驻波作用下有限厚度海床动应力路径特性研究

基于驻波作用下有限厚度海床动力响应的解析解,推导了海床内土体单元在以轴向偏差应力的一半为横坐标,剪应力为纵坐标的应力平面上的动应力路径,得出土体单元位于波节处的动应力路径为纵轴上的一条线段;位于波腹处为横轴上的一条线段;位于波节与波腹之间为非标准椭圆形。以北海区域为例对确定动应力路径的初始相位差?、轴向偏差应力幅值的一半a、剪应力幅值b 3个参数进行分析,得出在0~0.35倍海床深度范围内时,波节与波腹之间土体单元的动应力路径趋近于线段,而在0.35~1倍海床深度范围内时,动应力路径为非标准椭圆形,且初始相位差?沿相对深度的增加在-180°~-150°范围内变化。通过海床渗透系数、波浪周期、海床厚度对海床内土体单元动应力路径的影响分析可得:海床渗透系数、波浪周期的变化不会改变海床内相同位置土体单元a,b的取值,而对?的取值会有影响。当海床渗透系数不小于10-2 m/s时,海床内土体单元的动应力路径均为线段;而在不同波浪周期下,?在海床下部区域的变化范围均为-180°~-150°。当海床厚度较薄时,动应力路径在表层0~0.03倍波长范围内趋近于线段;当海床厚度在0.3~2倍波长范围内时,随着海床厚度的增加,海床表层动应力路径趋近于线段的深度范围逐渐增大。     

有限空间环形射流流场特性研究

通过数值模拟和实验验证方法,对有限空间环形射流流场特性进行研究。研究发现:环形射流能诱导卷吸大量周围气流向有限空间流动,有限空间中的流线几乎呈规则分布的直线。此外,对不同环缝出口速度下的有限空间环形射流的流场特性,中心轴线速度分布和引射系数变化规律进行研究,结果表明:环形射流流场可以分为非交汇区和交汇区,在x=0.35 m处中心轴线速度最小为0.08 m/s,且在该点开始交汇逐渐转变成单股射流,汇聚点位置不受环缝出口速度影响。随着环缝出口速度的增加,引射系数先迅速增加后缓慢减小,当环缝出口速度为16.4 m/s时,引射系数达到最大值5.19。     

有限厚度土层上的地基极限承载力研究

<正>1地基极限承载力定义地基承受荷载的能力称为地基承载力。现在完全因为剪切破坏造成结构倒塌的情况是很少见的,在许多情况下沉降将控制容许承载力。我们一般重点讨论框架结构物和设备基础的承载力,但水坝、路堤等其他结构亦     

水下隧道合理覆盖层厚度数值模拟研究

合理的确定水下隧道覆盖层厚度是建设水下隧道关键技术之一.一方面,覆盖层厚度是水下隧道建设的一个重要经济指标.在水下隧道线路方案确定以后,覆盖层厚度的大小直接决定着水下隧道的长度,从而影响水下隧道的建设费用.另一方面,覆盖层厚度还是控制水下隧道施工和运营安全的一个重要因素.文章通过有限元流固耦合分析,提出了长沙市湘江大道浏阳河隧道合理覆盖层厚度,直接指导了该隧道设计,同时对其它水下隧道设计具有借鉴作用.     

隧道穿越不同厚度断层破碎带稳定性研究

隧道在断层破碎带处施工时容易诱发塌方、大变形以及突泥突水等灾害。以五道岭隧道工程为背景,利用有限元软件对五道岭隧道的不同厚度断层破碎带对隧道围岩位移产生的影响进行分析。研究结果表明：隧道围岩最大竖向位移和水平位移都发生在断层破碎带处;隧道围岩位移值均随着断层破碎带厚度的增大而增大,断层破碎带厚度越小,隧道围岩越稳定。     

平行黏结模型中细观参数对宏观特性影响研究

 采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对平行黏结模型中细观参数对宏观特性的影响进行系统研究。首先通过理论研究,定性提出细观参数与宏观特性的理论公式,然后运用PFC2D数值模拟,定量地给出两者之间的关系式。研究表明：(1) 计算模型宏观弹性模量主要由颗粒接触杨氏模量和颗粒黏结杨氏模量决定,且与二者均呈线性关系,同时受颗粒接触法向刚度与切向刚度之比、颗粒黏结法向刚度与切向刚度之比及颗粒尺寸的影响,且均呈对数关系;(2) 泊松比主要由颗粒刚度决定,且呈对数关系,受颗粒尺寸的影响较小;(3) 抗压强度由颗粒黏结应力比?b,m/?b,m决定,受颗粒摩擦因数?的影响轻微,当0＜?b,m/?b,m＜2时,抗压强度主要受?b,m的影响,当?b,m/?b,m≥2时,抗压强度主要受?b,m的影响。并给出具有一定参考意义的相关关系式,结合实例进一步对相关分析式的可靠性进行论证。研究成果对快速、合理确定PFC模型细观参数具有指导意义。     

海底隧道最小岩石覆盖厚度确定方法研究

目前国内正在修建或拟修建多条海底隧道,其最小岩石覆盖厚度是海底隧道纵断面线路设计的主要参数之一,将直接制约着海底隧道的安全和工程造价。为此,开展了确定海底隧道最小岩石覆盖厚度的确定方法和准则研究,并综合分析了各种不同方法确定的海底隧道最小岩石覆盖厚度对最终岩石覆盖厚度的权重影响。通过加权的方法得到了确定海底隧道最小岩石覆盖厚度的方法和原则。最后结合工程实例,应用上述方法,得到了宁波象山港海底隧道最小岩石覆盖厚度。     

基于频域有限差分法的船舶围壁频域热特性分析

本文建立了船舶围壁结构的频域有限差分模型(FDFD),计算了该结构在一定频域范围内的频域热特性,同时采用CFD模型计算了该结构的时域热特性。通过两个模型计算结果的对比验证了FDFD模型的准确性。并进一步分析船舶围壁在不同频率外扰下的热特性,指出在高频区应考虑其动态特性,不能采用简单的稳态方法进行热流计算。     

变胶结厚度下胶结颗粒微观模型的初步研究

粒间胶结厚度对胶结作用有一定的影响,在已有研究基础上针对不同胶结厚度,设计加工了适用于设定胶结厚度的胶样成型装置及复杂应力辅助加载装置,制备了胶结厚度为1.5mm的铝棒60对,经一定时间的养护后,对其进行了一系列拉伸压缩剪切等力学加载试验,并将试验结果与蒋明镜等人^[8]的无胶结厚度及胶结厚度为0.6mm的相应试验结果进行对比分析,得出不同胶结厚度对铝棒间胶结物力学特性的影响。结果表明:随着胶结厚度的增加,抗拉强度增大,抗压强度减小,抗剪强度也减小。     

软弱地基隧道锁脚钢管承载特性研究

应用有限元方法模拟了软弱地基隧道锁脚钢管承受竖向集中荷载时的受力变形过程,研究了锁脚钢管的承载特性。锁脚钢管与围岩的接触压力主要分布在钢管外端很小区域,应力应变极值出现在钢管外端附近。随着荷载的增大,应力极值处首先进入塑性状态,钢管呈拔出破坏。对比分析了围岩强度和钢管参数对锁脚钢管承载力的影响规律,结论为:对于不能穿透软弱地基的锁脚钢管,其轴向承载力十分有限,合理下插角很小;常用的42 mm小导管直径过小,横向承载能力有限,不宜用作锁脚钢管;锁脚钢管存在一个决定于围岩强度和钢管规格的合理长度,超出合理长度后承载力不再增加;锁脚钢管应全长开孔注浆,重点加固初期支护结构附近的围岩。在此基础上,提出了锁脚钢管设计施工的方法和建议。     

Absorption of thermal energy in PMMA by in-depth radiation

An experimental technique is developed to quantify the absorption of thermal energy in black PMMA (Polycast) by in-depth radiation in semi-transparent media. In-depth heating occurs when non-reflected incident heat flux enters the solid without first being absorbed at the exposed surface. Transient conduction due to temperature gradients occurs within the solid in response to this in-depth absorption. An analytical model is developed for predicting time to ignition for such in-depth heating situations. Using the measured absorption coefficient, κ, the analytical prediction for time to ignition is found to be in excellent agreement with data from experiments of Saito and Delichatsios.     

电场条件下变压器油的引燃温度特性

以目前在运变压器常用的25#绝缘油为例,测试了不同温度条件下变压器油在电极针产生的电场下的点燃特性,为变压器起火机理与防治研究提供指导。试验表明,25#变压器油在电火花能量18 J、最大电场强度为6.56×10³ kV/m的针-针电极电场条件下,点燃的临界温度约为172 ℃;其引燃有爆燃和稳定燃烧2个过程,爆燃时燃烧瓶内压力最大,为510 kPa左右,其引燃过程与单一气体组分丁烷有较大差异。     

基于红外热成像与温度场有限元模拟的混凝土无损检测研究

采用红外热像仪与温度传感器监测设备,对含缺陷的混凝土试件进行了检测.通过试验结合数值分析的手段,建立一种基于红外热成像与温度场有限元模拟的混凝土无损检测技术方法.试验及模拟计算的结果表明,红外热成像法与温度场有限元模拟均能有效地检测出试件中的缺陷,两者相结合能更全面准确的揭示出混凝土内的结构信息.     

快速升温诱发混凝土热开裂过程的数值模拟

基于对混凝土细观结构的认识,从材料力学性质的非均匀特性出发,对不同力学边界条件下的混凝土快速升温诱发热开裂的过程进行了数值模拟,数值模拟中假定混凝土是由砂浆基质、骨料及其他们之间的界面组成的三相复合材料,并以最大拉应变准则和摩尔库仑准则作为损伤发生的阀值.数值模拟再现了混凝土内部微裂纹萌生、沿骨料与砂浆之间的界面扩展、贯穿砂浆基体的热开裂全过程.快速升温下温度梯度以及热力学不匹配联合作用下的这种热开裂裂纹,是混凝土热破坏过程中的主要裂纹形式之一,除了材料非均匀特性之外,热开裂裂纹的萌生、扩展也是促成混凝土热爆裂发生的不确定性的原因之一:在致使混凝土热破坏的同时,其本身也是水(汽)压力释放的主要通道,在一定程度上缓解热爆裂.数值计算结果对混凝土高温热破坏的研究具有参考价值.     

Dynamic investigation of a concrete footbridge using finite element modelling and modal analysis

In this article, the application of a manual updating method for finite element (FE) model updating of a concrete footbridge using modal analysis approach is described in detail. An FE model was developed using DIANA (FEM software package) to estimate the response of structure under free-vibration analysis. Afterwards, ambient vibration test (AVT) was conducted to extract the dynamic properties. The fundamental mode shapes of the structure were successfully identified applying ARTeMIS (modal analysis computer program). The mode shape pairs of initial FE model and a complete set of test results were employed for manual updating. A parametric study was carried out to specify the most sensitive parameters of the model. For this purpose, boundary conditions, mass density and Young's modulus of elasticity were examined as uncertain parameters. Attempts to calibrate the primary FE model revealed that the spring constants of supports were the most effective parameters for updating process. The FE model was calibrated considering three main criteria consisting of combination of natural frequencies/mode shapes and modal assurance criteria (MAC)/mode shapes. The calibration strategy performed in the present study, including parametric study on uncertain parameters of initial FE model, parameter and target response selection and MAC calculation based on modified formulation, has been discussed. The updated FE model and the measured mode shape counterparts exhibited very good correlation.     

航空液压油在热辐射下的点燃及燃烧特性研究

液压油等重质燃油是飞机与汽车发动机等设备中的重要传动介质,容易在高温热辐射作用下发生点燃及燃烧,但目前对于此类重质燃油在高温辐射作用下的燃烧特性缺乏科学认识。基于锥形量热仪对15号航空液压油的燃烧特性进行了实验研究,得到了燃烧特性实验数据,分析了外加热辐射对液压油池燃烧的影响机制,发现外加热辐射对于高含碳油池火的影响主要作用机制是强化其火焰辐射换热,基于火焰热反馈理论建立峰值预测模型,能够准确预测外加辐射作用下燃烧速率的峰值。可为此类重质燃油的在高温工作环境下的防火提供基础数据和理论依据。     

自锚式悬索桥动力特性研究

以三汊矶自锚式悬索桥工程为例,利用通用有限元分析软件ANSYS建立大桥的动力模型,计算了前16阶频率及振型,并具体分析了恒载、加劲梁刚度、桥塔刚度等结构参数,提出了自锚式悬索桥动力特性的影响规律。     

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....     

A new method to investigate the energy absorption characteristics of thin-walled metal circular tube using finite element analysis

A numerical study is made to investigate the energy absorbing rule of thin-walled metal circular tube made of three different materials (steel, copper, aluminum) by using response surface methodology (RSM). At the same time, the application prospect of RSM in terms of the research on the energy absorption rule of energy absorption structure can be explored. The test result shows that, the compression process of thin-walled metal circular tube can be divided into three stages: elastic stage, yielding plateau stage, compact stage; To get the greatest value of average plateau force (APF) , a tube with a shorter height and thicker wall should be adopted; To get the greatest length energy absorption (LEA), a tube with thicker wall should be adopted and the ratio of its height and diameter should be as big as possible; To get the greatest specific energy absorption (SEA), a tube with a thicker wall should be adopted and the ratio between its height and diameter should be as big as possible. Thus, it can be seen that, RSM is an advanced experiment design method, and it can be widely used in the research on the energy absorption characteristics of thin-walled metal circular tube and has a promising application prospect in the development of new energy absorbing material and structure.     

Temperature fields for fire resistance analysis of structures exposed to natural fires in large space buildings

Temperature fields analysis is an essential work to evaluate the behavior of structures in fires. Large space buildings are mostly highly populated or high‐fire load places with high fire risks. So it is a research focus to predict the temperature fields of large space fires accurately. In this study, a full‐scale physical experiment on fires in large spaces has been conducted. The results show that the temperature distribution of natural fires in large spaces is nonuniform. With regard to the evolution laws of the temperature fields of natural fires in large spaces, the author developed a new temperature field prediction model for large spaces. The new model has been compared with the well‐known Li G Q model and the Xue S D model. Based on the comparative analysis, the new model can predict the change laws of the temperature fields with time in the whole fire process and reflect the gradual attenuation of temperature fields in the fire during the decay phase better. In the meantime, this new model developed by the authors can be used to structural analysis exposed to fires in large space buildings.