透水性碎石丁坝绕流及块体受力的数值模拟

碎石丁坝常用于河道的水流调控,其水动力学特征是评估工程效应的重要依据。流固耦合数值模型可有效地用于模拟相关的水动力学过程,描述其力学特征。建立了带自由表面多孔介质水流模型和离散单元法相耦合的CFD-DEM数值模型,并依据试验数据对模型进行有效性及模拟精度的验证。利用该数值模型开展碎石丁坝绕流的数值模拟,研究结构透水性对局部流动和碎石体受力的影响。研究结果表明：1）随着丁坝透水性的增强,尾流区沿流向延长。2）不同坝体透水性条件下的主流区及尾流区的速度分布有明显的差异,但尾流区内的剪切流速的分布具有一定的相似性。3）丁坝结构受力分析显示,随着坝体透水性的增强,块体受力区域由坝头向坝身蔓延、受力区面积逐渐增大。     

剪切闸板防喷器剪切钻杆断口几何形状研究

钻杆断口几何形状是反映剪切过程与剪切效果的重要因素,严重影响着闸板防喷器的作业效率与循环利用.为得到符合实际的钻杆断口几何形状模型,本文以塑性变形理论为基础,结合钻杆在剪切闸板剪切过程中的变形情况,假定钻杆在剪切时的变形过程为八塑性铰结构,继而得到整个断口几何形状的模态解,同时使用ABAQUS有限元软件模拟钻杆剪切过程,并针对4FZ剪切闸板设计剪切实验.结果表明,断口形状均近似为菱边带有小幅凹陷的菱形,与模态解所求一致.经过对模态解的分析,在保证剪切闸板基本剪切结构不变,钻杆受力情况不变的条件下,当剪切闸板V型角取85.24°,闸板倒角取13.83°时,钻杆断口变形量最小.     

LNG船薄膜型液舱晃荡条件下的数值模拟以及受力情况研究

建立描述晃荡条件下液货舱的运动数学模型,对薄膜型液舱在晃荡条件下的受力情况进行研究分析.通过与实验结果的对照,验证了模型的正确性.针对晃荡周期这个主要影响因素,研究薄膜型液舱的受力和内部波形变化等,从而确定所研究液舱的充满度限制条件;研究新的薄膜型液舱型式下对晃荡的敏感性程度,得到双列结构的液舱有效地降低了晃荡的冲击影响,有利于LNG船的安全运行.     

沉埋式海底隧道管段海上系泊水动力性能分析

沉埋式海底隧道管段海上系泊阶段的结构运动响应及缆索受力,影响其水上施工的安全性和经济性。以一管段系泊工程为例,利用基于三维势流理论的水动力软件AQWA建立管段海上系泊数值仿真计算模型,首先对系泊系统进行频域分析,然后在时域内考虑JONSWAP波浪谱和水流联合作用,研究环境载荷方向、环境载荷组合方式等因素对系统运动响应及缆索受力的影响。结果表明:管段在高频区域内稳定性较好,响应幅值很小;水流对管段的运动响应影响很大;当环境力以60°入射管段时,管段的系泊缆张力最大。     

超空泡航行器流体动力仿真

利用超空泡技术来突破水下航行器的速度屏障.超空泡航行器在水下运动时,其大部分表面被超空泡包裹,构成了一种新的流体动力布局,运动模式完全不同于常规航行器,其受力状态也极其复杂.为了进一步分析超空泡流场中航行器受力特性,先描述了超空泡形态,分析影响超空泡变形的主要因素,然后对超空泡流场中的航行器出现的流体动力进行分析,并且对流体动力进行线性处理.本研究结果有利于航行器运动特性分析.     

浪、流作用下大型网箱结构强度的数值模拟

在不同的波浪、海流和海生物附着等环境载荷的作用下,大型网箱的位移、锚泊力及结构应力都会发生变化,而当网箱结构发生海生物附着后,网箱所受的载荷会增大,严重时会危及网箱的结构安全.为此,需要研究浪流作用下大型网箱的水动力响应及结构内力.建立单体水面网格锚碇网箱在浪流作用下的数值模型,分别研究波流、海流和海生物附着等因素对网箱的受力和运动的影响,并分析不同海况下网箱的极限强度.结果 表明,海流流速和海生物附着厚度对网箱的变形、运动和受力有较大的影响,且随着海生物附着厚度的增加,网箱的极限强度也越来越小.     

框架墩式码头结构受力性能有限元分析

针对内河框架墩式码头结构的受力特点,采用有限元法对其受力性能进行计算分析.桩、柱、联系梁、系靠船梁采用等截面梁单元、承台采用六面体实体单元按空间结构建模,按照设计高、中、低水位情况共计算了15种荷载工况组合.经综合分析,从中找出6种控制性荷载工况,并对控制工况下结构变形及各构件单元内力进行分析.研究表明,采用三维有限元法可以计算各种复杂工况下结构的内力及变形,计算结果还表明,高水水流力对框架墩式码头结构稳定性影响十分明显,系靠船梁内力远大于联系梁内力,在框架墩式码头结构设计中应引起足够重视.     

登陆舰抢滩运动建模研究

运动状况是影响登陆舰抢滩登陆的重要因素.论文以登陆舰的抢滩登陆过程为切入点,分析了登陆舰在抢滩运动过程中的受力情况,重点研究了登陆舰在深水区域航行、浅水区域航行及抵滩的运动建模.对于不同的运动模型,论文分析对比了其精确度与适用范围,并应用部分运动模型实现了登陆舰的受力计算与运动分析.文中所建立的抢滩运动数学模型能够为相关领域的研究与应用提供一定的参考.     

基于集中质量法的水下拖曳缆索动力响应分析

以水下拖曳缆索系统为研究对象,建立拖曳缆索的集中质量模型,推导了水下拖曳缆索的动力学方程。采用四阶Runge-Kutta数值积分算法,对水下缆索进行非线性动力响应分析。编制了相应的计算机程序,模拟拖曳缆索系统在匀速直航、横向运动、升沉运动、回转运动条件下,缆索的运动姿态及受力情况。数值分析结果与实验对比表明,集中质量模型对缆索在各种边界条件下的运动激励均有较好的适应性。相比基于有限差分法的数值结果,集中质量模型与实验结果吻合更好。     

水流作用下的渔网水动力数值方法研究

为了研究渔网在水流作用下的受力及变形情况,文章基于ABAQUS二次开发技术,结合网平面经验公式,编写了水动力计算模型。根据网衣的密实度、雷诺数和网平面与流速的夹角与水动力系数的关系式,计算出每个网目的水动力系数,再施加在网衣的每个网目上,最终计算出整个网衣的水动力和变形情况。同时在该方法中也考虑了流速衰减的问题。通过此方法验证了网箱在不同网格数和沉子质量时水动力和网箱体积计算结果的准确性,未来可以应用该方法计算网箱在水流下的水动力。     

柔性摆动水翼弦向变形模式及其对推进性能的影响研究

在Bose变形模式及悬臂梁受力变形分析的基础上,提出了摆动水翼新的柔性变形模式,推导出弦向变形方程,给出了摆动水翼变形运动描述及动网格处理技术,利用数值方法研究了柔性变形模式、柔度系数、弦向变形长度等参数对柔性水翼推进特性的影响,指出了摆动水翼高推进性能对应的柔性模式与变形参数.     

不同部位护底混凝土联锁排稳定特性研究

从分析现有设计方法中混凝土联锁排失稳的动力学机理出发,根据排体内部和边缘的失稳模式及受力特点,推导出水流作用下不同部位排体的稳定厚度计算公式.研究结果表明:压载重法的失稳模式为水流拖曳力作用下的块体滚动或滑动:而抗掀动法和美国公式的失稳模式则是在水流上举力作用下的块体漂浮或掀动.就排体的不同部位而言,边缘排体在水流拖曳力及上举力共同作用下发生滚动失稳,内部排体则仅在水流上举力作用下发生漂浮失稳.此外,还结合长江口深水航道整治工程验证了公式的合理性.     

东江潮沙洲浅滩整治方案的数值模型研究

本文基于水流运动方程建立了贴体正交曲线坐标下二维河道水流数值模型,模型模拟结果和实测资料吻合较好,文中利用模型对各方案进行研究,提出了该浅滩整治的推荐方案.     

大型邮轮上层建筑舷侧开口结构剪切强度试验研究

以某大型邮轮上层建筑舷侧局部结构为研究对象,设计两种典型舷侧开口结构的缩比模型并开展了剪切强度试验研究,探究了在剪切载荷作用下大型邮轮舷侧局部开口结构的屈曲失效模式、应力状态和极限承载能力,归纳了舷侧开口结构的变形特点和应力分布特征.研究结果对于国内大型邮轮上层建筑舷侧结构设计及剪切强度评估具有较大参考价值.     

围油栏水动力特性大比尺物理模型试验研究

针对围油栏水动力特性的问题,进行了模型比尺为1:1的规则波、水流与围油栏相互作用的大比尺水槽物理模型试验。利用拉力传感器和Polhemus电磁式位置跟踪系统,对围油栏的受力和不同浮子的运动响应进行了测量,研究了不同环境因素(周期、波高、流速)对围油栏水动力特性的影响。试验结果表明,在波流组合的情况下,围油栏的受力情况对水流流速最为敏感,波高其次,波浪周期对其影响最小。围油栏不同位置的浮子水平运动特征不同,但各个浮子的运动响应幅值均对波高较为敏感,基本同波高成线性关系。同时,水流抑制了各个浮子的水平运动,但使其升沉运动更为剧烈。     

船舶运动对管线受力特性的影响

针对深海采矿船矿物水力输送时管线在船舶运动作用下的受力问题,建立了管线和管内流体的耦合模型。综合考虑船舶运动及管内部流体耦合作用的影响,分析了不同工况下管线的变形、应力及支座反力。计算结果表明:受船舶运动的影响,在某些工况下管内流体载荷对管线的作用力有一定程度的加强。在管线设计时需重点考虑惯性力和重力叠加的工况。这项研究可为船舶上管线、支座、接头、法兰等的设计提供参考。     

考虑土体竖向剪切刚度的大直径圆筒结构变位计算方法

文中建立了考虑土体对筒壁竖向变形剪切刚度时大直径圆筒挡墙结构变位的计算方法在对实验资料和各种计算方法进行比较和分析的基础上，提出了一种考虑筒壁与内外土体摩阻作用的土体剪切变形系数模型。通过实验数据资料测定了有关计算模型参数，用本文方法对上条件下大直径圆筒结构的位移进行计算，并与实测结果与基佗计算方法进行比较、分析     

D型软体排沉排施工中缩撕断排机理

以长江中游周天河段天星洲高滩守护工程为例,描述在复杂水流条件下D型软体排沉排施工中的缩撕断排现象,综合分析缩撕断排现象的不确定因素,并从受力角度深入探讨缩撕断排的机理,为复杂水流条件下软体排的设计和沉排施工提供指导。     

预测角焊缝角变形的剪切固有应变法

基于一系列有限元数值实验,提出了角焊缝剪切固有应变分量的抛物面分布模型,并总结出模型表达式中各待定参数以及整体修正系数的经验公式.在此基础上,进一步提出了一种用于预测角焊缝角变形的线弹性简化方法,即剪切固有应变法.对T形接头和加筋板的角焊焊接实验证实了该方法对角焊缝角变形的预测结果具有一定的工程价值.     

基于CFD-DEM耦合方法的近床面水流泥沙运动模拟研究

基于CFD-DEM方法,采用流体计算软件Open FOAM、颗粒运动模拟软件LIGGGHTS及CFDEM耦合库,建立流体—颗粒运动耦合模型,并利用模型研究不同水动力条件下近床面流体与颗粒的运动规律。模拟结果表明,模型能较好模拟近床面水流紊动特性及雷诺应力分布,也能较准确刻画出颗粒未起动、推移质输沙及推移质和悬移质共同输沙的三种状态,计算得到的推移质单宽输沙率与实验结果及经验公式吻合较好。