀深度模型及其相关实验数据,文中提出一种简化形式的新型点蚀最大深度模型,并采用该模型对三组我国船舶结构常用碳钢、低合金钢的青岛海域全浸没点蚀试验观测数据进行分析。通过对比验证,证明采用Weibull函数表示点蚀最大深度随时间变化关系是合适的。此外,依据青岛、厦门、榆林海域碳钢试验数据,文中还对海水环境因素,如:溶解氧浓度、平均温度、盐度、PH值等,以及钢材成分变化对新型最大点蚀深度模型各参数的影响进行了初步探讨,得出了相应的函数关系式及相关结论。

服役条件下飞机结构腐蚀损伤概率模型研究

从现役飞机结构腐蚀损伤外场调研数据入手 ,对飞机结构主要材料 LY1 2 CZ的腐蚀特征量进行了统计分析。结果表明 ,给定时间下腐蚀损伤深度服从 Weibull分布 ;给定可靠度下 ,腐蚀深度 (d)随时间的变化符合 Sigmoid曲线规律 ;在较为恶劣环境下某型机内部件防腐涂层的有效期约为 2 .

极值理论应用于埋地管道土壤腐蚀坑深研究

选取胜利油田长输管道沿线典型土壤腐蚀区域为试验点,进行16Mn埋片试验,分别于不同时间后取回试样。通过失重法计算其平均腐蚀速率、平均腐蚀深度及用极值法预测最大腐蚀坑深。腐蚀数据对比结果表明,采用试样的平均腐蚀深度或平均腐蚀速率评价埋地管道局部腐蚀危害是不科学的,应利用统计的方法计算出最深腐蚀坑的深度,以此作为评价的基础。试验结果表明,2号站和101站地区的腐蚀危害较大,尤其是101站腐蚀上升趋势明显,而1号站腐蚀危害相对较轻。实例验证了极值统计方法能较好的应用于测试管道腐蚀,相关程度极高。

Frechet分布的海底油气管道腐蚀预测

应用Frechet极值分布建立管道最大腐蚀深度预测模型,然后用马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)方法估计预测模型的参数值,通过模型预测出可能的最大腐蚀深度,并结合钢质管道管体腐蚀损伤评价方法和马尔科夫链模型对管壁腐蚀的最大概率状态进行分析和预测,实现对海底油气管道腐蚀现状和运行情况的科学评价和预测。结果表明:管道腐蚀进入状态3以后,腐蚀速率加快,在管道运行到第10年时,就需要更换新管。该组合模型能够很好地预测油气管道的最大腐蚀深度和腐蚀状况,从而为合理确定管道的检测、维护、维修和更换周期提供科学的依据。

基坑围护结构最大侧移深度对周边环境的影响

围护结构最大侧移所在深度是衡量基坑变形的重要指标之一,而目前鲜有关于其对周边环境变形影响的研究。基于工程实测数据分析和有限元数值模拟,系统地研究了基坑围护结构最大侧移深度对邻近桩基础建筑物不均匀沉降和坑外深层土体位移场的影响。经研究发现:围护结构最大侧移的下移会导致坑外土体位移场扩大,进而降低相应区域的桩基础承载力,导致邻近桩基础建筑物发生显著的不均匀沉降。不同深度的土体经历复杂的竖向位移,且位移形态与围护结构最大侧移深度密切相关。随围护结构最大侧移深度的逐渐下移,坑外土体位移场向深层土体发展,且主要影响范围相应地扩大。在实际工程中,根据基坑周边环境合理地控制围护结构最大侧移所在深度,可有效降低基坑开挖对周边环境的不利影响。

泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟

对巨亭水电站泄水建筑物下游局部冲刷过程进行了二维数值模拟。采用RNG k-ε湍流模型封闭N-S方程、有限体积法在计算网格上离散求解、VOF方法追踪自由水面;采用C语言编写用户自定义函数,以泥沙起动切应力作为床面泥沙起动判别标准,通过分析比较水流剪切力与泥沙起动切应力大小,用以控制冲刷坑底部边界变化;采用局部重构模型和弹簧光顺模型更新计算区域和网格质量,藉以模拟和追踪局部冲刷坑边界变化。研究表明,模拟结果与实测资料符合良好。在冲刷坑的冲刷过程中,床面剪切应力随着冲刷的进程急剧减小,湍动能随着冲刷的进程减小缓慢;床面剪切应力和湍动能沿程变化均较为剧烈,床面剪切应力沿程先增大后减小,床面湍动能则沿程减小。冲刷坑的纵向平衡形态或床面泥沙起动主要决定于床面剪切应力,床面湍动能对泥沙起动也具有重要影响。

110SS碳钢油管和140ksi碳钢套管在钻井液中的腐蚀及电偶腐蚀行为

通过挂片失重腐蚀试验,研究了110SS碳钢油管及140ksi碳钢套管在聚磺钻井液中的腐蚀行为以及模拟井下油管、套管互相接触时的电偶腐蚀行为。结果表明:在120℃、密度为2.35g/cm^(3)的聚磺钻井液中,单独的110SS碳钢油管及140ksi碳钢套管的腐蚀速率极其轻微,分别为0.0078、0.0064 mm/a,最大点蚀深度分别为11.9、4.0μm。二者耦合腐蚀10、30 d后,腐蚀速率分别为0.0054~0.0049 mm/a、0.0033~0.0032 mm/a,均属于轻微腐蚀且腐蚀速率均随试验时间延长而减小,其次,二者的腐蚀速率差值逐渐减小;点蚀速率分别为0.1095~0.2482 mm/a、0.3906~0.0462mm/a,110SS碳钢的点蚀速率增大,140ksi碳钢点蚀速率减小。腐蚀产物中主要含有Fe_(x-1)S_(x)及SiO_(2)附着物,这表明110SS碳钢油管和140ksi碳钢套管之间的电偶腐蚀效应极小,且未以均匀腐蚀而以点蚀的方式体现。

Gumbel分布的油气管道的剩余寿命预测

为解决在役油气管道腐蚀严重、易发生泄漏事故等问题,研究管道腐蚀增长状况并预测管道剩余寿命。首先基于Gumbel分布,处理从某油气管道检测资料中随机抽取的最大腐蚀深度数据,建立管道最大腐蚀深度预测模型。然后用马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)方法估计预测模型的参数的值,通过模型预测出可能的最大腐蚀深度。再基于所得腐蚀深度、临界腐蚀深度及管道使用年限等数据,建立三者之间的关系指数模型,以此来预测油气管道的剩余寿命。最后以国内某一管道为例,验证MCMC方法预测管道剩余寿命的有效性。研究结果表明:利用Gumbel分布预测出的管道最大腐蚀深度指标更加精确,偶然性小,且得出的管道剩余寿命更加合理。

桥梁缆索高强钢丝均匀腐蚀及点蚀的规律

为了研究桥梁缆索高强钢丝均匀腐蚀及点蚀的规律,采用酸性盐雾试验制作了6种共30根不同腐蚀程度的钢丝试件,通过质量分析、三维扫描等手段,研究了腐蚀高强钢丝均匀腐蚀深度、点蚀深度的演变规律.试验结果表明:均匀腐蚀深度随腐蚀时长的变化遵循幂函数规律,均匀腐蚀深度的变异系数随腐蚀时长减小;钢丝的点蚀深度服从正态分布,最大点蚀深度服从极值I型分布.最后,建立了均匀腐蚀深度与最大点蚀深度的预测模型,并运用于具体实桥分析预测中.

随机点蚀对Q550E钢试件抗拉力学性能的影响

为了研究点蚀对高性能钢力学性能退化的影响,基于3D扫描对锈蚀Q550E钢试件的表面形貌指标进行数据采集,获取了试件蚀坑深度数据和概率密度函数,以及锈坑平均深度、深度标准差与质量锈蚀率之间的关系。在此基础上,考虑试件均匀锈蚀,提出了基于实测点蚀统计数据建立随机点蚀模型的方法,模拟得到了Q550E钢随机点蚀试件荷载-位移曲线。利用现有试验结果验证了有限元模型的计算精度,分析了点蚀位置和深度对极限强度和最大变形的影响,讨论了极限载荷与最大横截面损失率之间的关系。结果表明:锈蚀高性能钢试件蚀坑深度值服从对数正态分布,随着锈蚀率的增加,锈坑深度方差和均值会逐渐增大,且两者与锈蚀率分别呈现出线性和幂函数关系;同一点蚀强度下,试件蚀坑平均深度和方差分别增加20%,试件极限强度和极限荷载平均值分别减少5%和2%,试件极限强度变异性随着蚀坑平均深度增加而增大,而不会随着其深度方差的变化产生明显改变;在蚀坑大小相同的情况下,蚀坑位置对试件最大变形影响强于对极限强度的影响;极限荷载随着最大横截面损失率的增加呈线性递减;同一点蚀强度下,试件极限强度和变形会随着试件长宽比的增加而减小,试件厚度会对变形有一定影响。

乌牛新闸下游冲刷模型试验及经验公式适用性

针对乌牛新闸闸下冲刷问题,建立水闸物理模型并观测闸下冲刷坑的形成及发展过程,研究冲刷坑位置及深度随时间的变化规律,并将试验成果与两种常用的冲刷公式计算结果进行对比分析,探索了冲刷公式在平原地区淤泥土质中的适用性。结果表明:当下游潮位较低时,过闸水流在防冲槽末端形成跌流,水流翻滚剧烈,对下游河道冲刷明显;随着汇合口河道地形的长期冲刷,汇合口附近的水跃逐渐消失;随着时间加长,冲刷坑位置整体有所下移,冲刷深度从快速增大逐渐趋于稳定;在平原地区淤泥土质中,毛昶熙公式计算的闸下最大冲刷深度与试验成果较为一致,具有较好的适用性。

深基坑桩锚支护下桩后土体深部水平位移的研究分析

基坑工程中,桩后土体的变形是对支护结构产生作用力的原因,对桩后土体的实时监测,能够准确把握土体的变形规律,确保施工安全。依据某桩锚联合支护式深基坑桩后土体深部水平位移的实测资料,进行研究分析,得到土体深部水平位移分布图。研究表明:基坑开挖过程中,土体深部水平位移不断增加,沿深度方向呈现"中间大,上下小"的分布规律,最大值在测斜深度的上1/3处;开挖深度对土体深部水平位移最大值位置点影响显著;最大值位置处的位移呈现"阶梯状"增长规律。研究分析结果为支护桩受力及变形、桩后土压力的分析提供依据,对进一步施工提供指导。

盐雾环境下高强度铝合金的点蚀行为

采用断面金相法和局部交流阻抗技术对高强度航空铝合金7B04在连续盐雾腐蚀试验下的点蚀行为进行分析。试验结果表明,合金表面点蚀呈现腐蚀速度快速憎加,到腐蚀中期减缓,后期又急剧增加的趋势;但最大点蚀深度始终呈线性增长,点蚀坑的形成机理主要有:阴极相粒子周围基体的溶解、铝本身的去合金化及腐蚀残留物Cu粒子的二次点蚀,其中AlCu和AlCuMg第二相粒子阴极相是其点蚀形成的诱因。局部交流阻抗技术可以提供微小区域阻抗变化的有效信息,适合用于研究点蚀发展的溶解动力学。

混凝土中钢筋锈蚀深度比值的概率分布模型研究

探究混凝土中钢筋表面坑蚀的分布规律,是进行锈损钢筋混凝土构件可靠性评价的必要前提。通过对掺盐钢筋混凝土试件长达2年的室外干湿循环试验,得到89根不同锈蚀程度的钢筋;对锈蚀钢筋逐根清洗、量取质量、量测及计算分析后,获得了89组钢筋最大坑蚀与平均锈蚀深度的比值,并以此作为钢筋表面锈蚀特征的分析指标,利用数理统计相关知识对该指标的概率分布进行深入分析。结果表明:氯盐环境下混凝土中钢筋最大坑蚀与平均锈蚀深度的比值服从对数正态分布。

基于Gumbel极值I型分布埋地油气管道的剩余寿命预测

基于Gumbel极值I型分布,对在线检测原始数据进行处理,建立油气管道最大腐蚀深度预测模型,确定整条油气腐蚀管道可能存在的最大腐蚀深度;以此建立管道剩余壁厚模型,来预测油气管道的剩余寿命;最后以国内的某一管道为例,将该模型应用于整条管道的剩余寿命预测中,预测结果为19.95 a,表明该方法预测的结果是合理的。