水下悬浮管道地震响应分析

水下悬浮管道的动力性能,与陆地结构有较大的区别.应用流固耦合数值分析方法和ANSYS软件,建立了地震作用下水中悬浮管道分析模型,采用El Centro地震波,对地震加速度峰值分别为0.5,1,2,4m/s2 4种情况下的响应进行了计算,并通过与无水情况下的计算结果进行比较,分析了地震强度等因素对结构动力响应的影响,探讨了地震作用下水下悬浮管道地震响应规律.结果发现,在有水和无水2种情况下,结构地震响应的峰值在不同时刻发生.在大部分时间内,考虑水作用时的地震响应均大于不考虑水作用时的地震响应,且这种差别随着地震强度的增加而增大.     

三维波浪作用下大直径圆柱绕流的数值模拟

为探讨三维波浪与结构物的相互作用,以两相流概念、大涡模拟的不可压缩粘性流体运动方程和自由水面追踪分段线性近似的流体体积(VOF)法为基础,建立了三维波浪与结构物相互作用的数学模型;对三维波浪作用下大直径圆柱绕流进行了数值模拟,用两步边界定位法和虚拟边界力法确定波浪与结构物接触面.结果表明:大直径圆柱绕流系数的数值计算结果与理论解吻合,所建立的数学模型能够很好地模拟三维波浪与结构物的相互作用.     

航天器发射塔风振响应分析

结合高75m的某钢结构航天器发射塔,通过ANSYS软件,采用频域法对结构在顺风向风荷载作用下的动力响应进行分析计算。通过考虑结构的不同阶振型,计算不同情况下节点位移响应根方差。对结果进行分析比较,得出不对称复杂结构,在计算风动力位移响应时,仅仅考虑第一阶振型是不够的,必须综合考虑多阶振型对结构的影响。     

风、浪、流荷载组合对跨海桥梁动力响应的影响

为研究跨海桥梁所受风、浪、流环境荷载及其组合影响,采用国际结构安全性联合委员会（JCSS）提出的组合模型将风浪流荷载进行组合,并考虑了风浪流要素之间的相关性,对于风浪相关性采用了耿贝尔联合概率模型,并通过风海流实现了水流与风场的联合. 以某跨海大桥为工程背景,分析了不同荷载组合对主梁动力响应的影响及其机理,并讨论了荷载组合中参与荷载时段和不同波浪场对计算结果的影响. 研究结果表明:风、浪、流荷载对主梁位移响应影响较大,以风为主要荷载的JCSS组合比以波浪和水流为主要荷载的JCSS组合跨中位移响应偏大20%～30%;随机波浪和桥梁横向基阶模态对跨中横向响应贡献显著;主梁不同位置的位移响应受同一环境要素的影响程度不同,主跨跨中响应主要受风荷载的影响,塔梁结合处主梁响应主要受波浪荷载的影响;波浪场采用规则波模拟会低估主梁跨中位移响应.      

波浪荷载作用下施工平台随机动力响应分析

以青岛海湾大桥海上施工平台为背景,采用有限元分析程序提取了平台的各阶自振频率。对随机波浪作用下考虑不同激励方向的动力响应进行计算,并分析了不同激励方向对结构随机响应的影响,得出波浪荷载以45°方向激励时,结构以扭转为主的振型得到发挥,动力响应出现两次峰值。通过施工平台静、动力计算结果的比较,建议在施工平台的设计时,应充分考虑到波浪力的动力效应。     

用Morison方程计算分析悬浮隧道所受波浪力初探

根据悬浮隧道自身结构特点和工程设计中所考虑的波浪条件，利用Morison方程和线性波浪理论，计算分析了隧道放置深度、海流速度、流向与波向间的夹角、波浪周期等诸多因素对隧道所受水平波浪力的影响。     

动水压力影响下考虑SSI效应的桥墩结构地震响应分析

基于Morison方程法,采用附加质量考虑动水压力的影响,利用ABAQUS软件计算平台建立了动水压力作用下刚性地基桥墩和考虑SSI效应的桥墩结构,对动水压力作用下考虑和不考虑SSI效应时桥墩的地震响应进行了比较,分析了考虑SSI效应的桥墩的地震响应随水深的变化规律。结果表明:动水压力作用会增大桥墩的地震响应,其受桥墩入水深度的影响;当考虑SSI效应后,动水压力作用对桥墩自振频率折减和地震响应增大作用有所降低,但仍不能忽视动水压力作用。     

基于响应面法的连续刚构桥梁体系可靠度分析

为了解决分析桥梁结构可靠度时功能函数不存在显式的问题,在现有响应面法的基础上,提出了改进的响应面法;利用有限元软件,对某高墩大跨连续刚构进行了受力分析;选取压应力、拉应力和稳定性失效3类失效模式,在改进的响应面法基础上,利用编程软件MATLAB,实现连续刚构桥梁体系可靠度的计算.算例分析表明,该方法迭代次数少,效率较高,可实现连续刚构桥功能函数重构和体系可靠度计算.     

考虑SSI效应的输电塔-线体系风振响应简化分析

输电塔的分析设计通常按基础固支来处理,然而多数情况下地基并不是刚性的. 为了考虑弹性地基对输电塔风振响应的影响,建立了考虑土与结构相互作用（soil-structure interaction,SSI）的输电塔-线体系简化计算模型,并推导了风振响应动力方程. 基于提出的简化计算模型,选取工程中某特高压输电塔-线体系,编写MATLAB程序进行了结构系统的动力特性分析和风振响应时程分析,并选取了3种不同参数的地基土对输电塔的风振响应进行了对比分析. 研究结果表明:考虑SSI效应后,单塔的位移均方根值增大约20%,加速度均方根值减小约14%,基底剪力及基底弯矩最大值分别减小约7%、12%;考虑塔线耦联和SSI效应后,与仅考虑SSI效应的单塔相比,输电塔的位移响应有所增大,但加速度响应变化很小;随着地基土刚度减小,SSI效应的影响越明显,表明软土地基下输电塔的风振响应分析不能忽略SSI效应.      

多模块铰接式车体小曲线通过性能研究

对多模块铰接式车体的曲线通过进行了仿真分析与试验.分析了多模块铰接式车辆的架构和主要技术参数,利用MSC ADAMS多体系统动力学软件分析车辆在15 m最小平曲线半径、S型曲线及最小缓和曲线半径(R=200 m)爬坡(坡度13%)工况下结构运动自由度及结构部件之间的干涉情况,并计算铰接位置的相对运动转角;利用1:1的模型车进行曲线通过验证,确认车体满足车辆运行需求.将仿真分析与试验结果对比,确认仿真计算与试验情况相符.     

波浪作用下跨海大桥列车走行性研究

针对平潭海峡大桥所处海洋环境复杂恶劣、波浪会影响列车的安全性和舒适性问题,基于车-桥耦合动力仿真方法,利用自主研发的桥梁有限元软件BANSYS(bridge analysis system),分析了极端波浪荷载作用下车辆和桥梁的动力响应,讨论了波浪荷载重现期、车速、水深和桥墩刚度等因素的影响.研究结果表明:波浪荷载对车桥系统的响应影响显著,当波浪荷载重现期为50 a时,桥梁跨中横向位移超限;当波浪荷载较大时,波浪对列车走行性起主要控制作用,当波浪荷载较小时,车桥系统的动力响应对车速较为敏感;低桩承台方案可有效降低波浪荷载作用下桥梁和车辆的动力响应;桥墩基础采用常用的不同标号的混凝土对行车安全性和舒适性影响较小,车辆最大横向加速度相对变化幅值最高达3%.     

多孔介质海床对单桩所受波浪力的影响分析

为研究多孔介质海床的波浪衰减作用及单桩所受波浪力的变化规律,采用修正RANS方程和Forchheimer饱和阻力模型控制多孔介质内部流体流动,运用流体体积法追踪自由液面,建立波浪-多孔介质海床-单桩相互作用三维数值分析模型. 首先,基于波浪与多孔介质海床相互作用过程,研究了多孔介质海床对波浪传播的衰减作用;其次,分析了相同波浪条件下多孔介质海床及刚性海床时单桩所受波浪力的数值变化,突出了考虑海床多孔特性的必要性;最后,采用单一变量控制法,进一步研究了单桩所受波浪力数值随海床多孔特性参数的变化规律. 研究结果表明,海床多孔特性对波浪传播具有明显的衰减作用;给定的波浪参数和多孔介质海床条件下,单桩所受波浪力最大值比刚性海床情况提高约35%,若忽略海床多孔特性结构物会因低估波浪力数值而造成安全隐患;另外,结构物所受波浪力与海床孔隙率、颗粒直径、海床厚度及双层海床分布厚度及每层孔隙率密切相关. 其中,波浪力最大值随着海床颗粒直径的增加而递减,随着孔隙率的增大先增加后降低,且孔隙率会影响波浪力随海床厚度变化的趋势.      

基于区间摄动理论的隧道结构响应分析

基于区间摄动理论,针对隧道结构不确定量,结合基于单元的有限元方法,建立了隧道结构区间求解模型.该模型采用8节点等参元进行离散,同时考虑物理参数不确定性、材料非均质不确定性和荷载不确定性,利用区间有限元方法,对模型进行了不确定性分析,得到了隧道结构静力响应的区间范围,并将结果与ANSYS软件分析结果相对比.数值结果表明该模型在求解隧道结构不确定性问题是有效的、可行的.     

哑铃型桥梁结构畸形波浪力水槽试验及简化算法

为研究畸形波浪参数对新型哑铃型桥梁结构波浪力的影响,开展一系列波流水槽模型试验.首先,分析谱峰频率、频率范围及聚焦位置对哑铃型桥梁结构周围的波面时程图及波峰的影响;其次,阐明上述波浪参数对结构畸形波浪力时程图及波浪力峰值的影响规律;最后,基于经典绕射理论,提出适用于新型哑铃型桥梁结构畸形波浪力谱的简化计算方法.研究结果表明：谱峰频率、聚焦位置及频率范围对结构周围的波面位移影响均较小,差异均小于3%.谱峰频率和聚焦位置对哑铃型桥梁结构畸形波浪力有较大影响,当谱峰频率从0.6 Hz增加到1.1 Hz时,顺波向波浪力呈先增后减的变化趋势,变化幅度最高达11.0%,垂向浮托力则下降了57.0%;当频率范围从0.5 Hz增加到0.8 Hz时,顺波向波浪力下降了2.1%,垂向浮托力增大了5.9%;当聚焦位置从结构物的迎浪侧移动到背浪侧时,引起的结构顺波向波浪力变化幅度小于5%,垂向浮托力变化幅度小于3%.经过试验数据和理论分析结果的对比表明,基于绕射理论提出的简化算法可有效计算畸形波作用下哑铃型桥梁结构的波浪力谱模型.     

河口海岸波浪谱模型中考虑绕射效应方法的比较

讨论了两种河口海岸波浪谱模型WABED和SWAN中考虑绕射效应方法的差异,采用WABED模型计算了垂直入射波浪在无限长双防波堤口门内和椭圆形浅滩地形上的传播与变形,计算结果与物模实验数据、SWAN模型的计算结果以及Sommerfeld理论解进行了对比分析.分析结果表明,这两种方法都能够有效地计算波浪绕射,WABED模型能更好地模拟绕射强度较大的算例.     

西江干线船用螺旋桨性能分析与对比研究

针对西江干线船舶螺旋桨匹配与效率的问题,利用Pro/E和CATIA分别建立了西江干线船舶螺旋桨和船体的几何模型,应用Fluent计算软件和Workbench平台,在考虑有船体干扰的情况下,对西江主流船型螺旋桨的水动力性能和结构性能进行了对比研究.通过对比分析3叶螺旋桨和4叶螺旋桨的水动力性能和结构性能,预报了2种螺旋桨在实际营运环境中的优劣.     

日照港工程波浪计算分析及其应用

本文在对日照港多年波浪要素分析的基础上,采用考虑波浪折射、绕射、反射以及波能损耗等多种物理过程的波浪数学模型研究日照港波浪要素,综合计算两种水位、三个波向两年一遇组合情况下日照港码头扩建前后的港池内波浪要素,对港池泊稳条件进行分析.计算结果表明:日照港西港区扩建工程对港池波浪影响不大,而防波堤的建设对港池内波浪要素影响很大,使得港池内波浪普遍变的平坦,有效的掩护了港池区域,防浪效果明显,符合港区内的泊稳条件.     

基于AR模型的并靠两船相对运动预报研究

根据两船相对运动的特点,利用两船模相对运动的测量数据,运用基于自回归模型的时间序列分析法,建立了两船相对运动的数学模型,并给出了运动姿态的预报值.通过本方法的研究,可以得到满意的相对运动预报精度,为两船补给波浪、补偿装置的开发打下了理论基础.     

基于ANSYS-MATLAB联合仿真的大跨铁路悬索桥行车分析

针对大跨铁路悬索桥结构复杂、几何非线性显著的特点开展行车动力分析,提出了一种ANSYS与MATLAB实时交互、联合仿真的列车-轨道-桥梁耦合振动分析方法; 在ANSYS内建立悬索桥和轨道结构精细有限元模型,在MATLAB内基于多刚体动力学理论组装车辆质量、阻尼和刚度矩阵,并将轨道结构动力微分方程系数矩阵导至MATLAB中; 分别建立悬索桥子系统、轨道-车辆子系统的动力微分方程,然后基于异步长策略,以大时间步长在ANSYS内考虑主缆几何刚度,并通过更新结构刚度矩阵来求解悬索桥子系统振动响应,以小时间步长在MATLAB内考虑轮轨空间接触关系,并通过施加轨道不平顺来求解轨道-车辆子系统动力响应,2种计算软件通过实时交换数据实现子系统之间的耦合求解; 通过分析某单跨铁路简支梁桥的实测数据验证了该方法的正确性,并利用该联合仿真方法对主跨为660 m的某铁路悬索桥进行了行车动力计算。分析结果表明:随着车速的提高,桥梁动力响应增大,行车安全性与平稳性趋于恶化; 在车速不大于180 km·h-1的工况下,该悬索桥能够满足行车安全性要求; 在列车动力荷载作用下,不考虑悬索桥几何刚度会导致跨中竖向位移产生7.4%的计算误差; 考虑几何刚度、不更新桥梁刚度矩阵导致的桥梁与列车响应计算误差均不超过1%,能够满足工程计算精度需求。可见,提出的联合仿真方法可用于大跨柔性铁路桥梁的行车动力分析。      

基于绕射理论的大尺度桥墩波浪力计算方法

为拓展MacCamy绕射理论在大尺度桥墩波浪力计算方面的适用性,采用数值与解析相结合的方法对大尺度桥墩波浪力的计算模式进行了研究.首先基于数值方法研究了波浪作用下截面尺寸及截面形状对桥墩惯性力系数的影响;然后引入绕射系数对Morison方程进行修正,提出了能够适用于大尺度结构物波浪力计算的修正Morison方程.研究结果表明:相比圆截面桥墩而言,方形截面桥墩的惯性力系数值下降更快,大尺度效应更加明显;通过引入绕射系数修正后的Morison方程用于计算大尺度圆形桥墩波浪力后与数值解更接近;纵向尺寸取0.2倍波长时能较好的计算大尺度方型桥墩波浪力.