轴力和水压作用下深水输液管道湿模态振动特性分析

采用Love-Timoshenko理论和Helmholtz方程建立了轴力和水压作用下原油-管道-海水耦合模型,计算得到了深水输液管道壳振动周向模态的固有频率.通过文献对比,验证了该计算结果的准确性.通过不同工况管道固有频率对比,发现湿模态分析具有不可替代性,原油、海水的存在会降低管道壳振动固有频率,但不会影响管道弹性失...     

非定常流下Wells涡轮机准静态分析方法研究

以Wells涡轮机为研究对象,通过求解RANS方程和Spalart-Allmaras模型实现数值仿真模拟,研究非定常流下Wells涡轮机的准静态分析方法。通过网格独立性分析和已有文献对比,验证计算模型的准确性。计算并对比定常流、振荡流和往复流工况中Wells涡轮的性能,结果显示非定常流下Wells涡轮机会发生迟滞现象。通过振荡流和往复流的流动频率影响分析,说明非定常流下Wells涡轮机准静态分析方法的可行性和局限性:准静态分析对于较低流动频率的非定常流工况准确性较高,但对于较高流动频率误差较大。     

基于向量有限元的深水管道屈曲行为分析

局部屈曲破坏是深水管道运行的最大安全问题之一.采用创新性的向量式有限元方法(VFIFE)分析深水管道结构屈曲行为,推导考虑材料非线性的VFIFE空间壳单元计算公式,编制Fortran计算程序和MATLAB后处理程序,开展外压下深水管道压溃压力和屈曲传播压力计算、压溃和屈曲传播过程模拟.开展全尺寸深水管道压溃试验,进行深...     

穿越平移断层海底埋地管道屈曲失效分析EI北大核心CSCD

长输海底管道常不可避免地穿过地震断层,地震断层活动可能导致管道发生扭曲、皱折甚至断裂,极大威胁管道安全。采用创新性的向量式有限元方法 (VFIFE)分析穿越地震断层海底管道屈曲失效行为,首先推导考虑材料非线性的VFIFE空间壳单元计算公式,提出适用壳单元的非线性管土耦合模型,然后重点解决了海底管道屈曲及屈曲传播过程中存在的内壁自碰撞接触问题,编制了Fortran计算程序和相应后处理程序。通过文献对比证明了模型的正确性。开展了平移断层作用下空载状态海底管道屈曲失效过程模拟,分析了穿越角度、土体性质和水压大小对海底管道屈曲失效行为的影响,结果表明:海底管道径厚比小,用钢等级高,周围土体强度低,具有更高的抵抗断层位移载荷能力;较低外压和平移断层联合作用下,管道变形呈S形,屈曲失效由断层位移引起的过度弯曲主导,失效模式是第二个弯曲处或者两个弯曲处的受压侧出现明显内陷,截面变形呈椭圆形;穿越角度越小,屈曲失效的临界断层位移越小;周围土体强度越高(砂土>黏土>淤泥夹砂),管道弯曲变形越严重,屈曲失效的临界断层位移越小;较高外压和平移断层联合作用下,屈曲失效由外压主导,主要模式是第一个弯曲处或者第二个弯曲处首先出现压溃,然后发生屈曲传播现象;不同水压和平移断层位移组合下海底管道破坏程度不一,压溃位置、屈曲传播方向和范围、截面变形呈现不同模式。结果可用于指导穿越地震断层海底管道抗震设计和止屈防护研究。     

定常流和往复流下冲击式透平气动特性分析

为充分利用振荡水柱式波能装置中的往复流能量,选取冲击式透平作为研究对象,以输入系数、扭矩系数和效率作为性能指标,对该透平在定常流和往复流下的性能进行三维模拟分析,通过文献对比验证了计算结果的准确性.结果 表明:冲击式透平的几何参数中,外径间隙宜取1 mm左右,动叶片数量宜取30;在往复流下,冲击式透平的性能曲线因加、减...     

大跨度无支撑甲板拓扑-尺寸-材料联合优化设计

提出了一种加筋板概念-详细联合设计框架,以开展空间约束下的大跨度无支撑甲板刚度、变形及动态振动性能拓扑-尺寸-材料综合优化研究。应用加筋板拓扑设计域降维处理策略解决了大跨度甲板三维实体单元断连及计算效率低的问题。提出了兼顾迭代效率和逼近全局最优解的三段式延拓(TSC)法并应用于大跨度甲板的应变能、多工况位移及一阶动态频率的概念设计。通过480个加筋板刚度最大化算例证明了TSC法的有效性。提出了尺寸/材料一体化设计方法,并联合自动化技术对大跨度甲板概念结构进行了详细设计以便工程化制造,即曲形T形梁的截面尺寸、面板厚度及材料弹性模量组合优化。结果表明：与传统大跨度甲板相比,通过加筋板概念-详细联合设计框架高效获得的曲形大跨度无支撑甲板具备空间及性能(刚度、变形、动态振动)的双重优势。     

改进博弈论四重组合赋权法下的开口甲板多目标拓扑优化设计

结构刚度、振动及开口处强度影响开口甲板服役寿命。针对开口甲板型式,以多项式惩罚模型(Polynomial penalization model,PPM)为理论依据并辅以三段式延拓(Three-stage continuation,TSC)法,提出一种基于折衷规划法(Compromise programming method,CPM)和改进博弈论四重组合赋权法(Improved fourfold combination weighting model of game theory,IFCWGT)的强度-刚度-振动多目标拓扑优化(Topology optimization,TO)综合策略。为缓解传统变密度法收敛至局部最优解及局部模态问题,将应用TSC技术的PPM引入至开口甲板多目标概念设计领域。建立结合CPM和PPM-TSC的最大单元应力最小化、静态多应变能最小化、动态多频率最大化的多目标TO模型并应用β法以获取Pareto妥协解。提出利用博弈论思想无偏好耦合层次分析(Analytic hierarchy process,AHP)法、熵权法(Entropy weight method,EW...