封面图片说明

正封面图片来自"张拉膜结构风致动力灾变研究进展".膜结构以其新颖优美的造型和简捷高效的传力方式,近年来在国内外得到广泛应用;然而膜结构的轻、柔特性也使其成为受风灾害最为严重的结构类型之一.与传统刚性结构相比,膜结构的风效应具有明显的流固耦合特征.揭示膜结构的流固耦合振动机理,建立考虑流固耦合效应的抗风设计方法,是当前结构风工程领域的热点和难点问题.对膜结构     

桥墩在冰振作用下的响应分析

为研究寒冷区域跨海以及跨河大桥在冰振作用下的机理和响应特点,该文通过冰激桥墩振动室内模型试验模拟直立桥墩结构在3种冰速作用下的振动反应。通过观测到的具体试验现象以及实测到的不同冰速下桥墩应变以及加速度时程响应来分析直立桥墩结构在冰荷载作用下的响应特点;并将实测到的结构响应与有限元计算结果进行比较,进一步验证模型试验所选择的相似律的合理性和精确程度,为以后冰激结构振动室内模型试验的发展提供一定的借鉴。     

基于流固耦合的膜结构风压系数

为了研究流固耦合对膜结构风压系数的影响规律,利用计算流体动力学(CFD)软件,计算了不同水平风向角双坡屋面的风压系数,并与风洞试验数据进行了比较,进而在考虑流固耦合作用下,研究了膜结构风压系数.结果表明:CFD软件可以预测双坡屋面的风压系数;考虑流固耦合作用后,膜表面风压系数的分布和大小发生变化;膜的初始预应力对风压系数也有影响;随风速增加,膜结构变形模式也发生变化.     

长横担输电塔风致薄弱部位及加强措施

以沿海地区某220 kV长横担角钢输电塔为原型,通过气弹模型风洞试验考察结构的气动失稳趋势及薄弱部位,结合数值分析研究抗风加强措施.塔头部位由于不利的气固耦合效应,在高风速下出现了较明显的弯扭耦合振动现象|塔身下部长斜材在风振激励下,产生局部振动,面外位移增大,易引发构件的压弯破坏.分别采取增强塔头斜材和增设横隔面等措施对原结构进行抗风加强设计.后续试验结果和理论计算均表明：加强横担之间的斜材对减小塔头扭转振动的效果明显;在长斜材节段处增设横隔面可以抑制局部振型的提前出现,有效地降低斜材的压弯应力,从而提高整塔的极限承载能力.     

基于ADINA的压力管道流固耦合分析

压力管道系统中存在流体和结构之间的耦合振动.对压力管道的流固耦合现象进行分析,建立了流固耦合的有限元数学模型,运用有限元软件ADINA模拟阀门开关引起的过渡过程,对直管压力管道在不同约束条件下的流固耦合现象进行了数值模拟计算,并进行了模态分析.计算结果表明流固耦合作用对压力管道系统的运行有重大影响,验证了压力管道考虑流固耦合的必要性.     

耦合作用下索膜结构的风振响应分析

在任意拉格朗日-欧拉描述下,结合索膜结构的风振响应特点,采用流固耦合问题数值计算方法,实现了三维情况下索膜结构风场的数值模拟。结果表明:耦合作用对风压的分布形式影响不明显。在迎风面出现负压区,边缘附近风压较小;高负压区出现在迎风面的中部;中部为高正压区。耦合作用对索膜结构起抑制作用,结构的位移与应力会有所减小。     

黄藏寺水利枢纽工程某松散堆积体稳定性评价

以黄藏寺水利枢纽工程某松散堆积体为例,从地质宏观判断、极限平衡理论计算和数值模拟3种途径分析堆积体的稳定性,确定该堆积体整体稳定性较好,不会发生整体失稳破坏,但有可能局部失稳.对数值模拟结果和现场实际情况进行了对比,确定数值模拟得出的堆积体变形现象和规律与实际情况相吻合.     

车载引起的沥青路面内动水压力现场试验研究

为了研究移动车载引起的动水压力对沥青路面水损坏产生的影响,探究路面层内动应力变化及动水压力的长消规律,利用自主研制的耐高温动应力和动水压力传感器,对现场行车荷载引起的动应力及动水压力进行实测,获取了动水压力的实测数据;并且基于Biot固结理论,利用一种反映移动效应的车轮荷载数值模拟方法,对实测工况下路面情况进行了动态流固耦合分析,定量研究了路面层内的动水压力长消规律。发现现场实测与数值模拟结果基本一致。沥青路面在周期行车荷载作用下,路面空隙中不断产生动水压力的泵吸作用,导致沥青混合料强度下降,进而引发水损坏。该成果验证了水损坏的水力驱动机理,为水损坏研究和路面设计提供了借鉴。     

封闭式大跨屋盖气弹模型风洞试验的气承刚度模拟

通过气弹模型风洞试验与理论分析,研究气承刚度相似性模拟对封闭式大跨屋盖气弹模型设计的关键意义.设计制作了平屋盖气动弹性模型进行四周封闭与迎风面突然开孔两种状况下屋盖风振响应的风洞试验,在对加速度响应谱的对比分析中,发现四周封闭气弹模型受脉动风激励时一阶模态出现大幅度移频现象,经分析后得出模型内部气承刚度与屋盖刚度相似关系的不匹配是导致这一现象的主要原因.根据气承力的相似性原理导出了气承刚度相似性模拟的理论公式从而进一步阐释了试验结果.研究表明,在封闭式大跨屋盖气弹模型设计中必须考虑气承刚度的相似性模拟,而调节模型内部容积则是模拟气承刚度最为有效的措施.     

猴子岩水库色玉滑坡涌浪灾害链CFD-DEM耦合数值模拟

滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象，由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用，使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此，介绍一种基于计算流体力学方法（CFD）与离散单元法（DEM）的流固耦合模型CFD–DEM，采用计算流体力学方法（CFD）求解水体流动，采用离散单元法（DEM）模拟散粒体滑坡运动，充分利用不同计算模型的优势，对滑坡及涌浪演进过程进行数值模拟分析。首先，利用该耦合模型对Robbe–Saule开展的颗粒堆积体坍塌–涌浪试验进行了相同工况下的数值计算，从颗粒坍塌运动过程、涌浪高度演化过程等方面进行对比，结果表明模拟结果与试验结果吻合很好，验证了CFD–DEM流固耦合模型的有效性。然后，将该方法应用于四川省猴子岩水库色玉滑坡–涌浪灾害的演进过程分析，重现了该事件滑坡失稳运动、涌浪产生及传播、涌浪爬升、涌浪回流的全过程，计算结果显示：计算得到的电站进水口处涌浪高度与实测数据较为接近；色玉滑坡从失稳运动至静止堆积的持续时间约为20 s，颗粒平均速度最大达到16.12 m/s；滑坡引起的涌浪约在滑坡失稳10 s后传播到对岸，之后开始沿坡面向上爬升，最大爬升高度达到27.32 m。研究表明CFD–DEM流固耦合模型能够很好地应用于模拟山区河谷大规模滑坡涌浪灾害，可为库区防灾减灾提供高效的技术支持。     

桥梁构件风致动态内力回归估算方法

为弥补全桥气弹模型试验无法直接测量结构动态内力响应的缺陷,选取江东大桥悬索桥吊杆为例,采用风洞试验和随机振动时域有限元分析相结合的手段:首先对两者的位移响应进行校核;然后根据正交风随机有限元分析中加劲梁中跨跨中位移响应和吊杆内力响应的高度相关性,采用线性回归算法获得回归方程,并对中跨跨中位置在多个风偏角下的位移响应进行...     

电厂超大型排烟冷却塔风洞试验与稳定性分析

为了研究电厂超大型排烟冷却塔结构的稳定性能,进行群塔刚体测压和气弹测振模型风洞试验,获得计算风致稳定性所需的表面压力极值分布模式、多塔比例系数和风振系数等参数,采用有限元数值模拟方法和自行编制的前、后处理程序验算了排烟冷却塔的局部、整体稳定性能和极限承载力.计算结果表明:烟道周边壳体局部稳定性安全因子低于规范最小值,必...     

塔桅结构三维定常风场风洞试验及数值模拟

利用风洞试验对杭州湾跨海工程海中平台及观光塔模型在各种风向角下的风压分布情况进行了测试,研究了观光塔结构在不同方向风荷载作用下风压的变化情况。采用FLUENT6软件平台,选用标准κ-ε和Realizableκ-ε2种湍流模型计算了大气边界层中杭州湾跨海工程海中平台与观光塔的定常风流场,并将数值计算结果与风洞试验结果进行了比较。结果表明：基于FLUENT6的标准κ-ε和Realizable κ-ε模型均能给出工程设计要求的精度;但对建筑物的不同位置,2种模型反映的精度有所区别。该研究可为精确计算风荷载提供依据,对工程设计有较好的参考价值。     

复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值模拟

目的比较复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值计算与风洞试验结果,分析研究大跨结构表面风压的分布特性.方法选用可实现的Realizable模型和非平衡壁面函数法,对武汉天河机场新建航站楼实际尺度的几何模型进行了不同风向角时风荷载的数值模拟.结果计算出了模型各个测点的平均风压系数,并与风洞试验数据进行了比较.在不同风向角时,除转角和悬挑屋檐部分,数值模拟值和风洞试验值的一致性比较高,测点的相对误差都在10%以内.结论用数值分析方法对机场航站楼这一复杂的大跨度结构表面风荷载进行数值模拟,其结果具有一定的参考价值.尽管目前数值模拟方法还不能取代风洞试验,但将其作为一种辅助手段是可行的.     

强风环境中下行式移动模架的抗风性能

为明确强风环境中下行式移动模架的抗风安全性,以东南沿海某50 m跨下行式移动模架为研究对象,采用气弹模型风洞试验和数值计算相结合的方式,对其颤振、涡振和抖振性能进行了较系统的研究。结果表明:结构竖向位移和扭转角分别是移动模架合模和开模工况时的控制性因素;合模工况时,移动模架主体结构能够满足8级强风(20.7 m/s)的作业要求,且能够抵抗14级风（46.1 m/s）作用;开模工况时,在措施得当的情况下主体结构能够满足8级强风的作业要求;多模态耦合频域抖振计算法和《公路桥梁抗风设计规范》中的等效静阵风荷载法均可以用于移动模架的抖振响应计算,且具有一定的精度,推荐采用精度较高的多模态耦合频域抖振计算法。     

规则巨型框架表面风压分布数值模拟分析

风荷载对于建筑物来说是一种非常重要的荷载,尤其对高层和超高层的结构设计起着决定性的作用.因此如何准确预测建筑物表面的风压分布,以便进一步研究风荷载对结构的作用就显得非常重要.采用风洞模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对规则巨型框架结构的表面风荷载进行了分析和研究.结果表明,采用数值模拟计算,不仅能够满足规则巨型框架结构的表面风压取值要求,而且可以完整地提供建筑物周围的风场环境,可为很多研究提供参考.     

高超声速环境D6AC钢结构多物理场耦合模拟

为探究热防护材料在高超声速环境下的服役行为,采用风洞试验和数值模拟方法研究了D6AC钢结构在多物理场耦合作用下的失效问题.基于高超声速气动力学、结构力学基本理论,建立高超声速D6AC钢结构的多物理场耦合理论模型,利用Navier-Stokes方程模拟得到其在不同飞行环境下的气动加热和结构响应,并对数值模拟的结果进行风洞试验验证.结果表明,风洞试验结果与数值模拟结果相吻合.气动热是导致D6AC钢结构破坏的主要因素,在三组来流条件下钢结构均发生了烧蚀现象,结构烧蚀开始时间取决于来流总温的大小.     

数值模拟风荷载下低矮房屋屋架结构应力响应

为进一步指导建筑物结构防风设计的进行,将计算机数值模拟、风洞试验和工程算法有效地结合起来,运用大型有限元分析软件ANSYS 11.0对房屋结构进行有限元建模,将风洞试验各测点得到的风压值施加在有限元模型上,得到不同风向角下房屋结构对风荷载的应力响应,并重点对主承力屋架结构进行了工程强度校核。分析结果证明这种研究方法对房屋结构设计具有更直接的指导意义。