复式防波堤断面尺度对波浪爬高的影响研究

数值模拟是求解防波堤爬高问题的重要方法。以Navier-Stokes方程为控制方程,该文建立了基于紧致插值曲线法(CIP法)的二维不可压缩流体的有限差分数值模型。通过分步算法对时间积分求解控制域,采用双曲正切函数自由面捕捉法(THINC法)对自由液面进行捕捉,采用浸入边界法IBM对固体边界进行处理,将波浪爬高问题视为固-液-气多相流问题。通过建立二维数值水槽,对波浪爬高越浪问题进行数值验证;进而在相同波浪条件下,对不同断面尺寸的复式防波堤进行波浪爬高的数值模拟。结果表明:该模型可以较好地模拟波浪过程中的变形、翻卷、破碎等强非线性现象,得出最大爬高与复式防波堤尺寸之间的关系,从而给出了最小爬高时对应的防波堤断面尺度。     

板-网结构浮式防波堤消浪性能的试验研究

水深较大时,固定式防波堤不再适用,而相比之下,浮式防波堤具有轻便、机动、经济及良好的海水交换功能等特点。因此为保障深水养殖网箱在风浪中的安全,采用浮式防波堤进行掩护是唯一可行的工程措施。提出了一种新型的浮式防波堤结构型式——板-网浮式防波堤。通过实验室物理模型试验,研究波浪周期、平板宽度、网衣数目、平板刚度以及水流方向和速度对波浪透射系数的影响。试验采用规则波浪,水深为20m,波高为2.5m、4.5m和6.0m,周期为6s～10s。试验结果表明,采用该种浮式防波堤具有较好的消浪效果,但具体参数需根据当地波浪、水流条件而定。     

中国南海岛礁护岸防波堤在波浪冲击作用下稳定性试验研究

南海对我国经济发展、资源开发与运输、维护国土完整具有战略性意义,目前我国已在南海海域以吹填方式建设了一系列的岛礁。为维护这些吹填岛礁的整体稳定性,在吹填体外围边缘修建了大量护岸防波堤,以避免海洋波浪的强力冲刷。岛礁护岸防波堤在极端风浪作用下的安全稳定性,是保证岛礁吹填体整体稳定的前提。以我国南海岛礁吹填工程为背景,采用大型物理水槽模型试验方法,研究南海岛礁护岸防波堤在设防极端风浪作用下的稳定性。研究表明:在设防极端风浪作用下,南海护岸防波堤的波浪冲击力可以达到50 kPa;防波堤的水平位移和沉降较小,地基发生较大位移变形的可能性低;钙质砂吹填土地基内由于土体的塑性体应变与越浪量造成了一定的孔隙压力累积上升,但并没有出现液化现象,稳定性基本能够得到保障;在设防的极端风浪作用下,现有的护岸防波堤设计可能造成越浪量过大,在没有扭王块消浪的情况下,海水越浪量可达到每延米195 m~3/h,会造成岛礁植被死亡,地下淡化水体被海水污染,延缓淡化水体的形成过程;采取放置扭王块措施可以有效减少海水越浪量,但也可以达到每延米56.3 m~3/h。南海岛礁护岸防波堤的防浪高度和防越浪能力需要引起关注。     

供风量对水下爆炸冲击波气泡帷幕消波效应的影响

为了减小水下爆破冲击波的危害,在某河道开展了气泡帷幕消减水下爆炸冲击波的现场试验。将300 g乳化炸药和2支PCB压力传感器同时悬吊在水面以下4.5 m深,乳化炸药位于中间,2支PCB传感器等距离位于两侧,且三者处于一条水平直线上,每支传感器与乳化炸药的水平距离为12 m。将气泡帷幕发生器置于其中1支传感器与炸药之间,与炸药水平距离为4 m。调节供风量产生相应的气泡帷幕,引爆炸药后测试两侧冲击波峰值压力,并计算有气泡帷幕一侧相比于无气泡帷幕一侧的冲击波压力下降幅度,对比分析了不同供风量形成的气泡帷幕对冲击波的消减效应。结果表明,供风量由0.938 m³/min增加到7.5 m³/min,冲击波峰压的消减幅度由77.507%增加到88.554%,供风量继续增加到29.1 m³/min,冲击波峰压的消减幅度缓慢增加到90.102%。可见,气泡帷幕对水下冲击波的消波效果随着供风量的增加而增加,但综合考虑电能消耗和消波效果,在本试验条件下供风量7.5 m³/min最为可取。     

多向不规则波浪作用下群墩结构所受波浪力的实验研究

实际海域中波浪是多向不规则的,波浪的方向分布宽度对作用在结构物上的波浪力具有显著的影响。为了研究方向分布对大尺度群墩结构所受波浪力的影响规律,该文通过物理模型实验模拟了多向不规则波浪与群墩结构的相互作用。通过对波浪荷载的时间过程线进行统计分析得到了作用在墩柱上的正向力、横向力。实验结果表明波浪的方向分布对群墩结构中墩柱所受横向力具有明显的影响。多向波浪作用时,墩柱所受横向力随着方向分布宽度的增大有显著的增大趋势,且后排墩柱受方向分布宽度的影响较前排墩柱更明显。     

近海箱型梁桥受海啸波浪力作用试验研究

近海桥梁在极端气候下会受到海啸波或者风暴潮等灾害作用。采用水槽模型试验研究了海啸波在近海桥梁结构上的波浪力作用规律。试验原型为厦门演武大桥的A匝道桥,上部为流线型三室箱梁,下部为圆柱式桥墩。模型采用1∶25缩尺比进行海啸波冲击试验,研究不同海啸波条件下箱梁和桥墩结构所受波浪力特点。研究结果表明：在波浪刚冲击到主梁时,由于受到动水冲击力的作用,结构所受压强会瞬间达到最大峰值,随后,当波浪水流逐渐浸没桥体时,由于受到动水压力的作用,压强趋于稳定变化。不同波速或冲击淹没系数下结构所受的竖向力峰值都约为水平力峰值的两倍,然而,波速或冲击淹没系数的变化却对结构所受水平力的影响更为明显。当波高一样时,随着波速的增加,桥墩所受峰值压强显著增大,而当波速相同时,波高的变化对桥墩所受峰值压强的影响较小,说明桥墩所受波浪力对波速的变化更为敏感。     

基于有限元与边界元耦合法的波浪力分析

利用有限元与边界元耦合法对三维无界区域中直立圆柱所受的波浪力进行进行计算,把整个求解区域分成内域或外域两部分,在内域采用有限元法,对外域采用边界元法,数值计算的结果与理论解吻合良好,表明该方法有效。     

超大型结构物受波浪力作用的数值模拟

为了计算波浪效应下超大型结构物所受的波浪力,该文运用σ坐标变换来追踪随时间变化的自由液面,添加了浸没边界法(IBM)来处理不规则结构物表面,建立了基于大涡模拟(LES)方法的三维数值模型。为验证该数值模型的正确定,运用该模型来模拟规则波作用下大直径垂直圆柱的绕射问题,圆柱周围的波浪爬高数值解与解析解吻合良好。运用该三维数值模型,模拟了波浪与南京长江三桥南塔钢套箱相互作用的问题,数值计算出的结构物所受的波浪力与试验数据吻合良好,表明该数值模型能够很好地模拟工程中三维波浪与超大型结构物相互作用的问题。     

基于标准化水平残余位移的沉入式钢圆筒防波堤抗震性能研究

根据国际航运协会《港口结构抗震设计指南》、日本港口结构震害调查结果和钢圆筒结构特点,将标准化水平残余位移作为沉入式钢圆筒防波堤的抗震性能指标,同时运用振动台试验和数值模拟研究了回填砂地基防波堤的动力特性,并评估了防波堤的抗震性能。结果表明,当设计地震动为1.7 m/s²时回填砂地基防波堤处于可服役状态,设计地震动为3.2 m/s²时防波堤处于可修复状态,不满足防波堤性能等级为S的要求,建议在设计中考虑远场地震和近场地震对防波堤抗震性能的影响。振动台试验研究发现当地震波加速度峰值为3.2 m/s²时筒外回填砂由于液化导致其对防波堤的侧向力改变,防波堤试验模型发生明显的倾斜现象,建议在地基加固设计过程中重点考虑筒外回填砂。当地震波加速度峰值为1.7 m/s²和3.2 m/s²时,钢圆筒筒壁应力最大值随高度的增加均呈现减小的趋势,同时钢圆筒防波堤存在两处薄弱环节,分别位于筒底及泥面处,因此结构设计时应优先考虑。     

波浪入射角及地形对浮体水动力学特性影响的有限元分析

利用有限元方法分析了二维情况下波浪入射角及地形对浮体水动力学特性的影响，计算了不同情况下浮体的水动力学系数；通过与简单地形情况下解析解的比较，验证了数值方法的正确性；并在分析中采用了BiCGStab算法，高效地求解离散形成的线性方程组，大大地提高了分析的效率。研究结果为海上结构物的设计提供了关键的水动力学数据。     

考虑结构响应及轴线形状的防浪堤抗波浪冲击数值模拟研究

采用多物质ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法对核电站防浪堤受波浪冲击过程中挡浪墙表面波压力和结构响应规律进行研究。建立与物理模型1∶1的三维直型防浪堤-波浪耦合模型,通过与波浪理论公式和物理模型试验结果对比,验证该文采用的数值造波和耦合冲击方法的可行性。在此基础上建立与实际模型1∶1的三维直、弧型防浪堤-波浪耦合模型,分析了防浪堤结构刚度、断面尺寸以及防浪堤轴线形状对波浪冲击过程中波压力和结构响应的影响。结果表明：防浪堤前、后表面最大波压力分别出现在静水面位置和后墙底部;前墙和堤顶宽度对后墙具有保护作用;结构响应增强前墙波压力,但对后墙波压力有减弱作用;防浪堤轴线方向突变处波压力与结构应力较大。     

粗粒土的强度与咬合力的试验研究

土的强度在土木工程中有重要意义，它是计算地基承载力、土坡稳定性和挡土墙上土压力的关键。现今国内外强度理论中，对无粘性土只计算内摩擦角ψ，粗粒土采用天然休止角α。作者进行了大量大型三轴压缩试验与现场陡坡试验并经工程实践，证明粗粒土中存在一种新的力。此力非通常的内摩擦力，称为咬合力。由于咬合力的存在，使粗粒土的强度大幅度提高。目前我国国家规范与一般高校教材中均无此内容。因此，这项研究具有相当的科学与经济价值。     

不同二阶绕射波浪力理论公式的结果互比

该文研究了一种简单快速回转体的二阶波浪力计算方法,并给出了直立圆柱和截断圆柱的二阶波浪力的计算结果,将所得计算结果与其它3种不同的理论公式的结果进行了对比,验证了该文计算方法的正确性。因该文方法不涉及自由表面上无穷积分,表达式简单、计算速度快,所以更适合快速计算二阶速度势所引起的二阶波浪力。     

考虑孔隙及微裂纹影响的混凝土宏观力学特性研究

混凝土是一种典型的多孔介质材料,孔隙分布错综复杂,孔径尺寸跨越微观尺度和宏观尺度,对混凝土弹性模量及强度等力学参数产生巨大影响.认为混凝土是由骨料、孔隙及砂浆基质组成的三相复合材料,采用Monte Carlo 法将孔隙、微裂纹及微缺陷与骨料颗粒随机投放在砂浆基质中.根据三相球模型及中空圆柱形杆件模型得到含孔材料的有效力学性质,并推导得到含孔材料的等效本构模型.建立含孔隙混凝土试件的细观单元等效化力学模型,对二级配含孔隙混凝土试件在单轴拉伸及压缩条件下的反应进行了非线性分析.结果表明:孔隙、微裂纹的存在对混凝土宏观弹性模量、强度及残余强度等力学性质都有很大影响,在对混凝土宏观力学特性分析及研究混凝土损伤断裂时不应忽略其影响.     

潜堤上孤立波传播的格子Boltzmann法数值模拟

基于格子Boltzmann法建立求解不可压缩的Navier-Stokes方程的数学模型,对孤立波与矩形潜堤和半圆形潜堤的相互作用过程进行了研究。通过建立二维数值水槽,采用Rayleigh推板造波,模拟了孤立波越过潜堤的过程。通过模拟速度场和自由表面,证明该模型能很好地模拟流动的分离和涡流的产生,结果与已有实验数据吻合。研究表明该模型能够模拟孤立波与潜堤相互作用中的水流分离、涡流产生、波浪破碎和传播等非线性现象。所得结论对于潜堤工程设计具有参考价值。     

CeO_2对铝化物涂层高温氧化膜生长应力的影响(英文)

采用改进的双面氧化弯曲法,原位测定了900℃下 CeO_2及其含量对 Al 化物涂层上的氧化膜生长应力的影响,并计算出了含 CeO_2的复合涂层与两种简单渗 Al 涂层的生长应力差值。实验表明:涂层中添加 CeO_2可细化 Al_2O_3膜的晶粒,增加了氧化膜的塑性,使复合涂层在900℃氧化45h 后的氧化膜内的生长应力同 NiAl 涂层和M38G 合金渗 Al 层相比分别降低了约2000MPa 和500MPa。此外,试样在升温过程中的弯曲行为表明,三种涂层的线膨胀系数间关系为 α_(NiAl)>α_(NiAl+CeO(?))>α_(渗 Al M38G 合金)。     

陈列柜蒸发器结霜对其风幕性能影响及融霜周期的实验研究

本文实验研究了陈列柜蒸发器结霜对其风幕送风速度的影响.实验结果表明蒸发器结霜大大降低风幕的送风速度.因此,蒸发器必须定期融霜.本文设定不同的融霜周期考察融霜周期、融霜时间和柜温回升三者之间的关系,为确定最佳的融霜周期提供实验性依据.     

具有不同介电常数的反射材料对GPS 多路径信号影响的试验研究

开展了具有不同介电常数的建筑材料对GPS 多路径信号影响规律的试验研究。对4 种常用非金属材料进行了介电常数测定试验,建立了一套GPS 多路径信号模拟与监测系统;以测定的两种非金属材料及一种金属材料作为研究对象,通过在离GPS 流动站天线不同高度、不同距离处分别放置反射板,获取了连续两天不同材料引起的多路径监测数据;将改进的粒子滤波算法用于GPS 数据后处理中,通过比较发现：对于同一种反射材料当安放在离流动站天线不同距离时引起的多路径信号是不同的,随着距离的增加而逐渐变小,且在增加相同距离的情况下减小的幅度也逐渐变小;反射材料在离流动站天线相同的距离时引起的多路径信号随其介电常数的增大而增大;与非金属材料相比,金属材料引起的多路径信号幅值变化较为剧烈。