波浪场中水中悬浮隧道动力响应的研究

针对水中悬浮隧道在波浪力作用下动力响应的问题,通过Hamilton原理推导得到了悬浮隧道管段和锚索的运动控制方程,同时考虑了锚索横向和轴向变形之间的耦合作用,建立了悬浮隧道的动力响应模型,在时间域内采用逐步积分法迭代求解其运动控制方程。波浪力采用Airy线性波理论和Morison方程计算。计算结果表明:当锚索长细比较大时,锚索的自振模态会被激发,其横向和轴向变形之间的耦合作用不可忽略。随着入射波高或悬浮隧道重浮比的增加,悬浮隧道的横荡位移以及横摇角增大,但结构的垂荡位移以及锚索中的应力受波浪的影响较小。     

水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的计算模型与数值模拟

建立了水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的简化计算模型。用等效质量法将圆柱壳分布质量折算成冲击点处的集中质量,模型中考虑流体附加质量和系统阻尼的影响。根据碰撞过程中的动量守恒、变形过程中的能量守恒以及结构的位移与内力关系,得到问题的解析解。为验证解析解,在ANSYS/LS-DYNA中建立了动态冲击有限元分析模型。通过算例分别考察了在忽略和考虑流体附加质量两种情况下,冲击点位置和冲击速度对冲击点处最大径向位移的影响,将解析解与数值解进行对比,结果吻合较好。然后采用数值模拟方法得到了系统阻尼对计算结果的影响规律。数值模拟过程中还可以得到冲击点处的最大Mises应力。     

水中悬浮隧道锚索在波流场中的涡激动力响应

建立了水中悬浮隧道的锚索在波流场中顺流向涡激振动的数学模型,并考虑了波浪作用下,悬浮隧道的运动引起的强迫激励和参数激励对锚索顺流向涡激振动的影响。应用Galerkin方法和数值积分法,计算分析外激励频率对锚索顺流向涡激振动的影响。计算结果表明,外激励作用下锚索顺流向涡激振动的振幅明显增大,且当外激励频率接近锚索一阶自振频率时,振幅达到最大值。     

随机激励作用下悬浮隧道锚索的振动响应

为了研究水下悬浮隧道锚索在随机激励作用下的响应,考虑锚索的垂度效应,建立水下悬浮隧道锚索非线性随机振动方程,采用蒙特卡罗数值模拟法对随机激励作用下锚索的振动响应进行研究。研究结果表明：在零均值高斯白噪声激励作用下锚索的位移和速度均方根响应经过一定时间后将趋于定值;随着激励荷载均方根的增大,锚索位移和速度均方根响应也随之增大;由于水体阻尼力的作用,锚索的位移和速度均方根响应比空气中的锚索大幅减小。     

水下悬浮隧道张力腿的时滞减振控制研究

基于Euler-Bernoulli梁理论和时滞反馈控制策略,建立了参数激励作用下水下悬浮隧道张力腿的非线性振动控制方程,利用Galerkin法和线性稳定性分析,得到时滞作用下控制系统稳定性边界条件.通过数值计算分析了不同控制参数对振动响应的影响.结果表明,合理的时滞值和增益值,能大幅降低水下悬浮隧道张力腿的振动响应,提...     

悬浮隧道锚索-隧道耦合非线性参数振动研究

考虑锚索的垂度效应和水体对锚索的作用,建立了悬浮隧道锚索-隧道体耦合非线性参数振动数学模型,并用龙格-库塔积分法对其进行了数值求解。研究结果表明,隧道体的初始扰动严重影响锚索的位移响应;水体对锚索的阻尼力和附加惯性力均可减小锚索的位移响应;增大锚索或遂道体的阻尼可以显著减小锚索的振幅,通过在锚索或隧道体上设置阻尼器以消除锚索的大幅振动的方法可行。     

悬浮隧道动力响应分析方法及模拟的研究进展

为了分析波浪地震耦合作用下悬浮隧道的动力响应,通过Stokes波浪理论和三角级数法计算了波浪荷载和地震荷载,基于D’Alembert原理建立了波浪地震耦合作用下悬浮隧道的管体-锚索模型。结合悬浮隧道待建工程对荷载参数和系统响应进行分析,结果表明：波浪地震耦合作用下悬浮隧道管体-锚索模型与锚索振动模型具有较好的一致性,但后者无法考虑系统的参数振动;地震的方向对悬浮隧道系统的响应具有显著影响,相同地震峰值加速度下水平地震作用所产生系统的响应要大于竖向地震作用,且锚索的响应大于管体;地震的峰值加速度与系统响应之间具有一定的函数关系,随地震荷载峰值加速度的增加系统的最大位移响应约呈线性增加趋势;在地震荷载的基础上考虑波浪荷载后系统的响应有所增大。随波浪波高和波长增加系统响应约呈线性增大,且较小波浪的周期(小于10 s)易引发系统的共振。     

混凝土安全壳的LOCA温度场分布与温度内力分析

在混凝土安全壳的结构设计中,LOCA事故下的温度效应是不容忽视的问题。由于其温度变化具有较强的瞬时特征,温度场在壳壁内的分布也具有显著的不均匀性,导致其内力计算较为复杂。而我国现行的安全壳设计规范并没有对LOCA温度效应的计算与设计提出具体的方法。该文基于传热学分析方法计算得到了LOCA事故下不同时刻安全壳壳壁内的温度场分布,可作为安全壳进行温度内力分析的基础;基于弹性力学理论,忽略结构底端的约束效应,提出了安全壳结构在LOCA温度作用下的内力简化分析方法;采用有限元软件ANSYS对安全壳结构在LOCA各时刻温度场作用下的应力、位移、内力等进行了详细分析,并与理论分析结果进行了比较,结果表明两者在一定范围内吻合得较好。     

波浪地震耦合作用下悬浮隧道动力响应分析

为了分析波浪地震耦合作用下悬浮隧道的动力响应,通过Stokes波浪理论和三角级数法计算了波浪荷载和地震荷载,基于D'Alembert原理建立了波浪地震耦合作用下悬浮隧道的管体-锚索模型.结合悬浮隧道待建工程对荷载参数和系统响应进行分析,结果表明:波浪地震耦合作用下悬浮隧道管体-锚索模型与锚索振动模型具有较好的一致性,但...     

悬浮隧道锚索流固耦合振动试验研究

悬浮隧道跨越长深水域的新型交通结构物。在水流的作用下,锚索将会发生涡激振动,以往的研究主要采用数值方法,而进行模型试验研究是探索悬浮隧道锚索涡激振动机理不可或缺的研究手段之一。本文利用风浪流多功能水槽,以千岛湖悬浮隧道锚索为原型,采用节段模型试验的方法,进行了均匀流作用下锚索涡激振动试验研究。通过试验发现,圆形锚索的Cm值约为0.94,线性流体阻尼比ξ’约为1.26%;锚索在约化速度U/fnD =5.8~10.1发生涡激锁定现象,产生涡激共振,此时横向振幅约化值（Ay/D）最大达到1.10,顺流向振动依旧较小,而升力系数CL和拖曳力系数CD均会显著的增大;参数分析发现,圆形锚索倾斜布置有利于降低涡激共振的不利影响,但当来流角度的变化后会对倾斜布置的锚索产生不利影响。     

悬浮隧道锚索的涡激动力响应分析

参考斜拉桥拉索的振动微分方程,利用动力学方程和莫里森方程,建立了锚索涡激振动方程,计算并讨论了锚索倾角、张力和长度的改变对其横向振动的影响。计算结果表明:锚索拉力和倾角的减小将引起振动幅值的增加和一阶固有频率、引起涡激流速锁定的流速、最大响应时的参数激励频率的减小;锚索垂直深度的减小将引起振动幅值的减小和一阶固有频率、引起涡激流速锁定的流速、最大响应时的参数激励频率的增加。     

轴向激励下悬浮隧道锚索参数振动分析

考虑悬浮隧道锚索的垂度,导出了锚索在轴向激励作用下的非线性振动方程,并采用伽辽金法和龙格-库塔法对典型悬浮隧道锚索进行了数值求解.研究表明,锚索的参数振动响应与水体的阻尼力,锚索的垂度,索端激励大小有关;锚索的内外直径比应综合各种因素进行选取;不考虑锚索垂度的计算结果较考虑垂度的计算结果小;由于水体阻尼力的作用,悬浮隧...     

水下运动体的三维动力特性分析

在水下运行的物体,由于其与周围水之间的相互作用,从本质来说是一种典型的流固耦合问题。采用位移-压力格式(结构用位移来描述而流体用压力来描述)的流固耦合模型来描述运动体和水之间的相互作用。这种格式和有限元方法将水下运动体的三维动力特性问题,归结为一个大型非对称方程的特征值问题。采用Arnoldi方法进行此非对称特征值的求解。此外,对于刚体模态带来的零频问题,构造出一种特殊的迭代求解格式。最后,给出了一个水下圆柱体的实例计算分析,计算结果表明本文中的方法是切实有效的。     

浮桥运动响应分析的非线性间隙单元构造与应用

因浮桥接头动力响应的复杂性, 至今仍未找到一种通用的方法模拟接头的动力特性, 使得对浮桥进行建模并求解其的动态响应时存在较大困难。利用杆单元模拟接头的抗拉和抗压特性, 并利用梁单元的抗弯特性, 把两者结合组成非线性混合单元, 可以较好地模拟接头的特性和求解浮桥的动态响应。对数值计算和已有的模型试验结果的分析发现, 在快速通载时非线性连接浮桥会发生位移波堆积效应。