基于CFD技术的砰击载荷强度直接计算

研究基于CFD技术的船舶砰击载荷预报及强度的直接计算,以通过对船波相对运动的短期预报得到入水速度极值,由积分变换得到入水速度的时历曲线,以CFD软件实现船体典型剖面入水砰击载荷的计算,得到船体剖面压力的空间分布,结果表明,船体剖面的压力随着位置高度的增加呈减小趋势,最后通过对某集装箱船进行有限元强度评估,验证了本文砰击强度直接计算方法的合理性和实用性。     

片体间距对SWATH船横向波浪载荷的影响

小水线面双体船独特的片体结构使横向波浪载荷成为其最危险的波浪载荷。在小水线面双体船设计初期,片体间距的确定十分重要。本文根据工程中某小水线面双体船的相关资料,对其正常装载状态、满载状态和最大排水状态3种装载状态进行波浪载荷预报。采用三维频域计算方法,对不同片体间距的小水线面双体船进行波浪载荷预报,给出各横向波浪载荷分量的RAO值和长短期预报值,并将波浪载荷的长期预报值与ABS和CCS中载荷的规范值进行比较。通过比较不同片体间距小水线面双体船的载荷预报值,得到小水线面双体船片体间距对其波浪载荷的影响特性,为小水线面双体船的初步设计提供依据。     

结构物入水砰击过程数值分析

采用MSC.Dytran软件对二维楔形体入水砰击过程进行数值模拟,分析考虑空气和重力因素的液面变化情况,总结入水速度、入水角度与砰击载荷的关系;对三维刚性船舶尾部结构入水砰击问题进行研究,得到曲率变化对结构砰击载荷的影响规律。     

江海直达船艏部结构入水砰击试验

新一代江海直达船主要呈宽扁型且吃水较浅,由江入海航行时会发生船艏底部和外飘砰击,严重的砰击会造成船舶主动失速甚至结构损伤,影响船舶与人员安全。传统的理论和相关经验公式很难预报宽扁肥大的艏部结构的砰击载荷。相较于传统的简化模型试验方法,本文基于相似理论设计了与某新型江海直达船艏部结构相似的三维木质模型。采用落水试验的方法进行了一系列的不同落水高度及不同入水角度的入水砰击试验。研究江海直达船艏部结构所受砰击载荷特点,得到砰击压力峰值及其分布规律,同时发现了小角度入水情况下(入水攻角α5°)的空气垫效应,空气垫延缓并减小了砰击压力峰值。此外还回归了0°~15°入水攻角下的底部砰击压力预报公式,可供结构设计时参考砰击载荷的选取。     

小线间距条件下D型便梁改造与有限元分析

D型施工便梁的最大优点是桥涵施工时可保证既有铁路的通车条件,缺点是受铁路线间距制约。为保证既有铁路的通车条件,在线间距过小时需要对便梁进行改造设计。通过对既有施工便梁上的牛腿S12进行更换,换装成S3构件,减小了钢轨顶到施工梁顶的距离,满足了铁路建筑限界的要求。为了满足改造后便梁结构刚度及稳定性要求,特在纵梁两端、L/4、L/2、3L/4处增加5道横梁,采取局部加厚横梁梁端下翼板尺寸的方法满足横梁的强度要求。通过建立便梁空间杆系有限元模型、实体有限元模型,对施工过程中的最不利工况进行仿真分析。计算结果表明,改造后的D型施工便梁结构能够满足列车通过时强度、刚度和稳定性的要求。     

击实特性对乳化沥青混合料影响的研究

通过对乳化沥青混合料失水率、试件成型高度、马歇尔稳定度等指标的试验与分析,击实特性对混合料的性能有较大影响。击实影响乳化沥青混合料中水的排出,影响混合料的密实度和强度。击实标准越高,混合料挤出的水份越多,愈密实,强度愈高。同一击实标准,二次击实的效果优于一次击实的效果。     

恶劣海况中大外飘型舰船的总载荷颤振响应分析

[目的]舰船遭遇恶劣海况时艏部砰击会激起船体梁颤振响应,威胁到总纵强度的安全。砰击颤振弯矩与船体刚度和外飘构型相关,但不同船型结构布置和型线差异大,有必要针对大外飘型舰船开展颤振响应分析。[方法]首先,采用COMPASS-WALCS-NE势流时域水弹性方法预报设计海况下的船体梁总载荷,并与分段自航模试验对比验证;然后,再提取艏部砰击合力、典型时刻的船体运动状态和船体梁总载荷响应的时历曲线,通过分析波浪载荷高低频分量的相位差异,研究船舯砰击弯矩与艏部砰击合力的关联性;最后,围绕船体主要设计参数进行敏感度分析。[结果]在设计海况艏部入水时,其砰击合力出现了2次峰值,分别对应于底板和外飘区域的大面积触水过程;颤振弯矩主要由艏部外飘砰击引起,受力面积大,合力距离船舯远,导致砰击弯矩达到了波浪弯矩的同等幅值;大外飘型舰船的砰击弯矩对波高变化最为敏感。[结论]对于大外飘型舰船的总纵强度评估应考虑砰击颤振的影响,对于中垂砰击弯矩需要直接与静水成分、低频的波浪成分叠加,而中拱砰击弯矩应考虑阻尼耗散,可先折减再叠加。     

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。     

改扩建高速公路转序段开口合理长度及间距研究

对高速公路进行不中断交通改扩建时,因左右幅施工进度不同步引起车流在不同路幅间转换,形成转序段。文中以山东省某“四改八”高速公路改扩建工程为研究对象,根据由几何线形模型和换道模型推导的转序段中央分隔带开口长度,结合设计单位的推荐值,确定转序段中央分隔带开口长度范围,在此基础上构建微观仿真模型,以行程车速、延误、冲突率为评价指标进行仿真分析,结果显示最优转序段中央分隔带开口长度为100 m;以路段整体服务水平为评价指标,构建不同中央分隔带开口间距下路段服务水平计算模型,计算得中央分隔带开口间距以3 km为宜,最好不小于2 km。