基于ALE的大型输水隧道地震动响应并行数值分析

提出基于ALE （Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法的输水隧道地震动响应并行数值分析方法,采用ALE方法模拟内水和隧道的相互作用,提出基于耦合负载均衡的并行计算方法加快求解速度,采用显式中心差分法完成方程求解。针对某大型输水隧道,建立内水-隧道-土体耦合的全三维数值模型,分析其在非一致地震激励下的动力响应。模型中考虑材料非线性、接触及流固耦合非线性等实际情况,并采用PML （Perfectly Matched Layer）建立人工边界模拟无限区域。在曙光5000A超级计算机上,利用所提方法,完成该大规模非线性问题的求解。通过与附加质量法对比,验证ALE方法模拟内水-隧道耦合的可行性;分析输水隧道地震激励下的应力及变形情况;讨论内水量及变形缝对隧道动力响应的影响;分析并行计算效率。结果表明：环向应力较大值出现在靠近工作井的截面,隧道结构满足强度要求;隧道截面变形量处于安全范围内;满水隧道较空隧道承受更大应力;变形缝可以降低隧道的动力响应;所提并行计算方法可以获得较好的并行效率。     

冲击荷载下大型箱涵输水安全性的数值分析

冲击荷载对大型箱涵输水安全的影响是工程界关注的重要问题,其研究涉及到冲击荷载传播、土～结构物～水相互作用等诸多方面。采用数值分析技术,土与箱涵之间设置接触面单元,水体采用任意拉格朗日欧拉法描述,采用罚方法模拟水与箱涵相互作用,研究了爆炸冲击荷载对大型箱涵输水安全性的影响。研究结果表明： ALE法可以较好揭示土中爆破对输水情况下钢筋混凝土结构物的影响;输水情况下水体能传递荷载到箱涵中墙上,并缓冲冲击荷载对边墙的过大影响,可改善结构整体安全性;有压输水情况对结构物安全影响最为明显。     

基于CAS法的核电工程异形水箱分布质量计算模型

对于形状复杂的大型核电工程储液结构,Housner弹簧-质量模型适用性较差,基于有限元法的流-固耦合数值分析模型复杂、计算和存储量大,难以满足工程设计要求。该文基于声学-结构耦合法(CAS)提出了一种兼顾精度和效率的分布质量模型,通过理论推导从CAS计算结果中剥离得到的器壁动水压强脉冲分量,进而提出器壁单元各节点位置的分布式脉冲附加质量计算公式,精确地考虑了储液容器的形状对液体晃动的影响,同时实现了流-固耦合分析的解耦,有效解决了复杂大型核电工程储液结构的动力分析的难题。以矩形刚性水箱为例,将该文模型的结果与Housner分布模型比较,验证了该模型的合理性和可靠性。针对顶部具有复杂形状水箱的AP1000安全壳结构进行地震动分析,将该文模型与精细的流-固耦合模型进行比较,结果显示：两种模型计算结果吻合性好,该文模型前处理简便且在计算时间效率具有明显优势。该文模型可为核电工程考虑结构-地基、流-固耦合的多因素耦合高效分析奠定基础。     

发展附加质量模型应用于储液罐的动力分析

对于形状复杂的大型核电工程储液结构,Housner弹簧-质量模型适用性较差,基于有限元法的流-固耦合数值分析模型复杂、计算和存储量大,难以满足工程设计要求。该文基于声学-结构耦合法(CAS)提出了一种兼顾精度和效率的分布质量模型,通过理论推导从CAS计算结果中剥离得到的器壁动水压强脉冲分量,进而提出器壁单元各节点位置的分布式脉冲附加质量计算公式,精确地考虑了储液容器的形状对液体晃动的影响,同时实现了流-固耦合分析的解耦,有效解决了复杂大型核电工程储液结构的动力分析的难题。以矩形刚性水箱为例,将该文模型的结果与Housner分布模型比较,验证了该模型的合理性和可靠性。针对顶部具有复杂形状水箱的AP1000安全壳结构进行地震动分析,将该文模型与精细的流-固耦合模型进行比较,结果显示：两种模型计算结果吻合性好,该文模型前处理简便且在计算时间效率具有明显优势。该文模型可为核电工程考虑结构-地基、流-固耦合的多因素耦合高效分析奠定基础。

     

混合回是模型及其在高层建筑风响应时域分析中的应用

本文提出了混合回归模型，实例分析表明，混合回归模型对脉动风的仿真是有效的，用于高层建筑风响应时域分析，能得到令人满意的结果。     

群体高层建筑基于混合回归模型的风响应时域分析

针对多维ＡＲ模型同时求解回归系娄 阵所有元素的一些不足之处，本文提出了混合回归模型，数据模拟实验表明，混合回归模型对脉动风的仿真是有效的，用于群体高层建筑的风响应时域分析，能得到令人满意的结果。     

输水隧道在P波入射时的三维地震响应研究

输水隧道在调水工程中应用广泛,在输水隧道的设计和施工过程中考虑结构的抗震性能是必要的。采用波函数的Fourier-Bessel级数展开法,得到P波入射时完全充水的圆形输水隧道三维地震响应的解析解,通过算例计算,分析了入射波参数和衬砌材料参数等因素对输水隧道地震响应的影响。分析表明,入射波振幅与输水隧道衬砌动应力成正比;入射波的频率和两个入射方向对对输水隧道衬砌的动应力分布和动应力幅值均有显著影响;输水隧道衬砌采用高强度混凝土,可减小衬砌受到的动水压力,但却增大了衬砌的环向动应力和轴向动应力。     

混合回归模型及其在高层建筑风响应时域分析中的应用

针对多维AR模型同时求解回归系数矩阵所有元素的一些不足之处 ,本文提出了混合回归模型 ,实例分析表明 ,混合回归模型对脉动风的仿真是有效的 ,用于高层建筑风响应时域分析 ,能得到令人满意的结果     

基于混合模型的超大规模隧道结构非线性动态有限元分析

提出了一种用于对超大规模隧道结构进行有限元分析的混合模型建模方法,弥补了以往仿真计算中宏观与微观不能同时兼顾的不足。利用并行算法,并对整体混合模型的计算时间步进行了有效的控制,使超级计算机能完成此类超大规模整体混合模型的计算。用混合模型建模法对青草沙水源地原水工程输水隧道进行非线性动态有限元仿真,得到的结果既反映了宏观的响应规律,又反映了局部精细结构的具体变化,证明了此种混合模型建模方法的可行性。     

大型拦污栅结构液固耦合流激振动分析

以巴基斯坦真纳电站进水口拦污栅结构为对象,研究大型拦污栅结构流激振动及其影响因素。建立了拦污栅结构数值分析模型,以液固单元接触分析处理了液固耦合作用,分析了栅条作用、液固耦合、支撑约束及结构边界条件等因素对大型拦污栅结构动力特性的影响,给出了大型拦污栅避免栅体涡栅共振及栅条流激共振评判条件。结果表明:栅条作用与液固耦合对大型拦污栅结构动力特性的影响不容忽视,结构加固可能降低其动力安全性,而支撑约束及结构边界条件对拦污栅结构振动影响很小。该成果为该型拦污栅流激共振评判提供新依据,为相关技术标准修订提供参考。     

气液固三相管流耦合水击振动特性的参数影响分析

以气液固三相管流为研究对象,采用矢通量分裂法并结合Lax-Wendroff格式和迎风Warming-Beam格式,对浆液池-管道-阀门系统的耦合水击振动响应进行了数值计算,分析了含气率、固液密度比以及固液弹模比等参数对系统振动特性的影响。结果表明：增加含气率可有效地降低压力和应力波速,同时削弱流体压力波动和管道振动强度;当固液密度比增大时,管系振动强度随之增大,系统振动能量的增量主要集中在流体里,造成流体压能升高较快;随着固液弹模比的增加,管系压能和振动强度均增加,但增幅很小;当固液弹模比增加到某种程度后,其对系统压能和振动强度的影响可忽略。     

有压管道水击波动过程及优化控制的解析研究

为了实现阀调节对有压管道水击过程的精确控制,获得水击波动过程的解析解很有意义。该文在详细分析水击基本微分方程组及初边值条件的基础上,将波动方程在有限区间内的行波解应用于线性水击波动问题中。通过给定阀门处速度变化规律,引入曲线积分与路径无关条件,得到了阀门关闭过程中管道内无因次水击压强的精确解析解。应用Ritz法求解泛函极值,得到了使管道阀门处峰值压强为最小值时所对应的速度变化及相应的关阀规律。以此构建程序控制,就可最大限度地削减水击压强,以求通过阀门来实施对水击过程的主动控制。     

大型减压循环水槽总体和局部模态分析

本文分析了我国正在筹建的大型减压循不水槽的结构特点,并建立了相应的有限元模型,计算了该水槽的总体和局部自振频率,并分析了其总体和局部振动的特性,为循环水槽结构的工程设计提供了有益的帮助.     

大断面隧道模型试验水压模拟加载方法

首先采用结构力学方法确定隧道拱部、仰拱部分不等值环箍力模拟水荷载,研制了马蹄形断面隧道模型试验的全周密闭非均匀水压加载装置,实现“灯泡型”水压模拟加载。在此基础上进行模型试验,所得结论与数值模拟在关键部位受力结果相吻合,从而验证了水压模拟加载方法的正确性,成功解决了隧道结构试验中水压模拟加载“瓶颈”问题。在水压作用下,衬砌底部弯矩大于拱部,仰拱向内和墙脚向外弯矩最大,处于大偏心受拉截面,成为高水压隧道衬砌关键控制部位。确定了高速铁路双线隧道衬砌水压极限承载力,墙脚先发生压剪破坏,接着仰拱出现压弯破坏。研究成果可为高水压隧道主体结构设计、施工提供参考。     

电子雷管在铁路隧道减振爆破中的应用

介绍了隆芯1号电子雷管首次在铁路隧道工程爆破中的应用情况,探索了电子雷管在隧道爆破中的使用方法,为复杂环境下隧道爆破提供了新的手段。在爆破试验过程中分析了爆破振动监测结果,找出爆破振动的特点,调整孔间延时以观测振动效果的改善情况,最终将爆破振动最大值控制在1.5cm/s左右,仅为采用导爆管爆破其值的30%,平均掘进进尺达到3m,满足了振动安全和掘进速度两方面的要求。     

电子雷管在铁路隧道减振爆破中的应用

介绍了隆芯1号电子雷管首次在铁路隧道工程爆破中的应用情况,探索了电子雷管在隧道爆破中的使用方法,为复杂环境下隧道爆破提供了新的手段。在爆破试验过程中分析了爆破振动监测结果,找出爆破振动的特点,调整孔间延时以观测振动效果的改善情况,最终将爆破振动最大值控制在1.5cm/s左右,仅为采用导爆管爆破其值的30%,平均掘进进尺达到3m,满足了振动安全和掘进速度两方面的要求。     

内水压作用下粘弹性饱和土-隧洞衬砌相互作用

混凝土衬砌既有粘弹性性质,又有渗透性。实际工程中内水压力值由衬砌和孔隙水共同承担,该文通过引入与孔隙流体体积分数有关的应力系数合理地分配了衬砌和孔隙水分别承担的内水压力值。根据衬砌和土体界面处衬砌中流体速度和土体中流体速度相等以及应力和位移连续性条件建立了部分透水边界条件。将衬砌和土体分别视为多孔粘弹性材料和液固两相介质,采用饱和多孔介质理论和粘弹性理论,在频率域内给出了内水压力作用下粘弹性饱和土-衬砌相互作用时饱和粘弹性土位移、应力和孔压和衬砌的位移和应力解析表达式。进行了参数研究,表明：应力系数以及衬砌和土体相对渗透系数对系统动力响应影响很大。另外,应力系数合理地确定了边界衬砌和孔隙水分别承担的内水压力值。     

冲击波作用下水下结构载荷计算方法

针对冲击波激励下水下结构与无限声学水域的流固耦合问题,建立了冲击波及无限水域作用在结构上的载荷计算方法。该方法采用场分离技术将水下结构载荷分解为冲击波压力及散射波压力,而散射波压力又分解成反射波压力和辐射波压力。基于比例边界有限元法,建立反射波压力计算方法,而辐射波压力由有限元商业软件的声固耦合技术确定。该文利用该方法在商业有限元软件中分析了一经典算例,分析结果表明该方法能有效模拟冲击波作用下水下结构载荷及其响应,避免了冲击波在无限流体中传播的有限元分析,降低了分析规模。