弯道床面切应力的研究

弯道床面切应力是弯道泥沙起动的直接动力,运用弯道水流概化模型试验,利用先进的ADV进行了三维流速数据的采集。弯道水面横比降与纵比降的沿程分布公式以及弯道水流纵向垂线平均流速计算方法,从理论上进一步推导得到了弯道床面切应力分布的公式。通过计算,给出了不同参数对弯道床面切应力分布的影响。研究表明,计算床面切应力的分布不仅与前人研究成果基本一致,而且更加完善和系统化,为深入探讨弯道水流特性奠定了基础。     

弯道水流纵向垂线平均流速分布的计算

弯道水流特性是水利界感兴趣的重要研究课题。而弯道水流纵向垂线平均流速的分布则是其重要内容。运用弯道水流概化模型试验,利用先进的ADV进行了三维流速数据的采集,从中提取了纵向流速参数。基于作者提出的弯道水面横比降与纵比降的沿程分布公式,经理论推导得到了弯道水流纵向垂线平均流速分布的计算公式。研究表明,公式与实测资料吻合良好,为进一步深入探讨弯道水流特性奠定了理论基础。     

过渡段横断面形态对弯道横向比降的影响研究

以长江叙渝段为原型建立连续弯道概化模型,进行定床水流试验。结果表明:过渡段的边界形态对连续弯道横比降分布存在明显影响,与单一矩形弯道中以弯顶呈完全对称分布特征不同,弯曲放宽复式河槽边界条件下弯道的横比降呈不对称分布,其后弯区域比降大于前弯。建立了反映边滩形态因子的最大横比降和全弯道横比降分布公式。     

过渡段横断面形态对弯道横向比降的影响研究

以长江叙渝段为原型建立连续弯道概化模型,进行定床水流试验.结果表明:过渡段的边界形态对连续弯道横比降分布存在明显影响,与单一矩形弯道中以弯顶呈完全对称分布特征不同,弯曲放宽复式河槽边界条件下弯道的横比降呈不对称分布,其后弯区域比降大于前弯.建立了反映边滩形态因子的最大横比降和全弯道横比降分布公式.     

弯道水流基本特性研究现状分析

弯道水流运动规律的研究对江河治理、航运等方面的科学研究与设计有重要意义。概述了国内外有关弯道水流、泥沙运动及河湾演变基本特性的研究成果,其中包括水面横比降、横向环流、泥沙输移及冲刷深度等内容。     

推移质起动切应力探讨

从推移质泥沙起动的特点出发,通过分析床面泥沙颗粒的受力,引入了附加质量力的概念及表达式．采用物体滚动时力矩平衡原理,推导出泥沙起动无因次切应力起动公式,并利用有关参数的经验值对无因次切应力系数进行了验算．结果表明,该系数并非一个常量,而是介于某个区间,且随起动状态及颗粒在床面相对暴露度的变化而变．对弱动无因次切应力数为0．0291～0．0582;对中动为0．353～0．706．与其它学者们的公式进行了比较,该系数涵盖了其它学者公式的系数．同时,推得了散粒体泥沙起动流速公式,其系数同样不是一个常量,结论可以解释不同的作者通过实验所拟合的系数离散度较大的原因．公式基本能反映泥起动特性．     

大比降卵砾石河流定床阻力试验研究

在1 m宽变坡水槽内,采用乒乓球模拟密排卵砾石的流速分布试验和天然卵砾石起动试验两种方法进行定床阻力试验研究。试验结果表明:①起动试验数据确定的定床阻力符合谢才-曼宁公式,得出的阻力系数基本符合Colebrook(1938)公式的变化规律,但比Colebrook(1938)公式的计算值稍小;②乒乓球模拟密排卵砾石流速分布试验表明在床面粗糙范围内,当h/Ks>2,其垂线流速分布符合对数规律;③比较流速起动试验数据和流速分布试验数据确定的定床阻力,尽管试验的方法不同,得到的结果基本相同。     

大比降卵砾石河流定床阻力试验研究

在1 m宽变坡水槽内,采用乒乓球模拟密排卵砾石的流速分布试验和天然卵砾石起动试验两种方法进行定床阻力试验研究。试验结果表明:①起动试验数据确定的定床阻力符合谢才-曼宁公式,得出的阻力系数基本符合Colebrook(1938)公式的变化规律,但比Colebrook(1938)公式的计算值稍小;②乒乓球模拟密排卵砾石流速分布试验表明在床面粗糙范围内,当h/Ks>2,其垂线流速分布符合对数规律;③比较流速起动试验数据和流速分布试验数据确定的定床阻力,尽管试验的方法不同,得到的结果基本相同。     

三峡成库初期长江涪陵—长寿河段航道水流条件变化分析

为研究三峡蓄水以来涪陵至长寿河段水流条件的变化情况,收集了三峡工程各蓄水期库区沿程各水位站水位资料,以及库区代表水文站流量资料。利用一维水流数学模型计算了成库初期3级特征流量下涪陵至长寿河段通航水流条件(水深、流速、比降),进行了水流条件变化对比分析,简述了航道条件改善情况。     

天山公路路基水毁凹岸挡墙冲刷深度计算水工模型公式的建立

根据天山公路沿线冲刷水毁的特点,依据典型河流段进行室内物理模拟试验,观测不同流量、不同弯道半径下河流的流速形态、水深大小、河道变化情况及水流对河岸和防护构造物的冲刷情况,并经过公式对比计算、回归分析,提出沿河凹岸护墙的局部最大冲刷深度计算公式。在此基础上,通过对近年来新疆多条山区公路上修筑的挡墙进行实地调查,对公式进行了验证。从对比情况看,该计算方法基本合理。     

纵坡弯道桥面沥青铺装结构剪应力分析

依据纵坡弯道车辆荷载作用特性,建立纵坡弯道桥面铺装结构三维有限元模型,分析车辆载重、行驶速度、弯道半径、纵坡坡度、沥青铺装层厚度与模量对水平剪应力的影响。结果表明：设计时避免最小半径极限值与纵坡坡度最大值同时出现,适当增大沥青铺装上层模量、铺装层总厚度、减小沥青铺装下层模量,并严格控制纵坡弯道上车速及车辆载重,可减少沥青铺装层发生推移病害的可能性。     

心墙水力劈裂与孔压关系的探讨

基于Biot固结理论的有效应力二维数值模拟方法,研究了堆石坝的粘土心墙水力劈裂过程中孔隙水压力的变化．分析了坝体竣工期粘土心墙中的拱效应,探讨了从竣工固结到蓄水过程和稳定渗流期粘土心墙中孔隙水压力的变化分布特点,并对心墙发生水力劈裂的可能性进行判断．研究结果表明：堆石坝粘土心墙内部孔隙水压力梯度的模拟分析能更加合理地解释水力劈裂发生与蓄水速度和心墙低渗透性的关系,因此,分析考虑水位上升过程中粘土心墙内孔隙水压力分布情况是研究心墙水力劈裂发生机理的重点．     

基于mixed Lagrangian/Eulerian方法的轮轨滚动接触特性分析

为了缩短有限元方法显式计算轮轨滚动接触的时间,采用mixed Lagrangian/Eulerian方法建立了轮轨滚动接触有限元模型.应用该模型对轮轨接触区的单元进行细化,计算了列车在启动、运行和制动工况下轮轨的接触特性.计算结果表明:不同工况下,轮轨滚动接触区最大Mises应力、最大接触应力和接触斑面积等法向特性变化幅度均在2%以内,但接触区纵向截面中Mises应力分布及纵向剪切应力分布有较大变化;启动和制动工况下,最大Mises应力和最大纵向剪切应力位置均比自由滚动时更接近于轮轨表面;不同工况下,摩擦力大小和方向发生变化,在列车牵引和制动工况中,摩擦力达到极限时轮轨间出现完全滑动,摩擦力方向与滑动方向相反,且不同速度等级下的纵向摩擦力变化幅度也在2%以内.      

考虑尖轨变截面廓形的轮轨接触与磨耗分析

为研究尖轨变截面对曲尖轨轮轨接触行为和磨耗分布的影响,提出了一种适用于道岔区的三维非对称接触几何算法,该算法可计算车轮与曲尖轨间的真实法向间隙.使用SIMPACK建立车辆-道岔多体动力学模型,获得仿真结果;利用考虑变截面的接触模型与英国谢菲尔大学提出的USFD磨耗模型计算曲尖轨磨耗.研究结果表明：1）以S1002CN车轮与12号道岔曲尖轨为例,轮对摇头角与尖轨变截面均会引起轮轨法向间隙沿接触斑纵向非对称分布,从而导致接触斑形状与应力沿接触斑纵向非对称分布;当摇头角为10 mrad,横移量为7.5 mm时,本文算法得到的接触斑面积比未考虑尖轨变截面和摇头角的简化算法所得结果大9.2%. 2）以CRH3型车与12号曲尖轨道岔为研究对象,简化算法得到的最大磨耗深度为本文算法所得结果的0.75倍.     

船用柴油机喷嘴液力负荷有限元分析及结构改进

建立了某船用柴油机喷嘴内部流动的三维CFD计算模型,用计算流体力学软件ANSYS-FLOTRAN对喷嘴内的三维流动进行了模拟分析,得到了喷嘴内部的液压分布,然后将该结果作为边界条件对喷嘴的液力负荷进行了三维有限元分析.结果表明,在高压液力负荷作用下,喷嘴头部的应力梯度较大,喷孔进口内侧上端应力值最大,且存在应力集中.在喷孔进口处倒一半径为0.05 mm的圆角,再次对喷嘴的液力负荷进行分析,发现喷孔进口内侧上端的应力值降低了34%,应力集中也得到了有效缓解.     

河湾路基侵蚀机理与防治措施

笔者着重对河湾路基侵蚀机理进行了理论分析与试验研究. 通过对弯道环流的形成、发展特性以及凹岸路基边坡泥沙运动规律及对路基侵蚀试验成果进行分析,发现凹岸路基的侵蚀主要是由河湾水流对路基边坡的淘刷以及路基的崩塌而引起,并提出了各种抵抗河湾路基侵蚀的防治措施.