基于Matlab优化工具箱的工程结构可靠度计算

将服从任意概率分布的随机变量Xi映射为标准正态随机变量Yi。从正态空间中可靠度指标β的几何意义出发,建立了求解可靠度指标β的优化模型。利用Matlab的强大优化功能求解该模型,得到可靠度指标β及验算点Y ,并讨论了该模型解的存在条件。最后给出了算例及结果比较。

马蹄波波形特征和对圆柱作用实验研究

为了研究真实海洋表面马蹄波特性以及对建筑物的作用,通过物理模型实验研究了马蹄波的波形特征参数以及马蹄波对圆柱体的作用。实验中通过对浪高仪采集的波面升高时间历程曲线进行分析得出了不同水深情况下马蹄波的垂向几何特征,并通过快速傅里叶变换得出了马蹄波波幅谱的特征,研究了马蹄波各组成波波幅沿空间的变化从而得出了圆柱存在对马蹄波演化的影响,同时给出马蹄波绕射形成的波面分布和不同频率谐波在圆柱周围的分布,讨论了马蹄波不同于Stokes波对圆柱作用的特征。结果表明,马蹄波波形受水深影响较大,水深越浅,马蹄波的波面形状越接近椭圆余弦波。圆柱体的存在干扰了马蹄波不稳定的增长,使其在接近圆柱时呈下降趋势,导致不稳定幅值最大值的位置提前并且出现在偏离圆柱迎浪点的侧表面,从而使圆柱受到侧向力的作用。

基于双向流固耦合模型的溃坝水流数值模拟

弹性结构在运动流体的作用下会产生动力响应,对结构本身的安全性和耐久性都提出了更高的要求。使用开源计算流体力学软件OpenFOAM和开源计算固体力学软件CalculiX建立双向流固耦合模型,对溃坝水流冲击刚性结构和弹性结构的过程进行了数值模拟。首先对比了代数流体体积法和几何流体体积法在分析溃坝水流冲击刚性结构时的精度,结果表明几何流体体积法能够更为准确地模拟剧烈变化的自由液面。进一步采用几何流体体积法对溃坝水流冲击弹性结构的双向耦合问题进行了分析,弹性结构的动力响应和自由液面的分析结果与前人的数值结果吻合良好,表明目前的数值模型可以应用到实际工程的流固耦合分析中。

垃圾土中有机物降解引起的体积缩减量与时间的关系研究

基于自制的侧限压缩–降解仪,对不同降解条件进行模拟对比试验,系统地研究了不同降解条件下垃圾土中有机物的生物降解过程。试验中收集了生物反应气和渗滤液并测定了相关指标,观测了垃圾试样的竖向变形,利用生物反应器成功地模拟了填埋场生物反应的三个反应阶段:初始调整阶段、过渡阶段及产酸阶段。通过对比试验的方法直接得到了生物降解引起的体积缩减量,研究表明,生物降解引起的体积缩减量随时间的延长呈指数型增长,生物降解引起的体积缩减量占垃圾体积的24%左右,降解速率及体积缩减量随反应阶段的不同而有较大的差异,产酸阶段生物降解引起的体积缩减量占总的生物降解引起体积缩减量的70%左右。

水泥稳定碎石基层合理施工养生温度研究

在不同的养生温度条件下,分别对水泥稳定碎石基层材料进行了无侧限抗压强度、劈裂强度试验、干缩试验以及温缩试验,通过比较不同养生温度条件下的试验结果,发现水泥稳定碎石基层材料的强度及收缩变形性能受施工、养护温度影响较大。研究表明:10℃养生条件,可以明显减小负温度条件下水泥稳定碎石的收缩变形;水泥稳定碎石基层在0℃～10℃条件下,施工、养生有利于提高其抗裂性能。

波浪对透空式结构物冲击作用的光滑粒子流体动力学数值模拟

基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的二维数值波浪水槽模拟了规则波对透空式结构物的冲击作用。通过黎曼解和CSPM相结合的方法对连续方程和动量方程进行了修正。对造波边界采用虚粒子法模拟。提出了一种耦合计算方法来消除造波边界附近的压力波动现象,在结构物边界处设置了适合的冲击边界条件。应用修正的SPH模型模拟了规则波对浪溅区结构物的冲击作用,给出了结构物附近流场和压力场的变化特征,并应用物理模型试验结果对数值模型进行了验证。

三棱柱形网格下自由表面流的三维数值模拟

为了模拟自由表面流动问题,建立了基于三棱柱形网格的三维Navier-Stokes方程的半隐式动压离散模型。出流边界采用在动量方程右端附加线性衰减项的海绵层处理方式来消减波能。引入k-ε双方程紊流模型求解涡黏性系数,使方程达到封闭。用规则周期波通过淹没障碍物的传播变形和复合明渠流动算例,验证了当遇到短波高频问题时,所述模型模拟结果与测量值吻合良好,体现了模型的精确性和有效性。

沥青路面弯沉温度修正试验研究

落锤式弯沉仪(FWD)在道路检测领域得到了广泛的应用,但相应的弯沉温度修正关系尚未建立.为此在某试验路段进行周期1 a的路面弯沉盆数据采集及相应沥青结构层温度监测,建立了基于FWD的沥青路面弯沉温度修正关系,并利用等效层理论及Bossinesq弯沉方程将其扩展到任意沥青厚度下的温度修正公式.通过与美国及我国依据梁式弯沉仪建立的温度修正公式比较发现,3种修正关系存在一定的差异.

畸形波生成、演化过程研究——波面时间过程随位置的变化

基于完全非线性波浪数值模型,模拟实测畸形波的生成、演化过程,进而分析波面时间过程和畸形波参数的变化规律。研究结果表明:在畸形波形成前、后均可能出现连续的大波和"深谷"现象。在畸形波生成、演化过程中出现的"深谷"和畸形波具有伴生性而非独立异常波浪现象。上述大波、"深谷"和畸形波的连续作用对海洋结构物和船舶造成的潜在威胁可能远超过"瞬态"畸形波,此点应引起高度重视。

海上风机桩基础与上部结构灌浆连接段优化分析

目的研究海上风机基础与上部灌浆连接段在轴压、弯矩、剪力及扭转共同作用下,连接段受力特性以及应力分布规律,对结构进行优化设计,探求最优结构形式.方法在理论分析的基础上,借助有限元ANSYS分析软件建立了2D和3D模型对结构进行仿真分析,通过改变连接段灌浆环形空间厚度、剪力键空间布置及连接长度对结构强度进行敏感性分析.结果连接段应力集中程度随剪力键空间布置、灌浆环形空间厚度以及连接段长度呈规律性变化.经优化得单机3 MW单桩基础结构灌浆连接合理环形空间厚度tg为95 mm,剪力键间距s为500 mm,剪力键宽高比w/h为2,连接长度Lg为6 500 mm.结论实际工程中,给定风机基础结构外形型尺寸后,可以优化求得连接段的最优构造形式.

集装箱堆场箱位分配模糊优化研究

针对进口箱离港时间及出口箱到港时间的不确定性,建立了集装箱堆场箱位分配模糊优化模型。在滚动式计划的基础上,算法分两个阶段:首先应用模糊机会约束规划方法平衡各箱区作业量;然后以箱区作业量为约束条件,最小化集卡的行驶距离和同组进口箱所占箱区数量。实例结果表明降低了箱区工作量的不平衡性和同组箱所占箱区数量,加速了船舶的装卸效率。

基于混堆的集装箱堆场动态箱位分配研究

为了提高箱位分配的有效性及堆场空间利用率,在滚动式计划基础上,研究了进、出口箱混堆箱位分配问题。算法分两个阶段:首先应用整数规划方法平衡各箱区作业量;其次以此数量为约束条件,最小化集卡的行驶距离和同组进口箱所占箱区数量。实例表明动态箱位分配降低了箱区工作量的不平衡性和同组箱所占箱区数量,加速了船舶的装卸效率。

带横隔板圆柱绕流的三步有限元大涡模拟

在三步有限元数值方法的基础上,利用大涡模拟湍流模型对单向流作用下带横隔板圆柱绕流进行了数值分析。在圆柱的背流侧增设横隔板属于典型的被动型流动控制措施,尽管可以有效减小圆柱所受的水平力,但同时会导致升力有所增加。对带横隔板圆柱尾流区流场的精细化模拟分析,揭示了尾涡演化机制及其与圆柱受力之间的内在联系,为今后进一步发展更为有效的弹性隔板主动型流动控制措施奠定了重要基础。

单桩海上风机灌浆连接的抗震性能研究

在地震作用下,灌浆连接段的稳定性直接关系到风机结构的安全。为了探讨灌浆连接的抗震性能,文章以5 MW单桩风机为研究对象,采用OpenSees和ANSYS软件分别建立风机结构及灌浆连接有限元模型;以最不利的地震动为输入,同时考虑风和波浪耦合作用分析灌浆连接的受力及反应。结果表明,地震动使风机灌浆连接处产生较大荷载作用,容易使灌浆层出现高拉应力,导致灌浆材料拉裂,致使灌浆连接失效;地震动强度较小时,风和波浪荷载对灌浆连接受力影响较大,随着地震动强度增大,风和波浪的影响逐渐减弱。风机灌浆连接的抗震设计,应重点分析灌浆层的震动破坏,并充分考虑风和波浪的荷载效应。

海上三桩风机基础简化及荷载响应对比分析

三桩基础（Tripile Foundation）是一种新型的海上风机支撑结构，广泛适用于地质相对复杂、水位较深的风场。文章理论分析了海上风机基础桩一土相互作用简化方法，运用ANSYS建立3维有限元模型，考虑不同种地基约束简化方法，对单机3MW三桩基础在不同方向极限荷载作用下进行数值分析。结果表明：三根桩非平均承担结构荷载，不同方向荷载作用结构响应呈规律性变化，荷载为0°方向时结构位移最大，荷载为20～30°方向时结构应力最大。实际工程计算时，需运用不同简化模型进行对比校核，重点考虑基础单桩主受拉、单桩主受压及20～30°荷载方向。

基于云遗传算法优选的SVR交通量预测模型

针对城市主干道交通流量的实时变化和波动性特点,利用支持向量回归机(support vectorregression,SVR)进行城市主干道短时交通流量预测.为了优选SVR模型参数,基于混沌logistic映射和云自适应机制对标准遗传算法进行改进,建立了基于混沌云自适应遗传算法(chaos clouds adaptive genetic algorithm,CCLGA)进行SVR参数优选的CCLGA-SVR城市主干道短时交通流量预测模型.综合考虑了短时交通量各个影响因素,结合实测数据进行了实证预测分析,仿真结果表明文中提出的预测模型精度较高,寻优速度较快,可有效应用于城市主干道短时交通流量预测.

地震作用下隧道结构内力的统计分析

为了对隧道结构抗震设计实现以可靠度理论为基础的概率设计方法,必须首先知道地震作用下隧道结构的内力统计特征。为此,从隧道结构地震反应谱出发,基于地层反应位移法,运用误差传递函数,对隧道结构进行不确定性分析,得出隧道结构在地震作用下最不利内力的统计特征。文中以金州隧道Ⅱ类围岩浅埋段为例,运用提出的方法分别求解了小震、中震及大震作用下隧道结构最不利位置处的内力统计特征。

分层流体中冰脊拖曳力的数值模拟研究

冰脊在分层流体表面的漂移运动会在内界面激发出内波,内波又会对冰脊的运动、堆积产生重要影响。利用湍流模型对冰脊在分层流体中的运行过程进行了数值模拟研究,并与已有物理模型实验结果做了比较,冰脊拖曳力和内波界面的数值模拟结果与物理实验结果吻合良好。当流场属于跨临界区时,内波的产生使冰脊拖曳力随弗劳德数Fr先增大后减小,冰脊拖曳系数随Fr的变化规律类似。当流场属于超临界区时,拖曳力随Fr增大而增大,拖曳系数不再随弗劳德数变化。当内波波峰达到最高点的时候,冰脊拖曳力达到一个峰值。

饱和软黏土中吸力锚的承载能力数值分析

利用大型通用有限元软件ABAQUS,基于总应力分析法,建立了饱和软黏土中吸力锚的三维有限元数值模型,通过与物理模型试验对比,验证了数值模型的正确性。计算分析了吸力锚的水平承载力特性及其破坏模式、最优系缆深度上的倾斜承载力包络图。通过对有限元结果进行拟合分析,提出了吸力锚承载能力的简化计算公式,公式中考虑了长径比、加载角度和土体不排水抗剪强度的影响。

大潮差条件下浮式防波堤锚泊线组合形式的试验研究

通过物理模型试验研究了在大潮差条件下不同锚泊线组合形式对浮箱式防波堤运动响应和锚链拉力特性的影响。其中,锚泊系统布置形式采用平行型,组合形式有链+重块、链+重链、链+钢丝绳和链+尼龙绳4种。探讨了不同组合形式的锚泊系统在大潮差条件下的优劣,给出一种比较适合大潮差的锚泊线组合形式,为实际工程提供参考。