考虑初始缺陷的平整冰-锥体结构碰撞数值模拟

基于非线性有限元数值方法,对含初始缺陷的平整冰与锥体结构碰撞场景进行了模拟。将标记为初始缺陷的实体冰单元从平整冰模型中删除,并将黏聚单元插入到实体冰单元之间。在实尺度下对平整冰与锥体碰撞场景进行了数值模拟,分析了平整冰的断裂破坏模式并预报了锥体所受冰载荷,并将数值模拟结果与不考虑初始缺陷的数值模拟结果进行了比较。分别分析了初始缺陷分布位置和含量对锥体所受冰载荷的影响。结果表明,初始缺陷对于平整冰的断裂破坏模式和冰载荷均有重要的影响。     

基于模型试验的船-冰碰撞载荷空间分布演变历程研究

针对船-冰碰撞载荷空间分布的演变历程,通过一系列的冰水池模型试验,分别从"整体"与"局部"的角度,对船-冰碰撞载荷沿船体表面的空间移动轨迹,及局部冰压力空间分布形态随时间的变化过程进行了研究。结果表明:船-冰碰撞过程中的冰载荷沿船体外板的整体作用呈现出近抛物线的轨迹;同时,冰压力的局部空间分布也呈现出与冰载荷时程曲线中"峰-谷"循环波动特征相对应的"单-双"高压力区周期性的动态演变过程,极端冰载荷只存在于"单高压力区"型的局部空间分布形态下。基于多个载荷板对船-冰接触轨迹进行覆盖的理念,提出一种移动冰载荷的构建方法。相邻载荷板之间的载荷时程存在重叠以更好地模拟载荷的空间"移动",而各载荷板上的非均布冰压力则通过高斯函数进行拟合。     

基于幂律分布的浮冰生成方法及船-冰碰撞分析

随着北极冰川的不断融化扩散,极地航行船舶与浮冰的碰撞不可避免,而浮冰分布变化是影响船-冰碰撞的重要因素之一.目前对于浮冰分布的研究多是基于图像数据识别,在模拟计算中多简化为规则方形冰块,这与实际浮冰分布与形状有着明显区别.为此,基于幂律分布理论与浮冰形状特征在ANSYS/LS-DYNA软件中编写子程序生成浮冰场,以此为...     

基于流固耦合的管道双车振动运移水力特性研究

为了探究流固偶合作用对筒装料管道水力运输流场水力特性的影响,采用商用ANSYS Fluent 12.0软件对管道流场和管道双车结构响应进行联合求解,并分析管道双车在平直管道振动运移的水力特性。管道流场计算采用雷诺时均动量方程和RNG k-ε湍流模型,管道双车结构响应计算采用刚体运动方程。结合模型试验,分析轴向流速及测压管水头,并将模拟结果与试验结果对比。结果表明:模拟结果与试验结果一致,最大相对误差不超过5.36%,说明采用流固耦合方法求解管道双车在平直管道振动运移的水力特性是可行的;管道双车瞬时速度与间距均在微小范围内呈不规则振动变化,可将管道双车振动运移视为恒定运动。     

基于谱单元方法的平板冲击流固耦合研究

假设流体无粘且无旋,计及流体中的气穴现象,采用谱单元方法建立水下爆炸瞬态流固耦合的三维数值模型,探讨了水下爆炸瞬态流固耦合作用的机理,用经典的平板冲击问题对数值模型进行验证,数值结果与解析解吻合良好,并根据数值结果绘制了流体中的气穴区域,对气穴效应进行分析,分析显示,气穴效应会对结构响应产生很大影响,在计算中应予以考虑。基于本文建立的数值模型,在不同网格细化的条件下,分别采用谱单元方法和有限元方法对弹簧——平板模型进行水下爆炸瞬态流固耦合问题的求解,并在此基础上对谱单元方法和有限元方法进行对比研究,研究发现,谱单元方法在提高精度的同时能大量节省计算时间,可较好地应用于水下爆炸流固耦合问题的求解中。本文旨在为相关水下爆炸瞬态流固耦合的研究提供参考。     

基于双向流固耦合方法的火箭发动机输流管路振动研究

火箭发动机的液氧煤油输送管路经常发生异常振动,严重威胁火箭发动机安全,处理不当将使火箭发射失败,造成巨大经济损失,因此必须对输送管路振动进行研究。本文建立了包含波纹管、多段弯管及其他附属结构的高压输送管路三维模型,采用双向流固耦合方法,在外源压力脉动激励作用下,对管路进行了振动研究,并通过热试车试验验证了计算结果的有效性。分析结果表明,同一频率下,振动加速度的幅值分布与流场压力幅值分布有明显的相关性,表明流体压力脉动是引起管道异常振动的根本原因,且随着平均压力的升高,管道的振动加剧。可视化结果表明,管道振动剧烈位置主要集中在中间管道和波纹管处。波纹管、弯管和支撑处的应力应变值较大,是容易发生结构失效的危险位置,应重点关注。     

基于截面轴力与弯矩屈服面本构积分的梁-柱单元

梁-柱单元模型是杆系结构有限元分析的基础,现有的塑性铰模型和纤维模型无法兼顾计算精度与效率。该文依托Euler-Bernoulli梁理论,并以塑性理论和数值方法为基础,选用截面组合思想构建截面的轴力与弯矩的屈服面,提出了在截面内力空间上基于轴力与弯矩屈服面进行截面本构积分的平面梁柱单元。通过一悬臂柱的静力弹塑性分析和框架柱的动力弹塑性分析算例,验证了所提出的截面轴力弯矩(NM)耦合单元模型,在计算精度上接近纤维模型,在计算效率上远高于纤维模型。     

基于流变模型的降黏型聚羧酸减水剂的试验研究

为解决高强混凝土存在的黏度过高影响施工的问题，本研究对减水剂分子结构进行设计，提高了聚羧酸减水剂对低水胶比胶凝材料体系的黏度调节能力。以异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)、丙烯酸、巯基丙酸等为原材料，分别加入功能性单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯磺酸钠(SMAS)和2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯(HEMAP),通过自由基聚合反应合成了降黏型聚羧酸减水剂。通过红外光谱仪对减水剂结构进行表征，结合流动度测试探究了其分散性能规律，结合流变学测试定性分析了其降黏性能规律。实验结果表明，适量掺加三种功能单体时，合成的聚羧酸减水剂不仅获得了良好的分散性，而且降黏效果显著；流变学测试结果与Bingham流变模型具有良好的相关性，可以反映减水剂的降黏性能规律。     

基于并层单元的大体积混凝土水管冷却温度场热-流耦合精细计算

热-流耦合精细算法能准确反映冷却水管附近温度梯度,从而精确计算大体积混凝土水管冷却温度场,然而该方法在有限元计算中存在前处理规模大、计算效率低的缺点;依据混凝土的热力学参数随龄期变化特性和混凝土水管冷却温度场分布规律,开发了一整套热-流耦合精细计算的前、后处理程序,在计算过程中依据龄期特性对混凝土单元不断进行并层处理,从而实现了大体积混凝土水管冷却温度场整体-局部一致模型的快速建立和高效精确数值模拟。数值计算算例表明该方法能在保证计算精度的同时,极大地降低有限元计算过程中的单元规模,有效地节约了计算时间,提高了计算效率,使得大体积混凝土温度场全过程精细数值仿真得以实现。     

基于界面断裂的粘聚区长度计算方法研究

基于各向异性双材料界面断裂力学理论,再根据D-B模型假设的有限裂纹尖端奇异性将消失,推导出复合材料分层裂纹尖端粘聚区长度的计算模型。结果显示复合材料分层裂纹尖端粘聚区具有振荡性(当振荡因子0时),并且粘聚区长度与裂纹长度、应力值及振荡因子有关。将新模型应用于界面单元法中,模拟了双悬臂梁(DCB)和混合型弯曲梁(MBB)分层扩展过程中的载荷-位移关系,并比较了不同的粘聚区长度对收敛性和计算精度的影响,结果表明该模型可较精确地计算复合材料的粘聚区长度,以此为基础划分网格能同时保证收敛性和计算精度要求,并可有效地节省运算时间。     

基于三维离散-连续耦合方法的NPR锚索-围岩相互作用机理研究

恒阻大变形(NPR)锚索作为一种高效的吸能锚索已广泛应用于边坡和采矿工程的加固和监测预警中。NPR锚索工作时的径向膨胀特性将影响整个锚固系统的性能。因此,基于离散元法(DEM)-有限差分法(FDM)耦合方法对静力拉伸作用下NPR锚索-围岩的相互作用机理进行分析。NPR锚索考虑为连续单元体,围岩和锚固材料由离散球体单元表征,将整个NPR锚固系统实现了离散元法与有限元法耦合模拟。围岩的离散元细观参数得到校准,NPR锚索的有限差分宏观参数由相应的静力拉伸室内试验进行验证。通过分析数值结果,对NPR锚索与NPR锚固系统的恒阻力进行了比较;描述了锚索-围岩界面的正应力与切应力的分布特征;此外,对锚固剂与围岩的破坏模式进行了细观研究。研究结果描述了NPR锚索与围岩的相互作用并揭示了NPR锚索的特殊锚固机理,可用于预测和提高NPR锚索锚固系统的性能。     

基于模态叠加法和直接刚度法的列车-轨道-桥梁耦合系统高效动力分析混合算法

为提高列车-轨道-桥梁耦合系统（Train-Track-Bridge Coupled System,TTBS）动力分析的计算效率,该文基于作者之前提出的TTBS动力分析混合模型,结合模态叠加法和直接刚度法,提出了一种改进的混合方法（Improved Hybrid Method,IHM）。该方法中,列车动力方程通过多刚体动力学方法建立;轨道结构动力方程通过直接刚度法建立以准确求解其高频局部振动响应,桥梁结构动力方程通过模态叠加法建立以降低其自由度数目。列车和轨道结构通过轮轨线性Hertzian接触关系耦合为列车-轨道耦合时变子系统,轨道与桥梁间通过轨-桥相互作用力的平衡迭代实现耦合。首先以朔黄重载铁路32 m简支梁桥现场试验数据验证了该文方法的正确性。然后,以CRH2型高速动车组通过万宁系杆拱桥为例,探究了桥梁振型数量对动力响应指标计算精度的影响规律,最后,对比三种不同的列车-轨道-桥梁耦合系统动力分析方法的计算结果及耗时,结果表明：同样的计算精度下,该文方法具有更高的计算效率。     

基于社会力模型的人群-桥梁竖向动力耦合效应研究

针对越来越多的轻质柔性人行桥在随机人群荷载作用下的结构振动问题,为了能够获得更为真实、精细的振动响应,建立考虑人群-结构相互作用的随机人群荷载模型尤为重要。首先利用移动弹簧-质量-阻尼模型模拟单人的动力学行为,并基于社会力模型,建立人群的随机运动模型,进而建立考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载模型。根据任意时刻人行桥和随机人群动力平衡,建立随机人群-人行桥耦合振动的控制方程。利用状态空间法求解人行桥动力参数随随机人群运动的变化情况,利用振型分解法求解耦合振动控制方程,探讨考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载对人行桥模态以及振动响应的影响。分析结果表明耦合系统模态变化量随着人数增加而增加。行人随机性与人群-结构相互作用对轻质结构的竖向动力响应影响很大,故在计算轻质结构振动响应时不可忽略。相比于加速度峰值,均方根加速度能够弱化随机波动的干扰作用,因此也采用了1-s均方根加速度更合理地衡量了结构的振动响应。     

基于热-力耦合模型的纤维丝束带铺放残余应力的模拟及实验研究

采用有限元分析计算和实验测试2种方法,在热-力耦合载荷作用下,对纤维丝束带铺放成型时的残余应力进行了研究。首先,建立纤维丝束带铺放的热-力耦合模型,利用有限元分析研究了不同温度和压力参数条件下纤维丝束带铺放残余应力的模拟结果。其次,对结果进行分析比较得到各个因素对纤维丝束带铺放残余应力的基本影响规律;最后进行不同温度和压力等铺放参数对纤维丝束带铺放成型时残余应力影响的实验测试研究,以验证热-力耦合有限元模型计算结果的正确性。结果表明:2种方法得到的残余应力分布基本一致,只是残余应力的最大值之间存在着差别。      

SRC柱-钢梁混合框架直接基于位移的抗震设计方法研究

型钢混凝土（SRC）柱-钢梁混合框架结构具有较好的抗震性能,在大跨度结构及高层建筑中得以广泛应用,然而对于SRC柱-钢梁混合框架结构的抗震设计方法研究较少。根据SRC柱-钢梁混合框架结构的特点,将其性能划分为使用良好、暂时使用、修复后使用、接近倒塌四个水平,采用层间位移角限值予以量化,并在此基础上提出SRC柱-钢梁混合框架直接基于位移的抗震设计方法。利用通用有限元软件ABAQUS中的PQ-FIBER模型对SRC柱-钢梁混合框架进行静力弹塑性分析,并采用已有的试验研究成果对PQ-FIBER模型的适用性进行了验证。采用此方法对某8层SRC柱-钢梁混合框架结构进行了设计,然后采用静力弹塑性分析法验证该方法的可行性,为SRC柱-钢梁混合框架结构直接基于位移的抗震设计方法提供一定依据。