冰脊压剪试验及其对直立结构冰载荷的离散元分析

为更准确地分析冰脊与海洋结构的相互作用,本文提出一种基于粘结球体单元的冰脊离散元方法,其中龙骨与脊帆由不同尺寸的单元随机排列而成,整体呈各向同性。采用该方法模拟了一系列龙骨压剪试验,结果表明此方法能较好地表现龙骨的力学特性,且弹性模量、粘聚强度、内摩擦角等计算参数不仅影响龙骨的压剪强度,还影响其破坏模式。最后计算了冰脊与圆形直立结构的相互作用过程,其结果与ISO 19906规范结果相近,证明了该方法的可靠性。

岛礁地形畸形波演化过程的试验及小波谱分析

为研究某岛礁周边波浪演化过程及其特征,本文选取西太平洋的一个典型岛焦地形为研究对象,在试验水池中建立了礁地形三维模型(1∶100)。造波机输入谱为Goda改进的JONSWANP谱,谱峰升高因子γ取2.0,对不同有效波高和有效周期的定向随机波工况进行了试验。在岛礁周围布置多个浪高仪测定波浪的时间序列,并基于小波变换分析波面序列的小波谱特征。通过分析试验中的波浪演化过程,发现多个工况在地形突变处存在畸形波。通过分析小波能谱发现在畸形波近后方出现波群时,该波群会获得畸形波的能量,导致该波群的波能增大,并生成二次畸形波。试验发现地形突变会增大畸形波发生的概率。畸形波的形成与波浪的群性有关,且单次畸形波与二次畸形波演变特点存在差异。

近45年太平洋海浪特征分析

利用来自欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)将风浪、涌浪分离的具有较高时空分辨率的45年ERA-40海浪资料,对太平洋的海表风场、风浪、涌浪、混合浪的特征进行分析。研究发现太平洋大部分海域的涌浪波高、混合浪波高呈显著的逐年线性递增趋势,趋势分别为0.3—0.6cm.a 1、0.3—1.2cm.a 1;太平洋的涌浪在混合浪中四季皆起主导作用,涌浪指标的低值区主要集中在南北半球的西风带,太平洋赤道附近海域存在明显的涌浪池;北太平洋的风场与风浪场的相关系数好于南太平洋,风场与涌浪场的相关系数则是南太平洋好于北太平洋;研究还发现太平洋的浪场与Nino3指数有着密切的关系。

搅拌摩擦焊接残余应力及残余变形数值分析

建立了搅拌摩擦焊接顺序热力耦合有限元模型,用移动热源模拟搅拌头的作用,对搅拌摩擦焊接进行数值模拟.瞬态温度场及残余应力场与试验结果吻合良好,从而验证了该模型的正确性.本文研究了焊接过程中应力变化过程,指出应力场的不均匀分布引起板的弯曲变形.建立了不同尺寸有限元模型,研究板的尺寸对残余变形的影响.板的宽度对纵向残余变形曲率影响较大,长度对变形曲率影响较小。当焊接长度足够长,模型宽度相同时,不同模型远离端部区域纵向弯曲曲率相同.板的横向残余变形主要由焊缝区域变形引起,远离焊缝区域几乎没有弯曲变形发生,且板的尺寸对变形曲率影响很小.

孟加拉湾一次热带气旋过程的海浪场模拟分析

基于第3代海浪模式WW3（WAVEWATCH—Ⅲ），以具有高精度和较高分辨率的CCMP（Cross—Calibrated，Multi—Platform）风场为驱动场，对2011年12月发生在孟加拉湾的热带气旋“Thane”所致的大浪进行数值模拟。结果表明：（1）以CCMP风场驱动WW3海浪模式，可以较好地模拟热带气旋“Thane”在孟加拉湾造成的大浪，模拟的海浪数据具有较高精度。当有效波高（SWH）在2m以内和大于5m时，模拟值略小于观测值；当SWH在2～5m之间时，模拟值略大于观测值。（2）热带气旋“Thane”所形成的大风和大浪的分布特征具有一定差异：大风区在气旋四周分布较为均匀；在大洋中部时，大浪区主要分布于右半圆，在近海时，大浪区主要分布于气旋行进方向的前方。（3）热带气旋“Thane”的风向和波向整体上保持了较好的一致性，仅在第2象限有一定的差异，该区域的风向主要为西北向，而波向则主要为偏北向。

颗粒材料剪胀性的微观力学分析

剪胀性是颗粒材料在加载过程中表现出来的重要变形特性。以孔隙胞元描述颗粒材料内部结构的最小单元,通过对单个孔隙胞元进行剪切受力分析,探讨了剪切过程中颗粒材料体积的改变对应力比和单个孔隙胞元形状的依赖关系,解释了排列密实的颗粒材料在剪切过程中先压缩后剪胀的微观机制。用离散元数值模拟得到了在双轴剪切过程中单个孔隙胞元形状以及孔隙胞元体积变形的演化过程。离散元数值结果表明,加载过程中孔隙胞元形状由初始各向同性到沿大主应力方向变大变长、体积变形先压缩后膨胀,并且体积变形在加载过程中存在局部化现象,体积变化大的孔隙胞元在较大变形时,排列成倾斜的窄带。综合孔隙胞元的受力分析和离散元数值结果表明,致密排列颗粒材料的剪胀性与微观尺度上孔隙胞元的几何结构及其内部的力链传递方式密切相关。

台风'莎莉嘉'过境期间某泻湖内波浪特征分析

通过在某岛礁泻湖内布置ADCP波流测量仪器,采集到2016年21号台风'莎莉嘉'期间的波浪数据.结合布置在泻湖口处风速仪的风实测数据,本文对该时间段内的波浪特征进行分析.由波浪统计数据分析发现有义波高随时间的变化趋势与风速的变化趋势高度重合;谱峰周期的变化则要晚于风速的变化;谱峰方向在台风起主导作用期间与风向高度一致.通过分析多个无因次参数以及对风浪和涌浪进行分离发现测点与台风中心距离开始变大的这个时间点有着重要的意义.在该时间点,波长开始变长,波浪由无限水深波浪转变为有限水深波浪.一些波浪特征值,比如谱峰周期、a/L,也发生比较大的变化.此后在七级风半径不再覆盖测点时,该处波浪由风浪转变为涌浪.对波浪谱进行分析发现,在台风主导期间,其谱为单峰谱,其余时间则为双峰谱.

斜面结构冰荷载的动荷效应

利用改进的刚性梁模型研究了斜面结构冰荷载的动荷效应,推导了冰力的动荷系数.算例得到了与模型试验值和数值解相近的结果.依据分析对试验观察到的规律给出了理论上的证明和定性的解释.给出了准静态冰力条件的判别式.

含分层损伤复合材料层合板频率响应函数分析(英文)

振动分析中含分层损伤复合材料层合板的动力特性是非常重要的 ,本文主要研究含分层损伤层合板的频率响应函数(FRFs)。首先 ,建立分层模型和基于FOSD理论的有限元层合板单元 ,为保证分析模型中避免出现上子板与下子板间的脱离或嵌入 ,引入了16节点虚拟界面罚单元 ;其次 ,根据Adams应变理论 ,由层合板SDC推导出相应结构振动的模态阻尼 ;最后 ,对0% -80 %不同分层大小层合板的分析计算结果 ,讨论了不同分层大小对受损结构的固有频率、SDC和FRFs的影响。本研究不仅有助深入理解含分层复合材料层合板的动力特性 。

1951～2010年沈阳地区风速及风能资源特征分析

参考近60年的观测资料,对沈阳地区地面风速、风能资源的月变化特征,有效风速出现频率,风能密度等风频率,风速长期变化趋势进行统计分析。结果表明:该地区的地面风速、风能密度峰值出现在4月,分别为4.1m/s,44.5W/m2,次峰值出现在11月;风能资源开发有效风速在1月、4月出现的频率明显大于7月、10月;全年基本有1/3以上时间的风能密度高于50W/m2,属于风能资源开发的可用范围;近60年该地区的地面风速每年以0.0192m/s的速度显著性逐年线性递减。

基于层合理论的海洋漂浮管帘线利用率分析研究

海洋漂浮柔性管道是连接生产平台和浮式储油轮之间的油气传输装备,它由钢丝、帘线编织层和橡胶等通过硫化工艺粘结而成,是典型的多层缠绕层合结构。论文针对帘线层加工工艺中存在的缺陷引入帘线利用率这一参数,基于层合理论推导截面各层的各向异性刚度矩阵,得到漂浮管道整体拉伸荷载与位移关系式。开展了漂浮管道拉伸试验,通过拉伸刚度试验和理论结果对比得到确定管道的帘线利用率为84.68%。进行了内压试验,并基于已得到的帘线利用率预测管道爆破压力。理论计算与试验结果两者之间的误差为3.57%。这表明引入帘线利用率参数能够很好地刻画管道加工工艺,为漂浮管的结构设计提供了有益的参考。

台风浪过程对空中飞行器生存能力的影响分析

为了分析台风浪对飞行器生存能力的影响,以CCMP风场驱动WW3海浪模式,对发生在2008年9月的台风"黑格比"所致的台风浪进行数值模拟,并就台风浪对导弹等飞行器击水概率的影响进行计算分析。研究发现:以CCMP风场作为WW3模式的驱动场,对发生在中国海的台风浪进行数值模拟是可行的,模拟的海浪数据接近海浪浮标观测数据;击水概率大值区主要分布于台风的大浪区,当飞行器的飞行高度为12m时,击水概率基本在15%以上,近台风中心更是高达26%～30%,台风大浪区的外围的击水概率则基本都在10%以下;当导弹飞行高度为15m时,击水概率基本只有12m时的一半;无论飞行高度为12m还是15m,击水概率的大值区均集中分布于该台风行进方向的右半圆。击水概率的高值中心并不位于台风中心,这应该是由于台风中心存在一低风速的台风眼造成的。该研究为提高掠海飞行器的生存能力提供参考。

泡沫铝用于新能源汽车吸能盒的性能分析

保险杠吸能盒的变形特性及吸能效果对新能源汽车的安全保障具有重要意义。压缩试验和测量得到的压力-变形曲线表明,虽然泡沫铝试样和泡沫铝填充吸能盒试样均经历了弹性变形、初始压缩稳定性失效坍塌、连续坍塌和压实的过程。然而,泡沫铝填充吸能盒试样在压缩过程中表现为泡沫铝与吸能盒内壁摩擦力、钢质吸能盒结构、泡沫铝及胞孔内气体相互耦合作用的过程,其塑性变形平台明显高于泡沫铝试样。可见,泡沫铝填充吸能盒结构既具有较宽的应力平台曲线,同时又具有较好的变形刚度性能,可以同时满足新能源汽车保险杠吸能盒应具有的大能量吸收和良好抵抗变形的能力。

近22年南海波浪能资源模拟研究

利用目前国际先进的第三代海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ(WW3),以CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场为驱动场,对近22年南海的波浪能资源进行模拟研究。综合能流密度大小、能级频率、有效波高(significantwave height,SWH)和能流密度的长期变化趋势以及能流密度的稳定性等各方面,发现我国南海尤其是南海北部海域蕴藏着较为丰富、适宜开发的波浪能资源;并探索性地构建了一套资源评估系统,对南海的波浪能资源进行综合分析,寻找资源的相对优势区域,为海浪发电、海水淡化等波浪能资源开发工作提供科学依据。结果表明:1)南海大部分海域的能流密度在2—16kW m 1,大值区分布于吕宋海峡—中南半岛东南海域一线。2)近22年期间,南海大部分海域的SWH以0.005—0.025m a 1的速度显著性逐年线性递增,大部分海域的波浪能流密度以0.05—0.55kW m 1 a 1的速度显著性逐年线性递增。3)南海大部分海域2W m 1以上能流密度出现频率在60%以上。4)南海大部分海域波浪能流密度各月的变异系数Cv基本都在0.9以内,稳定性较好,大部分海域的月变化指数Mv指数在6以内,季节变化指数Sv指数在4以内。5)南海北部为波浪能资源的相对优势区域。

基于亚像素角点检测的试样变形图像测量方法

作为一种数字图像测量方法,亚像素角点检测能够在数字图像中可以发现角点的亚像素精度的位置(简称亚像素角点检测方法)。在土工三轴试验中应用该方法使得试样的变形测量更加简便。通过使用高精度标定板,对该数字图像测量方法进行了精度分析,结果表明亚像素角点检测方法的轴向和径向测量的标准差都达到了0.02个像素,相对测量精度达到10-4数量级。在三轴压缩试验条件下,同时使用高精度位移传感器和该测量方法对小变形的干性试样进行了变形测量,证明亚像素角点检测方法对试样变形的测量结果是精确可靠的。

台风浪对掠海飞行安全性的影响

目前击水概率在大范围内的研究较少,不能很好地为掠海飞行提供依据。以CCMP风场驱动海浪模式SWAN对台风"梅花"所致台风浪进行精细化数值模拟,实现大范围海域的击水概率研究。结果表明:SWAN模式较好地刻画了台风"梅花"所形成的台风浪场。模拟的海浪数据具有较高精度,模拟有效波高略大于观测有效波高。台风"梅花"行进过程中,大浪区主要分布于危险半圆,尤其是第四象限。台风浪给中国海的击水概率场造成了很大影响。当飞行高度为5 m时,中国海大部分海域的击水概率在60%以上,危险半圆的高值中心可达85%以上;10 m高度击水概率普遍比5 m高度击水概率低30%左右。

基于图像测量方法的非饱和压实土三轴试样变形测量

在控制吸力的非饱和土三轴试验中对试样进行变形测量,常规方法都存在一些难以克服的技术缺陷。数字图像测量技术的引入,为避免常规测量方法的技术缺陷对试验结果的影响提供了一种新的解决方案。同时,能够更加准确地测量受端部约束影响较小的试样中部1/3区域的局部轴向变形、径向变形和估算体积变形。在控制吸力条件下进行了非饱和压实土的三轴压缩试验,运用数字图像测量方法测量试样整体与中部1/3区域的变形,将两组试验数据进行比较分析,结果表明:端部约束对非饱和土试样变形有明显的影响,试样中部1/3区域的变形性质与试样整体存在明显差异,其试验结果更能反映非饱和土试样的基本变形性质。

南中国海海表风速长期变化趋势

利用CCMP风场,计算了1988～2009年南中国海海表风速的变化趋势以及变化趋势的区域性差异、季节性差异。结果表明,1988～2009年,南中国海的海表风速整体上以0.038 6m/(s·a)的速度显著性逐年线性递增;近22年期间,南中国海海表风速的变化趋势表现出较大的区域性差异,大部分海域的海表风速呈显著性逐年线性递增趋势,为0.03～0.15m/(s·a),呈显著性线性递减的趋势分布于台湾东部和菲律宾周边的一些零星海域,无显著性变化趋势的海域分布于南中国海12°N附近一带状海域、中南半岛东南海域一椭圆形海域;南中国海海表风速的变化趋势表现出很大的季节性差异。

水中含分层损伤复合材料层合板的声特征值研究

本文采用复合材料结构有限元和可压缩流体边界元耦合分析方法 ,研究了重流体介质(HeavyFluid)中含层间分层损伤复合材料层合板结构的声特征值问题。在建立分析模型时 ,对完整与受损层合板结构采用有限元方法离散 ;而针对水中结构声辐射的特点 ,对可压缩流体介质中声压力场进行边界元离散 ,在此基础上讨论了含层间分层损伤复合材料层合结构的动力声特征值问题。文中给出的典型算例结果与参考文献结果吻合较好。同时以内含层间椭圆型分层损伤的复合材料层合板为典型结构 ,在重流体介质中探讨了影响结构声特征值的因素 ,本文工作为评判含层间损伤对其动力特征值的影响提供了一种有效的计算方法 。

颗粒材料的微观临界状态理论模型

存在临界状态是颗粒材料的一个重要特性。基于孔隙胞元的颗粒离散元方法对二维颗粒体进行双轴加载数值试验,在详细分析数值模拟结果的基础上,从微观几何组构的角度揭示了临界状态的存在机制。基于剪胀性原理,提出了以接触价键表征的微观临界状态理论模型,得到了接触价键与塑性剪切应变的关系表达式,理论模型的结果和二维离散元数值模拟得到的结果吻合较好。通过比较不同情况下数值结果和理论模型中的参数,得到以下结论:表征微观临界状态的参数(临界接触价键和达到临界状态所需要的塑性剪切应变)依赖于颗粒体的微观特性,如颗粒形状、表面摩擦性质、颗粒体的围压和初始孔隙比。