牺牲桩截面特性对圆柱桥墩局部冲刷的影响试验研究

墩前牺牲桩防护是减小桥墩局部冲刷的主要措施之一,现有的牺牲桩防护桥墩局部冲刷研究主要集中在圆形截面,关于牺牲桩截面特性对桥墩局部冲刷的影响关注较少。通过单向流循环水槽构建冲刷环境,开展不同直径与不同截面牺牲桩防护单桩桥墩局部冲刷物理模型试验,并通过水下高清摄像以及倾斜摄影测量技术实现对局部冲刷深度发展历程和冲刷平衡时刻冲刷坑形态的精准测量,进而探究牺牲桩直径与截面形式对单桩桥墩局部冲刷防护效果的影响规律。试验表明：牺牲桩直径与截面形状是影响桥墩局部冲刷防护效果的关键因素,牺牲桩的防护效果随牺牲桩直径的增大而增强,相比方形和圆形截面牺牲桩,菱形截面牺牲桩对桥墩的冲刷防护效果更好;牺牲桩防护会影响后方桥墩冲刷坑变化的剧烈程度,防护效果越好,后方冲刷坑变化越平缓;牺牲桩防护会缩短冲刷达到平衡状态的时间,牺牲桩直径越大,到达冲刷平衡状态的时间越短。采用牺牲桩开展桥墩局部冲刷防护时,应合理确定牺牲桩尺寸和截面特性,从而提高冲刷防护效果。     

基于三维流场计算的液力变矩器特性预测方法

为了改进液力变矩器特性计算方法,应用CFD软件对液力变矩器内流场进行数值计算,根据得到的内流场速度与压力信息,计算液力变矩器叶轮转矩,得到变矩器性能参数,从而预测所设计变矩器性能．为验证性能预测准确性,将W350液力变矩器基于三维流动数值解的性能计算结果与试验结果进行对比、分析,二者在数值上有良好的吻合,表明基于三维流场数值解的液力变矩器特性预测方法比传统的一维束流理论预测精确度更高,可以应用于工程实际．     

基于二维数据的加权非线性共轭梯度三维反演

针对当前电阻率数据的解释仍以二维反演为主,而地下为三维结构的情况,研究起伏地形条件下三维源二维采集方式获取的多条测线测深数据的三维反演问题。正演算法采用三棱柱剖分的有限单元法,可以模拟起伏地形下的复杂模型;在求解大型线性方程组时采用了不完全乔利斯基分解回代技术,大大提高了三维多点电源的正演计算速度;在计算偏导数矩阵过程中,依据互换原理,只需有效组合正演时每个点电源所对应的节点电位便可得到偏导数矩阵,节约大量计算时间。其次三维反演算法采用加权正则化共轭梯度法,抑制了严重病态的非线性问题。模型计算结果表明:加权非线性共轭梯度反演算法既保证了反演稳定收敛,又能适合起伏地形反演,达到了满意的效果。     

坡顶局部荷载下边坡的二维和三维稳定分析(Ⅰ)——强度折减的有限元法

各种在π平面上等效面积的Drucker-Prager屈服准则如DP4、DP5和DP6等模型,都不同程度地模拟了平面应变条件下土体的破坏强度,这就是为什么等效面积的DP屈服准则在二维土坡稳定分析中被推广应用的原因.结合砂土的真三轴强度破坏实验结果,从量化角度论证了DP4模型求出的土坡安全系数会保守一些,而DP5模型求出的土坡安全系数更真实一些,更好地发挥材料的承载潜力,是评价二维与三维边坡稳定较理想的弹塑性模型.结合DP5模型,探讨了矩形均布荷载不同的长宽比值对边坡二维与三维稳定的影响,指出荷载长宽比值小于4对边坡的安全系数有较显著的提升,并进一步指出剪胀角对长宽比小于2的边坡稳定也有较显著的影响.     

基于三角网格的三维地形局部贴图方法的研究

纹理映射技术是一种提高图形真实感的有效手段.目前常用的一些三维开发软件，如Vrml、Java3D，一整片曲面只能一次加一种纹理，不能满足以不同的纹理贴图来表现不同地貌的需求.为此给出一种基于三角网模型的三维地形的局部贴图方法，在整个三角曲面片中，通过用户划定范围并且对划定后的范围进行局部贴图，从而可在一个曲面片上表现不同的地貌特征.该方法优于通过多张地形曲面表现多地形不同地貌的方法.     

基于超声波断层图像的三维重构方法

为降低检测成本,减少辐射危害,提出了基于超声波断层图像进行典型零件的三维重构方法.设计了相共振结合拉东反变换计算方法的零件断层扫描试验,基于Matlab平台构建了轮廓提取算法、图像堆叠算法以及三维模型重构算法.结合图像处理算法与三维模型重构算法实现了二维超声断层图像的三维重构,重构的零件外形尺寸与内部形位误差约为1 mm.结果表明,本文提出的超声波断层图像三维重构方法可靠、准确,可用于典型金属零件轮廓及内部缺陷的无损检测与三维重构.     

基于流形排序的三维模型检索方法

针对现有的基于视图的三维模型检索方法大多将二维投影视图特征直接用于表示三维模型,忽略不同视点下的二维投影视图特征的贡献度的问题,提出一种基于流形排序的三维模型检索方法,关注不同二维投影视图特征的贡献度。通过旋转三维模型获得34张不同视点的二维投影视图,采用基于尺度不变特征变换(scale invariant feature transform, SIFT)特征的词袋模型提取34张二维投影视图的词频向量特征,利用流形排序将同一个三维模型的34个词频向量特征聚合成一个三维模型特征。试验表明,基于流形排序的三维模型检索方法能够有效地提高检索结果的准确率。     

基于三维粒子图像测速技术的艉流场试验

为了解决船舶艉部流场复杂流动机理认知困难的问题,本文依托哈尔滨工程大学船模水池实验室拖曳水池中的大型水下三维粒子图像测速系统,以具有槽道U型船艉的某型号单桨商船缩比模型为研究对象,对设计工况下不同截面处的船舶艉流场进行测量。测量结果展现了舭涡、螺旋桨毂帽涡以及"钩状"速度等值线等流动结构。同时对不同截面位置处的船舶艉流场进行了3方向速度、涡旋强度以及涡量等对比分析。分析结果表明:与一般U型艉肥大型船舶艉流场相比,具有槽道U型船艉流场在其结构形式中同样具有强烈的船艉舭涡和"钩状"速度等值线。但是其船艉舭涡和"钩状"结构有明显的向船中收缩趋势,受船中向内的凹陷船体表面影响,具有明显的边界层流场收缩现象。     

基于新投影模型的利用图像均匀性的RayCasting加速方法

计算机仿真投影图像(digitally reconstructed radiograph,DRR)在计算机辅助医学领域有着广泛的应用,特别是二维三维图像配准对仿真投影图像生成的效率有着苛刻的要求.提出了一种新的投影模型,该模型可有效地分离投影图像中物体的尺度变换和投影失真的耦合度,提高仿真投影图像尺度的可控性.同时提出基于图像内容均匀性的RayCasting改进算法,加速针对光线的积分过程.实验表明:针对均匀性较好的数据,改进算法的效率较传统RayCasting算法有一定提高,同时改进算法生成的仿真投影图像的边缘具有较高的精确度.     

基于四元数模型的二维三次非线性相位耦合频率估计方法

针对二维三次非线性相位耦合分析中的分维配对问题进行了研究。构造了合适的基于四元数的二维谐波模型,根据此模型定义了特殊的四阶累积量切片,分析了加性高斯在有色噪声中的二维三次非线性相位耦合。该方法从理论上避免了复数模型分析二维三次非线性相位耦合时频率配对中可能产生的错误频率对以及有可能产生的二维频率估计精度的不平衡等问题。仿真实验验证了该方法的有效性。     

立轴旋涡多圈螺旋流场特性研究

为描述进水口前立轴旋涡多圈螺旋的流场特性,运用数值模拟、试验研究和理论公式3种方法。其中,数模采用VOF法追踪自由水面,试验中用有色颜料作为示踪介质,3个方向速度的理论公式中增加了随轴向的变化。结果表明,在轴对称条件下,对数模、理论计算的速度分布进行对比分析,证实了旋涡流场不仅是径向的函数,而且还是轴向的函数。运用数值模拟具有能模拟各种不同边界条件的优势,还对非对称来流条件下形成的立轴旋涡进行了模拟。     

絮凝过程絮体粒度分布特征及流场仿真

絮凝主要用以改变水中悬浮颗粒的粒度分布.絮凝反应设备创造的水力条件直接影响其内部三维流场的分布,进而对絮体成长及粒度分布起决定性作用.以聚合氯化铝(PAC)为絮凝剂、水中高岭土悬浮颗粒为去除对象,采用浊度仪、颗粒计数仪等在线仪器对絮凝过程进行实时监测和数据记录,研究改变反应条件对动态絮凝过程絮体粒度分布及絮凝效果的影响,并对絮凝反应器内三维流场进行了仿真计算,有助于改善反应设备水流状态和强化絮凝效果.     

上颌中切牙在不同角度载荷下牙本质应力分布的三维有限元研究

本研究以上颌中切牙天然牙为解剖学基础建立了三维有限元模型。分别以生理载荷、垂直载荷、４５°载荷及水平载荷作用于牙体,通过计算得到了不同载荷作用下牙本质的应力分布并进行了比较。     

具有自调节通风性能的大型永磁同步发电机内流热特性数值研究

为了探究具有自调节通风功能的结构紧凑型大型永磁同步发电机内部流体流变特性及温升分布规律,以一台6 MW永磁同步发电机为例,基于电机学和数值传热学理论,结合流-热耦合机理,根据电机实际冷却结构选择一个周期作为求解域,建立三维流体场与温度场耦合分析数学模型及物理模型. 采用有限体积元法对永磁同步电机三维温度场进行数值研究,对发电机定转子铁心、定子绕组与绝缘以及永磁体的温升分布特性进行详细分析. 通过与电机绝缘温升限值的对比分析,验证了其求解方法的合理性以及计算结果的准确性,为永磁同步发电机温升的计算及通风结构的设计提供参考依据.     

基于内流数值试验的离心叶轮设计改进和流动性能分析

依据对离心叶轮内三维流场的数值研究，对某离心叶轮进行了改进设计。对于改进前后的叶轮内流动性能，运用有限元素法进行通流的三维气 动计算和分析以对比。计算结果表明，改进设计叶轮较原设计叶轮的流动性能有较大的提高。     

基于流固耦合的风力发电机周围流场特性分析

为了提高风能利用效率,合理设计风电场,基于ANSYS Workbench有限元仿真平台以水平轴风力发电机为研究对象,在额定工况条件下对风力发电机周围流场特性进行了流固耦合分析,得到了风力发电机尾迹及叶片附近旋转域流场的风速、风压分布.结果表明:在风力发电机后不同距离的截面处,其湍动能沿竖直方向均呈现“M”型变化趋势;在水平方向上,部分流经叶片的空气产生了旋转,并具有向四周扩散的现象;在叶片旋转域中,沿叶片径向其风压与风速不断增大.     

小宽深比条件下弯道水流特性的试验研究

在弯道水流中,几何参数宽深比对水流的3维运动特性具有重要影响。由于小宽深比（< 5）河道广泛存在于山区及人工河道中,采用声速多普勒流速仪（ADV）对固定宽度不同宽深比（B/H 分别为1.5,2.0,3.0）的U型弯道内水流流速进行了精细测量,并以水面横比降、横向环流、流速重分布、紊动强度与剪切力为研究内容,讨论与分析了该情况下的弯道水流结构。试验结果表明,在小宽深比条件下增加宽深比时：1）水流动力轴线开始向凹岸偏移的位置提前,因而小流速主流线沿着凸岸流动,直到出弯道才开始向凹岸偏移,大流速则更早地向凹岸偏移;2）横向流速在凹岸开始波动的位置依次靠近上游,3种工况中波动位置分别为120°断面、90°断面及60°断面;3）凹岸表层附近出现次生环流的位置依次提前,其位置分别为120°断面、60°断面及30°断面,并且次生环流强度及范围不断增大;4）床面剪切力不断增大。需要指出的是：3种工况的剪切力在弯道入口断面到弯顶断面之间较大,最大剪切力位置均出现在弯道的前半段,可以推断在动床中弯道泥沙在此段的冲刷比较严重;过弯顶断面后,凸岸床面剪切力大于凹岸。试验结果可以有效地反映不同小宽深比参数对弯道水流结构的影响,并为该条件下的弯道泥沙冲淤研究提供参考。     

基于Galerkin法的新型波形钢腹板箱梁桥动力特性研究

为科学合理地分析波形腹板钢箱-混凝土组合梁的自振特性,综合考虑剪切效应和剪力滞效应,运用Galerkin法和Hamilton原理推导了该桥型的自由振动控制微分方程和自然边界条件。根据自然边界条件,求解出剪切变形效应和剪力滞效应影响下波形腹板钢箱-混凝土组合梁竖向弯曲振动频率的计算公式,将其计算结果与实桥的实测结果、模型试验结果及ANSYS三维有限元结果进行了对比,并对竖向弯曲振动频率的影响因素和基频进行了分析。结果表明：竖向弯曲振动频率计算公式的结果与实桥的实测结果、模型试验的实测结果、ANSYS有限元结果吻合良好,验证了所推导的频率计算公式的正确性;竖向弯曲振动频率随高跨比的增大而增大,当高跨比小于0.05时,竖向弯曲振动频率的增幅较为平缓,当高跨比大于0.05时,竖向弯曲振动频率的增幅较为显著;竖向弯曲振动频率随宽跨比的增大而增大,但整体增幅不明显;竖向弯曲振动频率随波形钢腹板厚度的增加而不断增大,阶数越高,增幅越显著;箱梁剪力滞对竖向弯曲振动频率影响很小,前5阶最大误差仅为6.73%,波形钢腹板剪切变形对竖向弯曲振动频率影响较大,前5阶最大误差已高达51.18%。     

根据库埃特流动模型计算质量喷射和抽吸紊流边界层壁面剪应力的减少和增加

本文运用有质量喷射和抽吸的库埃特流动模型建立了质量喷射和抽吸紊流边界层模型,并给出了一个简单的解析式用采计算质量喷射和抽吸所造成的壁面剪应力的减少和增加,与实验结果和数值解比较表明,理论计算具有一定的精度.     

IDDES方法模拟风切变下大型水平轴风力机流场特性

为研究风切变条件下大型水平轴风力机流场特性,以NH 1500 kW大型水平轴风力机为研究对象,运用计算流体力学中模拟流场精度较高的IDDES (改进延迟分离涡)方法,分析流场内瞬时速度分量、脉动速度和风力机输出功率。结果表明：风轮平面周围流场速度波动大,轴向速度在风轮旋转边界以外的区域会增大,在旋转边界以内的区域会亏损;脉动风速频谱特性在低频区与风轮转频的整数倍相关,风力机功率呈余弦形式输出并满足湍流谱特性。