Fluid-structure interaction and stress analysis of a floating wind turbine

In this paper, we describe a method to investigate the fluid-structure interaction of a floating wind turbine and to analyze the global deformations and the corresponding stresses with a detailed finite element model. To solve the fluid-structure interaction problem, a partitioned approach is chosen. The in-house C++ library comana, which was developed to solve multi-physic problems by coupling existing solvers, is extended to couple the fluid solver panMARE and the structural solver ANSYS. The significance of the interaction of structural deformations and the fluid loads is pointed out for the rotor of the wind turbine. In order to enable the use of a detailed finite element model in the fluid-structure interaction simulation, a model reduction method is applied in ANSYS. As a result, an efficient stress analysis can be performed under consideration of the fluid-structure interaction.     

自动驾驶接管影响因素分析与研究进展

部分或有条件自动驾驶车辆允许驾驶员将驾驶任务移交给自动驾驶系统，但驾驶员仍需对驾驶环境进行监测，若发生紧急事件或驾驶环境超出系统运行设计域等情况，驾驶员需要及时接管车辆。影响驾驶接管过程的因素主要包括：人因、交通环境以及人-机交互系统。本文分析了驾驶员认知负荷特性等人因对接管过程和接管时间预算的影响。分析发现，驾驶员长时间脱离驾驶任务会导致其陷入被动疲劳或驾驶分心状态，从而降低接管绩效。适当的非驾驶任务可以使驾驶员保持一定的认知负荷，降低驾驶员的被动疲劳水平。结合网联技术的应用可以多次发出预警信号，提高接管绩效。本文讨论了交通密度、道路条件等交通环境对接管时驾驶员感知、认知及决策的影响，探讨混合交通下过渡区智能网联车辆控制权切换 (Transitions of Control, ToC) 的管理问题。在复杂道路交通下，驾驶员需要更多时间恢复对环境的感知，且驾驶员在弯道接管车辆时更容易出现较大横向偏差。在混合交通环境中，为防止过渡区出现集中的ToC，可以制定相应交通管理措施，以降低过渡区域中车辆之间的相互干扰。本文还分析了视觉、听觉、触 觉、嗅觉及其组合类型交互方式的优、缺点，讨论网联环境下人-机交互系统设计以及ToC形式。 单个的交互方式有其自身的优、缺点，多种类型相结合的交互形式能形成优势互补，及时地将接 管信息传递给驾驶员，并将其注意力集中于对环境的感知。网联技术发展使得可利用的行车信息的数量和种类都有所提高，网联信息需要更好地呈现策略，以保证人-机交互界面具有较高的可用性和接受性，为驾驶员提供更加准确的交互信息。同时，利用驾驶员状态识别技术实时监测驾驶员所处状态，并通过人-机交互系统提醒驾驶员，使其保持警觉，提高接管绩效。未来研究应该重点关注非驾驶任务对驾驶员认知特性的影响，结合接管时的驾驶环境，遵循预测算法辅助驾驶员实现控制权的平稳过渡。随着网联技术的不断应用，逐步改进现有人-机交互系统的设计和性能，对过渡区域ToC的管理问题展开深入研究。     

A method to determine the two-point contact zone and transfer of wheel–rail forces in a turnout

A practical method to determine the zone of two contact points and the transfer of wheel–rail forces between two rails in a turnout is presented in this paper. The method is based on a wheel–rail elastic penetration assumption and used to study a turnout system for a 200 km/h high-speed railway in China. Rail profiles in a number of key sections in the turnout are identified first, and profiles in other sections are then obtained by interpolation between key sections. The track is modelled as flexible with rails and sleepers represented by beams and the interaction between the vehicle and turnout is simulated for cases of the vehicle passing the turnout. Results are mainly presented for two-point contact positions and the characteristics of the wheel–rail forces transference. It is found that the heights of the switch and crossing rail top have significant effects on the wheel–rail contact forces. Finally, the optimised top height for the crossing rails is proposed to reduce the system dynamic force in the turnout system.     

基于流固耦合方法的离心式压气机叶片强度与振动特性研究

采用流体动力学及有限元方法,对某型带分流叶片的离心式压气机叶轮进行了单向流固耦合分析。建立了叶轮单个通道的三维流场模型,得到某转速下压气机叶轮内部流场的应力分布,然后将气动力施加在叶片上,获得离心力和气动力共同作用时主叶片及分流叶片上的应力分布及最大变形量,最后对比分析了离心力与气动力对叶片应力应变和振动特性的影响。     

组合式推进器干扰特性敞水试验评估分析新方法研究

以由导管、前置定子和转子构成的组合推进器敞水性能为研究对象,运用因子分析理论和分解试验方法,分析并建立了组合推进器各部件水动力相互干扰特征和敞水效率的表达与测量方法.针对CSSRC若干现存试验方案的试验数据,采用回归分析和方差分析方法,分析并建立了各种敞水性能评价指标与设计参数之间的相关关系,明确了对转子敞水效率有显著影响的设计参数仅仅是其负荷系数,而对相互干扰综合评价指标影响显著的仅仅是三个几何参数:导管出口面积比、前置定子特征安装角和转子特征螺距角.对典型情况下的敏感度和极值进行了分析,最终推荐该类组合推进器敞水性能的主参数优化策略为:先优化各部件的推力负荷分配,再优化部件之间的相互干扰特性.计算结果表明,与单独螺旋桨推进器相比,在同样的推力负荷下,干扰特性优化可使组合推进器敞水效率大幅度地提高.     

波浪作用下考虑桩土相互作用的桩柱响应*

以一离岸深水桩柱为例,依据JTJ 2132—1998《海港水文规范》的环境条件和环境荷载规范,对桩柱进行有限元离散。在海洋深水环境条件下考虑流固耦合效应,计算了在海洋极端规则波以及不规则波条件下桩柱的运动响应;为了进一步研究分析泥面以下土体对桩柱运动响应的影响,对比分析了在考虑桩土耦合相互作用下桩柱的响应与基岩面固结解下的响应;考虑到海洋地基为两相饱和土介质,对比了在不同简化阻抗处理下的运动响应结果。结果表明,桩土耦合相互作用对于波浪尤其是不规则波作用下的桩柱响应有很大影响,简化阻抗下的运动响应相比两相饱和地基阻抗处理论误差在10%左右,考虑桩土耦合效应对于工程设计具有指导意义和实用价值。     

风机塔架与叶片相互作用的数值模拟(英文)

Numerical simulations of wind turbine blade-tower interaction by using the open source OpenFOAM tools coupled with arbitrary mesh interface(AMI) method were presented.The governing equations were the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) which were solved by the pimpleDyMFoam solver,and the AMI method was employed to handle mesh movements.The National Renewable Energy Laboratory(NREL) phase VI wind turbine in upwind configuration was selected for numerical tests with different incoming wind speeds(5,10,15,and 25 m/s) at a fixed blade pitch and constant rotational speed.Detailed numerical results of vortex structure,time histories of thrust,and pressure distribution on the blade and tower were presented.The findings show that the wind turbine tower has little effect on the whole aerodynamic performance of an upwind wind turbine,while the rotating rotor will induce an obvious cyclic drop in the front pressure of the tower.Also,strong interaction of blade tip vortices with separation from the tower was observed.     

钢管混凝土叠合柱式桥墩考虑桩土作用的地震效应分析

为减小桥墩阻水面积,南水北调中线工程跨主干渠大油村北桥中墩墩身采用圆形钢管混凝土叠合柱,以避开阻水超限的普通钢筋混凝土桩柱式结构。探讨考虑桩土相互作用的三种模型并对计算结果进行了对比分析。发现等效三弹簧模型能较好地模拟桩土相互作用下桩基的地震反应,同时说明叠合柱能以较小的直径满足既定承载能力的要求,比普通钢筋混凝土桩柱式结构具有更好的经济性和抗震性能。     

棚洞结构模型试验研究

为了深入研究公路棚洞与边坡围岩体间的相互作用关系,应用基本相似模型试验,对不同边坡围岩条件、不同开挖坡率、不同回填体材料、不同边坡高度等组合情况进行试验。试验过程中,对回填体与边坡及棚洞结构间的接触应力、棚洞结构的表面应力、棚洞结构的位移等指标进行测试。模型试验结果表明,在相同边坡条件和棚洞结构条件下,土石回填相对于片石回填,棚洞结构的内力更大;相对于土质边坡,岩质边坡情况下棚洞结构受回填体材料的影响更大。