水流作用下平面金属网衣水阻力特性数值模拟

为研究养殖用金属网衣多孔小直径网状结构的水动力响应特性,采用计算流体动力学原理,基于Navier-Stokes方程及大涡模拟(LES)湍流模型,并运用ABAQUS/CFD模块中的Gauss-Seidel耦合方法进行了水流作用下网衣的流固耦合计算,在试验验证的基础上,得到了不同目脚尺寸和网线直径组合条件下锌铝合金网衣的平面受力计算结果。结果表明:当网衣目脚尺寸由25 mm增加到35、45 mm时,3种网线直径对应的网衣受到的水阻力值平均减小幅度分别为29.15%和43.79%;当网线直径由2.5 mm增加到3.2、4.0 mm时,3种目脚尺寸对应的网衣受到的水阻力值平均增加幅度分别为27.01%和55.84%。本研究结果可为进一步探究金属网箱在波流作用下的整体受力变形提供理论参考。     

四面受火胶合木中长柱耐火极限试验研究

通过4组10根胶合木中长柱四面受火的耐火极限试验,研究截面尺寸、持荷水平、阻燃涂料等对胶合木中长柱耐火极限的影响规律。通过理论分析提出了胶合木中长柱基于炭化速度的耐火极限计算方法,并采用有限元软件建立了胶合木柱热力耦合数值分析模型。结果表明,随着持荷水平增加,四面受火胶合木柱耐火极限明显降低,当持荷比由30%增加至50%时,耐火极限平均降低24.5min;随着截面尺寸增加,四面受火胶合木柱耐火极限显著提高,当截面尺寸由200mm×200mm增加至300mm×300mm时,耐火极限平均增加28.0min;当胶合木柱表面采用阻燃涂料涂刷后,耐火极限平均增加4.0min。胶层、持荷水平和截面尺寸对试件内部距离边缘相同位置处的温度变化无明显影响,表面涂抹阻燃涂料可稍降低试件内部温度的上升速度。垂直胶层方向和平行胶层方向的炭化速度无明显差异,有阻燃涂料处理的木柱炭化速度略小于无阻燃涂料处理的木柱炭化速度。基于剩余截面法计算的四面受火胶合木中长柱耐火极限计算值与试验值的相对误差绝对值的平均值为6.5%,基本满足工程精度要求。有限元模拟得到的耐火极限与试验值的平均相对误差为8.6%,也满足工程精度要求。     

四面受火胶合木中长柱耐火极限试验研究

通过4组10根胶合木中长柱四面受火的耐火极限试验,研究截面尺寸、持荷水平、阻燃涂料等对胶合木中长柱耐火极限的影响规律。通过理论分析提出了胶合木中长柱基于炭化速度的耐火极限计算方法,并采用有限元软件建立了胶合木柱热力耦合数值分析模型。结果表明,随着持荷水平增加,四面受火胶合木柱耐火极限明显降低,当持荷比由30%增加至50%时,耐火极限平均降低24.5 min;随着截面尺寸增加,四面受火胶合木柱耐火极限显著提高,当截面尺寸由200 mm×200 mm增加至300 mm×300 mm时,耐火极限平均增加28.0 min;当胶合木柱表面采用阻燃涂料涂刷后,耐火极限平均增加4.0 min。胶层、持荷水平和截面尺寸对试件内部距离边缘相同位置处的温度变化无明显影响,表面涂抹阻燃涂料可稍降低试件内部温度的上升速度。垂直胶层方向和平行胶层方向的炭化速度无明显差异,有阻燃涂料处理的木柱炭化速度略小于无阻燃涂料处理的木柱炭化速度。基于剩余截面法计算的四面受火胶合木中长柱耐火极限计算值与试验值的相对误差绝对值的平均值为6.5%,基本满足工程精度要求。有限元模拟得到的耐火极限与试验值的平均相对误差为8.6%,也满足工程精度要求。     

波流作用下双体组合式网箱水动力特性研究

运用刚体运动学原理及集中质量方法,建立了双体组合式网箱浮架、网衣、锚绳及浮子的受力运动方程数学模型,利用物理模型试验对数学模型进行了验证。结果表明,所建立的数学模型具有较好的可靠性及准确性。在此基础上运用数学模型,计算了在不同波流工况下,双体组合式网箱的锚绳受力、浮架运动及网衣变形。计算结果表明:在相同工况下,三类锚绳相比,连接锚绳受力最大,锚碇锚绳受力次之,网格锚绳受力最小;各种工况下,三类锚绳的受力随流速、波高的增加有不同程度的增加,随周期的增加有一定程度的减小;浮架中心点水平方向运动幅度总体表现为随流速的增加有一定程度的增加,竖直方向运动幅度总体表现为随流速的增加略有减小,浮架中心点水平、竖直方向运动幅度随波高、周期的增加均有一定程度的增加;浮架倾角随流速的变化不明显,随波高的增加有一定程度的增加,随周期的增加有一定程度的减小;网衣体积损失率总体上表现为随流速的增加有一定程度的增加,波高、周期变化对网衣变形影响较小。     

常州地区大直径钻孔灌注桩承载性状及尺寸效应试验研究

基于常州高架一期工程2根大直径钻孔灌注桩静载荷试验及桩身力学测试结果,研究常州地区大直径钻孔灌注桩加载过程中侧摩阻力和端阻力的发挥特点及荷载传递规律,得到极限状态下桩侧摩阻力和桩端阻力尺寸效应系数,对成孔卸载造成桩承载力降低及其他影响桩承载力的因素进行分析。试验研究结果表明:试桩的荷载-沉降(Q-s)曲线为陡降型,极限承载状态下,2根大直径钻孔灌注桩(长径比为36～43)端阻力分担总荷载的比例较小,分别为11.4%和18.1%,属于摩擦型桩;极限荷载时浅层黏性土发生侧阻软化,桩-土位移为3～7mm,砂土中为4～7mm;桩侧摩阻力与端阻力尺寸效应明显,大直径钻孔灌注桩侧摩阻力及端阻力尺寸效应系数与土的种类有很大关系,较《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)计算值偏小,侧阻尺寸效应系数平均值大约为0.85(砂土)和0.88(黏性土),且具有沿深度减小的趋势,砂土和黏性土中桩端阻力尺寸效应系数分别为0.74和0.75。     

基于数值模拟的单锚张纲张网水动力性能研究

为深入开展单锚张纲张网渔具结构优化、渔获性能评价研究,使用数值计算方法对其水动力特性和形状进行模拟。根据田内准则将中国东海近海渔业生产中常用的单锚张纲张网(230 m×180 m)按大尺度比为25和小尺度比为3.95缩小,然后使用集中质量法对模型张网进行离散化处理,并对网目进行群化。建立拓扑结构,在此基础上采用有限元方法建立单锚张纲张网数学模型并进行数值模拟。结果表明:网具从初始状态到稳定状态的时间随流速的增加而减小;当流速较小时,网口水平和垂直扩张较好,随着流速的增加,网口两侧网衣垂直扩张逐渐减小,上、下纲中部高度未见明显减小,但后坠程度逐渐增大,网具纵向拉伸逐渐增大,网口的宽度明显减小,而网口高度略有下降;网具各部分网衣的缩结系数从网身到网囊逐渐减小,且随着流速的增加而减小;网具的总阻力(F)随流速的增加而增加,且与流速(v)呈F=480.1×v1.722的关系;网具上纲和下纲两端结附网线张力载荷较为集中,且随着流速的增加,集中载荷分布趋势愈加明显。研究表明,通过数值模拟分析网具的总体扩张和阻力,掌握张网网具各部分网衣和纲索的张力载荷分布,以及随流速的变化情况,分析网具的受力均匀性和结构合理性,了解各部分网衣的横向扩张情况,这对于分析网具整体选择性、滤水性和渔具的导鱼性等至关重要。     

基于数值模拟的单锚张纲张网水动力性能研究

为深入开展单锚张纲张网渔具结构优化、渔获性能评价研究,使用数值计算方法对其水动力特性和形状进行模拟。根据田内准则将中国东海近海渔业生产中常用的单锚张纲张网(230 m×180 m)按大尺度比为25和小尺度比为3.95缩小,然后使用集中质量法对模型张网进行离散化处理,并对网目进行群化。建立拓扑结构,在此基础上采用有限元方法建立单锚张纲张网数学模型并进行数值模拟。结果表明:网具从初始状态到稳定状态的时间随流速的增加而减小;当流速较小时,网口水平和垂直扩张较好,随着流速的增加,网口两侧网衣垂直扩张逐渐减小,上、下纲中部高度未见明显减小,但后坠程度逐渐增大,网具纵向拉伸逐渐增大,网口的宽度明显减小,而网口高度略有下降;网具各部分网衣的缩结系数从网身到网囊逐渐减小,且随着流速的增加而减小;网具的总阻力(F)随流速的增加而增加,且与流速(v)呈F=480.1×v~(1.722)的关系;网具上纲和下纲两端结附网线张力载荷较为集中,且随着流速的增加,集中载荷分布趋势愈加明显。研究表明,通过数值模拟分析网具的总体扩张和阻力,掌握张网网具各部分网衣和纲索的张力载荷分布,以及随流速的变化情况,分析网具的受力均匀性和结构合理性,了解各部分网衣的横向扩张情况,这对于分析网具整体选择性、滤水性和渔具的导鱼性等至关重要。     

经一麻五灰地仗处理的木梁三面受火耐火极限试验研究

传统木结构建筑木构件表面通常采用地仗处理进行保护,而地仗处理对木构件耐火性能的影响规律尚不清晰。为此,通过4组10根三面受火木梁耐火极限的对比试验,研究了截面尺寸、持荷水平、是否地仗处理等因素对木梁耐火极限的影响规律,提出了剩余截面法计算木梁耐火极限,并提出了木梁热力耦合数值分析模型。结果表明,三面受火木梁耐火极限随持荷水平的增加明显降低,当持荷比由30%增加至50%时,木梁耐火极限降低19.6%~31.7%,平均降低17.5min;三面受火木梁耐火极限随截面尺寸增加显著提高,当截面尺寸由100mm×200mm增加至200mm×400mm时,耐火极限提高95.1%~107.8%,平均增加40.0min;木梁表面经一麻五灰地仗处理后,耐火极限提高21.3%~429%,平均提高15.8min。不同持荷水平和截面尺寸木梁内部距离边缘相同位置处的温度变化相近,表面采用一麻五灰地仗处理可显著延缓木梁内部温度的上升速率,木梁两个方向的炭化速度平均值为0.54mm/min,与未作表面处理的木梁相比降低19.4%。基于剩余截面法和数值模拟得到的三面受火木梁耐火极限预测值与试验值的误差在±15%以内,基本满足工程精度要求。     

沉子重量与单片网衣水阻力及变形的试验研究

设计了模型试验的结构形式、动力条件以及试验所用的网衣和沉子的规格,通过物理模型试验及数值简化计算,得到了相关数据,分析了沉子的不同配重对六边形无节单片尼龙网衣水阻力及变形的影响,推导出网衣水阻力与沉子质量的相关经验公式,给出了网衣顶端倾角、底端位移与沉子质量相关的计算方法。     

千枚岩深埋隧道支护参数对结构受力与变形的影响

为探索成武高速2号隧道支护参数对结构受力与变形的影响,以室内试验、原位试验和现场测试为主要手段,研究了隧道围岩工程特性、初期支护围岩压力、二次衬砌接触压力、拱顶下沉、周边收敛-时间曲线的变化规律; 提出增加单层初支刚度、采用双层初支、增加双层初支刚度3种支护参数方案,再利用FLAC3D有限差分软件分析,以原始支护方案和3种支护参数方案为基础建立4种工况来确定不同支护参数对隧道结构受力与变形的影响。结果表明:在原始支护方案模拟结果中,拱顶竖直位移和拱脚水平位移趋于稳定时分别为185.57 mm和330.51 mm,与现场测试结果相对误差分别为5.5%和7.5%; 采用单层初支时,钢拱架间距由75 m调整为60 m,钢拱架型号由I18调整为I22,拱顶处的竖直位移为161.45 mm,相对于原始设计模拟结果减少了13%,拱脚处水平位移为273.21 mm,减少了17.3%,右拱腰处应力集中值为11.18 MPa,减少了9.1%; 采用双层初支时,2层中钢拱架间距与型号均与原始支护设计相同,为75 m与I18,拱顶处的竖直位移为130.58 mm,相对于原始设计模拟结果减少了29.6%,拱脚处水平位移为227 mm,减少了31.3%,右拱腰处应力集中值为8.24 MPa,减少了33.0%; 采用双层初支时,2层中钢拱架的间距均为60 m,型号为I22,拱顶处竖直位移为80.56 mm,相对于原始设计模拟结果减少了56.6%,拱脚处水平位移为159.34 mm,减少了51.8%,右拱腰处应力集中值为6.13 MPa,减少了50.2%,此工况下隧道支护结构的受力变形限制最好,拱顶沉降为80 mm,周边收敛为160 mm。