椭圆发热体倾角对方腔内自然对流的影响研究

通过数值模拟的方法,研究了方腔内椭圆形发热体的倾角对腔内自然对流的影响.分析了不同Ra下方腔内速度场和温度场的分布,以及方腔壁面和椭圆表面换热随Ra和倾角的变化规律,并与方腔内置等周长圆形发热体的换热进行了对比.研究结果表明:椭圆长轴垂直放置时表面的Nu最大;Ra=10~6时,长轴垂直放置时比水平放置时的Nu增大10.8%,比等周长圆的Nu增大4.6%.     

转动圆柱对封闭腔内混合对流换热的影响研究

为研究转动部件对受限空间内对流换热的影响,数值分析了二维封闭方腔内转动圆柱引起的混合对流换热,对比了圆柱转动方向对流场、温度场和换热的影响.结果表明,随着理查森数Ri的增大,方腔内的流动逐渐由强制对流占主导地位向混合对流以及自然对流占主导地位过渡.Re=150,圆柱逆时针转动时平均Nu随Ri增大而增大,而圆柱顺时针转动时平均Nu随Ri增大先减小后增加;Ri=0.1及Ri=1时,圆柱逆时针转动时的局部Nu峰值高于顺时针转动,且最大相差分别为1.89%和19.33%.Gr=5×10~4,圆柱逆时针转动时的平均Nu随Ri增大而减小,而顺时针转动时的平均Nu随Ri增大也呈现先减小后增加的趋势;Ri=0.1及Ri=1时,圆柱逆时针转动与顺时针转动时的局部Nu峰值间最大相差分别为3.96%和26.17%.在Ri=2时,Nu具有最小值且圆柱转动方向对方腔内Nu的影响最大,对于固定Re和Gr两种情况下,圆柱逆时针转动时平均Nu比顺时针转动时分别提高约91.9%和93.6%.     

方腔内热磁致空气自然对流数值研究

建立了处于空间中的孤立永磁体产生的永磁场中的二维方腔热磁自然对流模型,并通过数值计算的方法研究了方腔内空气在重力和磁化力驱动下的自然对流现象.在瑞利数105和磁场强度0.5~3.5T范围内,研究了梯度磁场对自然对流的抑制作用,给出了方腔内磁浮升力场,温度场、流场的变化以及方腔内壁面的换热特性.结果表明:高剩磁钕铁硼永磁体磁场可以明显的抑制方腔内自然对流,与重力场自然对流相比,方腔内流场和温度场发生了明显的变化,剩磁3.5T时Nu减小达47%.     

倾角对含内热源封闭方腔内湍流自然对流换热影响

为了研究腔体倾角和内热源位置对封闭腔内对流冷却效果的影响规律,采用RNG k-ε模型和DO辐射模型对有内热源、上下壁面导热的封闭腔内湍流自然对流耦合传热特性进行了数值分析.结果表明:使得热壁面总的平均努塞尔数取得最大值的热源距热壁面的无量纲最佳长度D=0.5,腔体最佳倾角φ=75°,比D=0.4、φ=0°时提高了20.5%;热壁面平均辐射努塞尔数对热源位置的敏感性较腔体倾角φ强;腔体热壁面上■为表面发射率的增函数.     

不同滑带角度滑坡作用下隧道衬砌结构受力特征

随着越来越多的隧道工程穿越滑坡区，滑坡与隧道相互作用过程的研究尤为重要. 为研究不同滑带角度滑坡对隧道衬砌结构受力的影响，以大（同）准（格尔）铁路南坪隧道为例，采用室内模型试验、数值模拟的方法，对0°、10°、20°、30°、40°、50°不同滑带角度条件下滑坡推力作用下隧道衬砌结构受力的影响特征及变化规律进行研究. 研究结果表明:滑带角度越小，隧道变形越大，作用在隧道衬砌结构上的弯矩、剪力及土压力越大，并在拱脚处出现最大值，形成隧道拱结构左右受力不对称特征，呈现偏压现象；通过计算隧道拱结构左右两侧的竖向偏压应力比显示，在拱肩位置且滑带为0时，偏压应力比为1.17，随着滑带角度的增大，隧道衬砌拱结构左右应力差越来越小，趋于平衡拱；在拱脚位置，偏压应力比随滑带角度的增大而逐渐增大，隧道衬砌拱结构左右两侧所受应力差越来越大，趋向于偏压隧道，最小偏压比和最大偏压比分别为1.08、1.87.      

洞口对低矮房屋海啸作用力的影响

为研究门窗及屋面板洞口对低矮房屋海啸作用力影响,在试验水槽中通过溃坝方式模拟海啸涌波,开展不同来流波高时低矮房屋海啸作用力模型试验. 分析了门窗、屋面板开洞率、开洞位置对低矮房屋海啸力的影响机理和影响规律,提出了开洞率、开洞位置影响系数. 研究结果表明:有门窗洞口时,海啸水平作用力最大值发生在波动段,并且最大值发生时刻随开洞率增大而延后,开洞率越大海啸水平力越小;门窗洞口竖向位置越接近海啸涌波高能区域时,海啸作用力最大值越小;屋面板较小的开孔即可释放裹挟空气,降低屋面板底部压力,减小结构似平稳阶段的竖向力,屋面板开孔能导致结构水平海啸力增大约20%,需要引起重视.      

公路客车横向加速度实验研究

为提供不同类型公路几何线形参数的计算依据,在12条不同地形环境、不同等级的公路上采集了小客车和大客车的横向加速度、行驶速度和轨迹曲率半径数据,评估了试验公路的行驶舒适性,给出了六车道、四车道、双车道3类公路的横向加速度特征分位值,针对不同公路类型和车型,建立了横向加速度-曲率半径和横向加速度-速度的均值模型、极限值模型和85分位值模型.研究结果表明:（1）车道数越少,行驶舒适性越差,设计速度低于30 km/h的双车道公路部分路段的行驶舒适性极差;（2）横向加速度累计频率曲线的拐点在第90~92分位,双车道公路的横向加速度最大值大于8 m/s2;（3）行驶轨迹越缓和、车道数越多,横向加速度分布越集中,且大客车的横向加速度分布要比小客车集中;（4）第85分位值模型可用于公路几何参数的最大值与最小值控制,均值模型可用于几何参数的一般值控制.      

论异节拍流水施工中流水工期差异的实质

基于异节拍流水施工可以按照不窝工有间歇(即分别流水)或不间歇有窝工的形式组织,研究了异节拍流水施工中流水节拍产生两种流水工期差异的条件,及差异值与流水节拍值的关系。结果表明:流水工期差异为当m个施工段需要n道工序进行流水施工时,任意连续的3个流水节拍值中,若位于中间的流水节拍值为最小值,不窝工有间歇的流水工期(T)与不间歇有窝工的流水工期(T')的关系是T>T',并且其工期差值与3个连续流水节拍中的最小值和另一侧的流水节拍最大值的差值有关,是m-1的倍数;否则,T=T'。     

砂卵石地层深基坑开挖数值模拟研究

为研究砂卵石地层深基坑开挖过程中基坑土体及支护结构的受力变形特性,运用MIDAS GTS NX软件建立有限元模型,选用修正摩尔库伦屈服准则,基于基坑开挖及支护施作过程开展数值模拟分析,获得基坑土体的位移、应力分布特征及支护结构内力特性.结果表明:随着分层开挖深度的增加,坑底隆起不断增加,灌注桩身水平位移最大值点下移,右侧桩水平位移最大值较左侧桩大;土层的塑性状态区主要分布于基坑两侧及坑底局部范围,呈左右对称分布现象,从地表呈滑弧至基坑底部;支护结构设计时,立柱埋入坑底段应配置抗拉构件,第一道内支撑两端及其跨中处弯矩达到最大,应重点配置抗弯构件.     

近侧穿桩基盾构区间隧道掘进扰动分析

在城市地铁盾构隧道近距离侧穿高架桥桩基的过程中,极易造成地表下陷、桩基偏位,存在较大安全隐患.利用Midas GTS NX软件仿真盾构的隧道施工流程,对盾构掘进过程中地表下沉、桩基横向位移的变化规律作出了计算分析.数值计算结果显示,在单线隧洞施工过程中,地表沉降最大值出现在隧洞轴线以上的地表处,并向两端依次下降;双线隧洞施工过程中,地表沉降最大值出现在隧洞中间以上地表位置处;左右线隧道的连续施工导致了高架桥桩基产生侧向位移,桩顶和桩端也分别向接近和离开隧道的方向产生了偏离;盾构掘进参数,以及隧洞和桩基之间的间距是影响桩基偏位大小的首要因素.     

波形钢腹板箱梁剪力滞效应研究

为了研究波形钢腹板箱梁的剪力滞效应,建立了考虑波形钢腹板剪切变形的箱梁纵向位移翘曲函数,考虑顶底板的纵向、面内剪切变形能和钢腹板的剪切变形能;基于能量变分原理,推导了适用于波形钢腹板箱梁剪力滞分析的解析解;综合对比模型试验、有限元分析及变分解析解的计算结果。研究表明:推导的波形钢腹板剪力滞解析解计算结果与模型试验、有限元分析结果吻合;集中荷载加载工况下,剪力滞影响区域仅在加载位置左右两侧附近很小范围;加载位置越靠近支座位置,剪力滞效应越明显;宽高比对剪力滞无影响,剪力滞系数与宽跨比呈线性相关;翼缘板宽度增加后箱梁的剪力滞系数增大。     

武汉过江隧道地震响应因素影响分析

运用ANSYS软件,以武汉过江隧道衬砌结构典型地质剖面为例,研究地基土压缩模量、衬砌模量、外径、顶板土层厚度及水深等因素对地震响应的影响,相关参数均来自工程实际,地震荷载考虑EI-centro双向地震作用,得出如下结论：（1）随着地基土压缩模量增大,衬砌同一节点竖向位移和应力最大值逐渐减小;在同一时刻,最大节点位移分布在衬砌顶部,最小节点位移分布在衬砌底部;最大节点应力主要分布在衬砌左右侧壁位置,最小节点应力则分布在左上侧壁位置区域。当土压缩模量大于20MPa后,无论是位移还是应力,其变化幅度减小。（2） 衬砌模量越大,其节点位移减小,而节点应力增大;外径越大,其节点位移较小,而节点应力除拱顶、拱底外逐渐增大,拱顶拱底应力先略微减小然后增大。（3）地基土厚度越大,其节点位移逐渐减小;节点应力则逐渐增大。（4）衬砌上部水深越大,无论是节点位移还是应力均逐渐增大。当水深在10m内时,变化幅度较小;超过10m后,变化幅度增长较快。     

荷载接触形式对路面结构力学指标的影响分析

传统沥青路面结构力学模型通常将车辆荷载假定为圆形、椭圆形、矩形,与实际路面结构在非均布荷载作用下的真实受力状态有一定的区别。应用3D-Move Analysis有限层软件,建立黏弹性材料特性下力学响应模型,对比分析了静载和动载情况下,不同荷载接触形式对路面结构剪应力、路表弯沉、面层底部拉应力、土基顶部压应变最大值及位置的影响;分析了水平力系数和轴载变化时,各指标最大值的变化规律。结果表明:不同荷载状态、荷载接触形式作用下,各力学指标最大值及位置有较大的区别;汽车匀速行驶时,按照传统静载计算结果进行力学指标设计是偏于安全的;汽车制启动时,计算结果比静载偏大,并随着水平力系数的增加持续增大,仍按传统静载结果设计容易导致车辙、疲劳开裂等早期损坏现象;不同荷载接触形式,各力学指标均随轴载的增加而增大。     

高海拔地区高速铁路隧道空气动力学特性

为了获得高海拔地区隧道空气动力学效应随海拔高度的变化规律,针对我国中西部及西南部艰险困难山区高海拔低温的气候特点,给出了高速列车进入隧道时产生压缩波的三维可压缩、粘性、非定常流场数值模拟方法,对高速列车进入低气压隧道时产生的气动效应进行研究.研究结果表明:隧道所处海拔高度的变化对隧道内压缩波及隧道出口微气压波的影响较大,随着海拔的升高,大气压的降低会导致隧道内压缩波及隧道出口微气压波的最大值及最小值呈线性降低,降低幅度分别为70%和71%,而大气压的变化对测点压力波形无影响;随着温度的降低,隧道内的压缩波及隧道出口微气压波的最大值及最小值均降低,降低幅度分别为34%和36%,基本呈线性效应;海拔高度的变化对隧道内及隧道外气动效应的影响比温度的大.针对我国高海拔地区的气候特点,根据旅客的舒适度准侧,提出了CRH380B型高寒列车在列车速度为350 km/h、气压为75.99 kPa及气体温度为250 K时的隧道净空断面积约为96 m2,可为下一步高海拔低温条件下高速铁路隧道净空断面积的设计提供参考.      

红粘土的击实特性与力学强度特性

以击实试验研究了江西省某高速公路施工现场红粘土的击实特性,并采用承载比(CBR)试验和无侧限抗压强度试验研究了其强度特性。试验结果表明,湿法确定的最大干密度偏小、最佳含水率偏大;不同土样的击实特性存在差异;击实功越大,最大干密度越大、最佳含水率越小;含水率、压实度对红粘土强度影响较大,高于最佳含水率3%左右时红粘土强度达到最大值,强度随压实度增大而提高。     

350 km/h高速列车过特长双线隧道时 表面压力分布数值模拟分析

基于三维定常不可压的黏性流场N-S及方程湍流模型,利用有限体积数值模拟方法分析计算出某型时速350 km/h高速列车在明线及特长双线隧道内运行时的局部流场结构及压力波分布情况。研究发现:流场分布结构复杂且不规律,整体趋势上列车靠近隧道的一侧所受静压大于靠近中心线的一侧所受静压,同时迎风侧压力波动现象较为明显,且两侧所受静压沿列车长度方向逐渐减小;隧道方面:列车侧与无车侧内轮廓所受静压沿列车长度方向逐渐增大,然后于列车头部位置骤降并逐渐趋于平缓下降,到背风侧列车尾部位置突增达到一个极大值,然后逐渐下降并趋于稳定,列车侧内轮廓所受静压沿列车长度方向在靠近列车头车司机室部位,压力波动现象较为明显,且迎风侧压力波动现象较背风侧更为突出,无车侧基本无压力波动现象产生,轮廓静压分布沿着隧道底部逐渐向隧道顶部基本保持稳定。     

不同开挖顺序对基坑围护结构变形影响分析

基坑开挖顺序对围护结构的变形影响较为明显。结合杭州某地铁车站基坑工程项目，基于考虑土体小应变特性的硬化模型，采用三维有限元软件（PLAXIS 3D）进行了数值模拟，详细分析了施工过程中不同基坑开挖工况对围护结构变形、支撑轴力、地表沉降等变化的影响。结果表明：同一基坑的围护结构左右两侧变形差异显著，分析时不能简单将土层视为水平均布土层，需对变形较大的一侧土体减少基坑堆载，尽可能将荷载分布在围护结构变形较小一侧；地连墙水平位移、地表沉降均随基坑开挖及车站的建造逐渐增大；地连墙变形受基坑开挖顺序的影响较为显著，从中间往两侧开挖对地连墙的变形影响最小，仅为18.35 mm，相较于原工况减少约25%，对工程产生最有利的影响。     

冻融作用下的沥青混合料力学特性

冻融损坏是冰冻地区沥青混合料的主要破坏形式。通过冻融循环作用下的沥青混合料单轴压缩和劈裂强度试验,分析了冻融循环次数、油石比等因素对沥青混合料力学特性的影响。试验得出,冻融循环次数和油石比对混合料的抗压和劈裂抗拉特性均有影响,油石比越小,影响越明显;在最佳油石比5.5%时,混合料的抗冻性能最好;冻融循环次数对沥青混合料力学特性的影响逐渐减弱,在10~12次冻融循环后,沥青混合料冻融后的强度和模量损失率均逐渐趋于稳定。     

隧道火灾排烟口位置对排烟效率的影响

为研究长大隧道其排烟口位置对半横向排烟效率的影响,本文以Memorial Tunnel 为原型建立1∶20隧道模型,其尺寸为 42.7 m × 0.45 m × 0.23 m,并采用坡度为水平和3.2%两种状态,以油池火（甲醇）作为火源,在模型隧道中进行了一系列的实验. 同时,采用火灾动力学模拟软件FDS 6.0.1对排烟口位于火源左侧、右侧和两侧对称分布3种工况进行数值模拟,对比数值模拟和实验结果,得出以下结论: （1）在水平隧道中,排烟口对称分布于火源两侧时,烟气层大致呈对称分布,排烟效率最高,相对于排烟口分布于火源左侧或右侧,其排烟效率能分别提高10.22%～13.58%和7.66%～16.84%;当两排烟口位于火源左侧或右侧时,烟气向排烟口所在位置相反方向蔓延距离增长,排烟效率不存在明显差异. （2）在倾斜隧道中,烟气在火源两侧呈不对称分布,向隧道高端蔓延距离较长;当排烟口仅火源左侧（低端）布置时排烟效率最低,而对称分布于火源两侧时的排烟效率有所提高,较排烟口仅左侧分布提高了33.9%～39.6%;排烟口仅分布于火源右侧（高端）时的排烟效率最高,与排烟口仅分布于火源左侧时相比,排烟效率提高了40.5%～51.6%. （3）倾斜隧道中排烟口位置对排烟效率的影响较水平隧道更为显著,且随着排烟量的增加,该影响程度逐渐减小.      

基于背门约束系统的车内低频轰鸣声控制

汽车背门一般通过铰链、锁销、缓冲块等约束系统安装和固定在车身上,其刚体模态振动与车内声腔声压耦合,是导致低频轰鸣声的主要原因.本文建立了背门振动-乘员舱声压的一维板-腔耦合声学解析模型,分析研究了边界约束刚度对板件振动速度响应及腔内耦合声压的影响规律,并进行了实车实验验证;通过调节锁销相对位移和缓冲块相对高度,解决了某车型低频敲鼓声问题.分析结果表明：在板件刚体模态振动下,腔内耦合声压幅值沿远离板件方向逐渐增大,且在声腔底部位置最大;板件振动速度相应及腔内耦合声压峰值幅值随边界约束系统刚度减小而降低;在低频轰鸣发生的20～30 Hz频率范围内,乘员舱前排位置声压峰值幅值比中排及后排位置大约8 dB(A),验证了理论分析结果的正确性;乘员舱内耦合声压峰值幅值随着锁销相对位置的增大和缓冲块相对高度的减小而降低,锁销相对车身向车尾方向增大2 mm或者缓冲块相对高度减小2 mm,可以使背门振动速度减小约0.002～0.003 m/s,前排声压峰值幅值降低3.5～14.8 dB(A).