船舶桨-轴系统双向流固耦合动力学建模方法研究

螺旋桨激励力引起的轴系及船体振动是船舶低频噪声的重要原因,目前已成为改善我国船舶振动噪声最关键的问题之一.为了掌握这类低频噪声成因,有必要从流体、桨、轴系间的复杂耦合关系着手,揭示螺旋桨激励力产生、传递机理及桨-轴系统流固耦合振动演化规律.因此急需一个桨-轴系统双向流固耦合动力学分析模型.为此,本文利用有限元法(FEM)耦合边界元法(BEM)建立了流体-弹性桨-轴系双向流固耦合动力学模型,并通过数值仿真分析以及实验研究,验证了所建模型的正确性.研究表明:本文建立的模型求解精度满足工程要求,且相比于目前广泛采用的商业软件方法具有计算速度快、对计算机性能要求低等优点,非常适合工程应用.     

大跨度桥梁结构气动耦合直接颤振分析

基于结构的有限元全物理模型，提出了用于分析大跨度桥梁耦合颤振的直接分析方法。将系统的气动运动控制方程转化成广义特征值问题，为求解大型稀疏矩阵对的部分特征值和特征向量，介绍了一种高效的同时迭代方法，由于只需进行单参数的搜索过程且计算效率较高，用该方法分析了实际大跨度桥梁颤振问题是合适的，此外，对具有理想平板截面的简支梁结构和江阴长江大桥进行了直接颤振分析，证实了此方法的可靠性和有效性。     

盾构隧道开挖面涌水对地表沉降及管片内力的影响分析

土压平衡盾构在高水压砂层中掘进时,施工措施不当会使开挖面发生涌水涌砂险情,进而引起较大的地表沉降,土体下沉会使得管片严重变形,威胁施工人员的生命安全。以武汉地铁7号线小东门至武昌火车站盾构区间为研究背景,通过建立精细化数值模型,考虑水土流固耦合作用,研究土压平衡盾构在砂土层中掘进时开挖面涌水对地表沉降及管片和螺栓内力的影响。结果表明:开挖面涌水量与地表沉降呈线性关系,与管片螺栓内力呈非线性增长关系,较大的涌水量使隧道拱顶处发生严重的挤压变形,进而引起管片破损及螺栓屈服。因此,当开挖面发生涌水涌砂险情时,为防止地表严重下沉及管片破损,应尽快采取紧急措施减小涌水量。     

活塞组件耦合作用下的气缸套变形特征分析

为评估某V型高强化柴油机气缸套的变形特征,考虑活塞组件的耦合作用,建立气缸套变形分析的有限元分析模型。采用有限元非线性求解方法对气缸套热-机耦合工况下结构变形进行求解,获得气缸套工作状态下的结构变形量,并充分说明在气缸套结构变形分析中考虑活塞组件耦合效应的重要性。分析了缸套结构纵向及不同高度截面变形特点,结果表明,缸盖螺栓预紧载荷和活塞侧向作用力对缸套缸口和活塞上止点处的截面变形影响较大,气缸套中下部截面变形相对较小,主要以椭圆变形为主。     

桩锚复合支护深基坑变形的流固耦合分析

深基坑开挖降水过程中,坑内外压力差可能引起严重的工程事故。通过有限元软件MIDAS/GTS,采用渗流应力耦合理论及摩尔库伦模型,结合某桩锚复合支护深基坑工程实例建立三维有限元模型分析了该深基坑工程的变形情况,并与不考虑耦合的基坑变形情况进行对比,主要包括锚杆轴力图、桩剪力图与弯矩图、基坑地表沉降、坑底回弹、侧向位移等。结果表明:在两种不同的有限元模拟条件下基坑变形形态基本一致;总的来说,流固耦合分析引起的基坑变形小于不考虑耦合分析的基坑变形,支护结构的受力变形也较小,更接近实际情况。考虑地下水流固耦合分析对基坑变形的影响不容忽视,对实际工程的设计优化有一定的参考意义。     

降雨条件下非饱和土路堑边坡稳定性的数值模拟分析

以沪通铁路某路堑边坡工程为依托,对非饱和路堑边坡在不同降雨强度下瞬态渗流场与应力场流固耦合进行分析,探讨路堑边坡在不同降雨强度下的响应,重点研究了降雨强度对边坡安全系数的影响。结果表明:①监测点边坡竖直位移随降雨强度变化趋势相似,当降雨达到一定强度时,降雨强度对边坡竖直位移影响较小;随着降雨强度增加,边坡水平位移从缓慢变化过渡到加速变化,且边坡中部水平位移相对坡脚水平位移具有滞后性;②边坡水平位移随降雨时间增加呈现三个阶段:初始稳定阶段、缓慢变化阶段、正比关系变化阶段,应重视降雨时间效应引起的边坡失稳破坏;③降雨强度从0增加到18 mm/h时,边坡安全系数由1.795降低到1.305,降低约27%,降雨强度从15 mm/h增加到18 mm/h,边坡安全系数降低约16%,降雨强度越大对边坡整体安全性影响越大。     

横向地震作用下车辆−板式无砟轨道系统随机振动分析

地震波本质为非平稳随机过程。为了准确分析地震波对车辆?轨道系统非线性振动行为及动力可靠度的影响,基于车辆?轨道动力相互作用模型、轨道不平顺概率模型和概率密度演化方程,建立考虑轨道随机不平顺作用的横向地震?车辆?轨道系统随机分析及可靠度计算模型。以地震波演化功率谱模型为例,峰值加速度取为1.96 m/s2,对地震和轨道不平顺联合作用下的车辆?轨道系统随机响应进行数值分析。研究结果表明:当考虑轨道不平顺和地震波的联合作用时,车体横向加速度和轮轨横向力较仅考虑地震波作用下的系统响应增大约10.92%和24.97%;轨道随机不平顺与地震随机波的耦合将进一步增大结构动力响应的离散性,故而开展地震和轨道随机不平顺的联合分析是必要的。     

城市轨道交通混凝土连续刚构桥车-桥耦合振动分析

为研究城市轨道交通混凝土连续刚构桥车-桥系统动力性能,从数值模拟与现场实测两方面分析车?桥系统的振动特性.以满载地铁B型车和某三跨(42 m+65 m+42 m)刚构桥为对象,展开跑车试验,控制列车分别以60,80,100和120 km/h的速度通过待测试桥梁,获得列车?桥梁系统振动响应.然后,采用SIMPACK和ANSYS联合仿真分析方法,计算了不同速度条件下,车-桥系统的动力响应.研究结果表明:列车与桥梁振动指标小于规范限值,列车运行的安全性与乘坐舒适度较好,桥梁结构具有良好的横向、竖向刚度以及动力性能.研究成果可为此类连续刚构桥的动力分析提供指导和借鉴.