恶劣海况下船舶砰击颤振响应特性数值计算与试验研究

[目的]针对恶劣海况下船舶所受砰击颤振响应现象,探究船舶非线性波浪载荷与瞬态高幅值砰击载荷的耦合作用。[方法]采用计算流体动力学与有限元方法（CFD-FEM）相结合的双向流固耦合方法对S175集装箱船进行数值仿真计算,并与试验结果及切片理论计算结果进行对比验证;采用分段变截面弹性龙骨梁模型开展船舶的砰击颤振特性模型试验,基于CFD-FEM双向流固耦合方法开展船艏砰击载荷及高频非线性砰击颤振响应特性分析,并与模型试验结果进行对比验证。[结果]结果显示,波浪砰击载荷对船艏颤振响应的影响不可忽视,6级海况下由砰击颤振诱发的二阶高频成分分量占低频波浪弯矩的59.86%。[结论]采用基于CFD-FEM的双向流固耦合方法可准确计算船首砰击颤振响应;在高海况下船舶所受非线性波浪载荷及结构动态响应易受船首瞬态砰击载荷的影响,在船舶结构设计与安全评估中需考虑高频砰击颤振的情况。     

水泥稳定碎石室内振动击实曲线优化研究

为获取规律良好的二次凸形振动击实曲线,减少对击实曲线的补点试验,依托国道110呼和浩特至毕克齐段一级公路的两个路面合同段,采用振动击实仪对水泥稳定碎石进行室内振动击实试验,探讨预定的含水率间距对不同水泥剂量下振动击实曲线的影响,并与重型击实曲线进行比较分析。试验结果表明：预设的振动击实含水率间距与水泥剂量之间存在一定的联系,将直接影响振动击实曲线成形的好坏。当预定的含水率间距为1%时,高水泥剂量（>5%）下的振动击实曲线随含水率增加而逐渐呈现试验点“聚积”现象,而低水泥剂量（≤5%）条件下仍能形成规律良好的振动击实曲线。反之,预定较小的含水率间距（0.5%）时,在合理的水泥剂量条件下,振动击实曲线呈现出规律更良好的二次凸形曲线特征,从而能够快速准确地获得水泥稳定碎石的最大干密度和最佳含水率。通过与重型击实试验的比较,验证振动击实下的水泥稳定碎石的干密度对含水率敏感性更高,并提出水泥稳定碎石室内振动击实曲线绘制的优化方法。该项研究不仅能快速准确地为振动压实下的水泥稳定碎石配合比设计提供控制指标,而且填补了室内振动击实曲线绘制经验的空白。     

铁尾矿砂的静力学特性研究

测试分析了繁峙-代县一带铁尾矿砂的外观形貌、物理性质、化学成分等基本性质,探究了特细铁尾矿砂的击实特性、承载比(CBR)、抗剪强度等静力学特性,结果表明：繁峙-代县一带的铁尾矿砂均属于特细砂,比重略大于土,SiO₂+Fe₂O₃含量大于80%;特细铁尾矿砂的击实曲线具有干压实(风干状态)和湿压实(最佳含水状态)两大特征,最佳含水率在13%左右、最大干密度在1.79 g/cm³左右;特细铁尾矿砂的CBR值较低,黏聚力较小,不宜直接作为路基填料。     

二维楔形体入水问题的数值和实验研究

船舶在极端波浪条件下会产生剧烈的砰击,瞬时产生的巨大作用力会造成船体结构的损坏,因此准确预估入水砰击过程非常重要。本文通过数值和实验,分析楔形体入水过程中运动、受力以及自由表面的变化情况,验证光滑粒子流体动力学(SPH)方法在楔形体入水问题上的适用性和准确性,并使用此方法分析楔形体入水时楔形体斜升角和入水速度的影响。结果表明,光滑粒子流体动力学方法在解决入水问题上有很好的准确性,在楔形体受力和自由表面变形上与实验结果有很好的吻合度。通过计算发现,最大砰击力与楔形体斜升角的三次方成正比,与入水速度的二次方成正比,增大楔形体的斜升角和降低入水速度,都可有效减少入水砰击力。     

新疆甘莫公路盐渍土击实试验研究

新疆盐渍土对公路造成危害严重,为了解决公路盐胀病害,本文对盐渍土击实特性进行研究。通过模拟工地压实条件,用标准击实的方法,测定在某种压实功下土的含水率和干密度的关系,确定土的最佳含水率和相应的最大干密度,以求用最小的压实功,得到符合工程要求的密实度。硫酸盐渍土的盐胀破坏是硫酸钠含量、含水率、干密度、温度等条件综合作用的结果。在工程中应该尽量减少土体的硫酸钠含量和含水率,尤其要避免饱和含水率的条件,从而为提出更有效的盐胀治理措施提供理论依据。     

基于船波相对运动的砰击压力和上浪载荷预报方法

本文基于船波相对运动理论,对舷侧砰击压力和甲板上浪载荷的数值及试验预报方法分别进行了研究.利用三维势流理论计算船舶与波浪之间的相对运动,可以得到船波相对速度及甲板上浪高度.对于砰击压力通过数值模拟方法得到砰击压力系数后结合船波相对速度来预报;对于上浪载荷则采用考虑船舶航速的溃坝模型结合甲板上浪高度来预报.此外,开展了船舶运动和砰击压力模型试验,船波相对运动由沿着模型横剖面布置在舷侧的浪高仪测量,并且测得了相应位置处的砰击压力.最后分别对船波相对运动和砰击压力的数值结果与试验数据进行了比较分析,同时基于船波相对运动给出了一种砰击持续时间计算方法.     

砖渣土压实性及摩擦特性试验研究

通过击实试验确定砖渣土的最优配合比,并对比最优配合比时的砖渣土和未加土砖渣的压实特性,采用直剪试验方法分别对天然条件和浸润条件下的砖渣、砖渣土和加筋砖渣土的摩擦特性进行对比分析,综合上述研究成果,选取最适合的软土路基换填材料。研究结果表明:砖渣土在粗细骨料配合比为1.0时,砖渣土在击实试验中的沉降量最小,密实度最大,即为最优配合比;砖渣的最佳含水率为9%,对应的最大干密度为1.540g·cm~(-3);砖渣土最佳含水率为12%,对应的最大干密度为1.740g·cm~(-3),砖渣土的最大干密度要大于砖渣的干密度,因此砖渣土的压实特性要优于砖渣;3种类土样的黏聚力和内摩擦角从大到小为加筋砖渣土、砖渣土、砖渣;砖渣土的摩擦特性略差于砖渣,但加筋砖渣土的摩擦特性均优于砖渣土和砖渣;砖渣土本身具有优良的压实特性,加筋砖渣土同时具备很好的摩擦特性,因此,砖渣土适宜作为软土地基的换填材料。     

室内击实试验与路基施工压实度控制问题探讨

通过分析室内击实试验的过程及路基施工的常规方法,探讨室内击实试验土样与实际施工土料的差异,并从土性的角度出发讨论路基压实的控制问题.最后提出路基施工时应注意的事项.     

沥青混合料马歇尔击实法与振动压实法成型工艺的比较研究

论证了为改善沥青路面抗滑与抗车辙使用性能而提高粗集料含量所出现的水损害与混合料级配组成设计所采用的成型方法密切相关；当粗集料含量超过一定数量时，由于马歇尔击实标准的局限，建议采用振动压实标准。