刹车状况下桥上随机车流动态演化及车-桥耦合振动分析

为实现刹车时桥上多状态车流并行动态演化的高真实度模拟和时变汽车荷载与桥梁运动状态的时时耦合,首先从宏观和微观上丰富随机车流模拟方法,宏观上沿用交通荷载调查数据中的车辆顺序、车辆基本特性等不变量,以车辆间距为服从正态分布的限幅随机变量,形成深度融合交通荷载调查数据和交通流理论的随机车流高真实度仿真方法;微观上对车辆间距随机变量确定的关键状态-阻塞状态,引入加权速度,实现阻塞密度时车流的走走停停动态描述,采用考虑驾驶人状态的概率分布方法确定车辆时距;实现多密度随机车流的高真实度仿真。其次细化刹车过程模拟,建立车流差异化刹车模型：采用顺次对比方法,筛选桥长范围最不利刹车车流;引入停车视距,考虑驾驶人反应,区分头车和跟驰车辆,精细模拟车辆刹车动态过程和刹车车流演化过程,差异化确定各车辆刹车参数;实现桥上多状态车流并行动态演化模拟。第三建立刹车力学模型,并融入至已有正常车流的车-桥耦合系统,构建可考虑刹车状态的分析系统。最后确定桥梁典型响应和分析指标,以一座大跨斜拉桥为例,对多刹车工况下的桥梁响应进行分析。结果表明：桥上刹车状况一般会产生超过正常行驶状况下的桥梁响应,最不利单车道刹车状况下的塔根弯矩甚至达到跑车工况的2.7倍,简单采用规范冲击系数方法很难实现刹车响应的包络;刹车过程中的桥梁响应最值不仅与采取刹车的车辆数目和桥上车辆保有量有关,还受刹车作用与桥梁原响应趋势的顺逆程度控制;桥梁及桥上刹停车辆的总质量和桥上正常行驶的车辆决定桥梁响应时程曲线趋势振幅;典型桥梁响应的总体趋势,与车流密度和刹车车道数相关性较小,不同时段车流会对梁端顺桥向位移和塔根弯矩产生影响。     

山区高速公路驾驶人加减速行为建模

山区地形地质条件复杂,各类复杂的组合线形设计更为常见,例如直线与平曲线间组合或不同平曲线间组合。驾驶人在相邻组合路段行驶时会感知到线形的变化,引起驾驶行为的改变,最终车辆的纵向加速度也会随之改变。频繁的加减速行为会引起驾驶人不适,甚至形成安全隐患。目前针对相邻组合路段驾驶行为的研究中,关于加速度的研究主要基于路段特殊点进行计算。随着驾驶模拟技术的发展,高仿真驾驶模拟器为高速公路的设计评估提供了更好的数据及试验条件支撑。在高仿真驾驶模拟器中,基于湖南省永吉高速公路道路设计参数及周边地形环境参数,构建山区高速公路的三维虚拟模型,以山区高速公路中的相邻组合路段为研究对象,获取山区高速公路组合线形路段的车辆纵向加速度数据,提取加减速事件后,基于驾驶人的加减速行为,采用混合Logit模型,分别判定道路线形层和驾驶人层的影响,研究组合线形对驾驶人纵向加减速选择的具体影响变量以及变量的影响范围。研究结果表明：下游路段最大曲率、上游路段圆曲线段比例、下游路段变坡点数量、下游路段曲线数量、上游路段平均曲率和当前位置曲率等对驾驶人加减速行为有显著影响;通过对比混合Logit模型和多元Logit模型,指出驾驶人层面对模型结果的影响显著。研究结果提供了一种山区高速公路连续纵向加减速行为的建模方案,并可为研究驾驶人在复杂线形条件下的纵向加速度选择行为提供基础。     

大直径盾构隧道斜螺栓环缝抗剪特性研究

以大直径盾构隧道施工过程中管片上浮错台问题为背景,研究大直径盾构隧道环缝结构的抗剪特性,从结构承载力角度提出有效且可控的抗浮措施,并深入探究环间错台对隧道结构的影响,以确定大直径盾构隧道环间变形控制标准,减小隧道环间错台引起的管片损伤。以深圳妈湾跨海通道为依托,基于材料塑性损伤本构,考虑管片接缝细部构造,根据相关管片环缝剪切原型试验对接缝抗剪数值模拟方法的有效性进行验证。随后,利用数值模拟研究了环向接缝顺剪、逆剪和切向剪切时的错台现象和破坏特征,分析了斜螺栓、凹凸榫对环缝抗剪特性的影响,为大直径盾构隧道环缝结构的抗浮设计和安全评价提供依据。研究表明:环缝剪切错台数值计算结果与试验结果吻合良好,能够有效揭示接缝剪切过程中结构的变形特点和损伤特性;环缝接缝的剪切错台过程较为复杂,呈阶段性特征,螺栓和凹凸榫的受力状态是决定接缝抗剪特性的关键因素;凹凸榫能显著提高接缝抗剪刚度和承载力,但也带来接缝应力集中和张开过大等问题,设计和施工过程中需充分考虑接缝刚度和变形的适应性;基于环缝错台损伤分析,提出了环缝变形的三级安全评价指标,大直径盾构隧道接缝变形必须控制在Ⅱ级以内,以保证隧道的结构安全和正常使用性能。     

预应力CTRC板加固预载梁弯曲性能的数值研究

对预应力CTRC板加固预载梁的弯曲性能进行了试验和数值模拟研究。根据预载梁的卸载水平和持载水平设置了6个试验工况。试验和数值模拟结果表明,加固梁极限承载力的数值模拟结果与试验结果接近。与未加固的模拟梁相比,加固梁的极限承载力模拟值明显提高,极限承载力模拟值提高的最大比例为74.0%,但卸载水平和持载水平对加固梁的极限承载力影响较小。试验结果和数值模拟结果的对比证明了预应力CTRC板加固预载梁数值模拟的有效性和准确性。     

大尺寸矩形顶管始发井反力墙数值模拟与监测

为分析顶推反力荷载对墙后土体位移、应力、孔隙水压力的影响,以及不同反力加载深度、土体弹性模量、加固体厚度、加固体深度对墙后土体水平位移的影响,建立顶管顶进过程中工作井反力墙稳定性的动态三维有限元分析模型,研究结果表明： 1）反力荷载仅影响对应的部分土体区域,反力加载区域附近的土体水平位移变化大; 2）地面除0 m附近出现较大沉陷外,其他位置均表现为隆起,隆起呈平行“波痕”状; 3）反力荷载只是改变墙后土体的土压力类型,没有改变土压力的分布形态; 4）顶推反力的大小对土体孔压的变化影响轻微; 5）反向顶推力合力点深度及土体弹性模量对土体侧向位移影响较大; 6）加固体深度和厚度对土体侧向位移影响轻微。     

船舶操纵模拟器上海洋山港港区三维视景仿真

针对船舶操纵模拟中的三维视景仿真的特点,开展船舶操纵模拟器中关于上海洋山港港区三维视景仿真的研究。以Google Earth提供的电子地形图像为基础,经过等高线和矢量化方法的处理,生成数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),并利用Multigen Creator建立直观的上海洋山港港区三维地形模型,再利用Vega的三维视景渲染功能对其进行渲染和驱动。根据该方法建立的上海洋山港港区三维视景模型库在模型精细度、逼真度和实时运算等方面,都能满足船员实操练习所需的条件。     

液舱旋转射流惰化模拟及优化

为探究气体惰化机理,提高惰化过程效率,对卧式椭球状LNG液舱的气体惰化过程进行数值模拟与优化。采用从椭球状液舱端部直流射流、旋转射流和混合射流的进气方式,分析气体射流流场结构和惰化效果,探究不同进气方式对惰化过程影响的机理,并提炼其惰化优化方案。结果表明：在进气流量一定时,旋转射流的惰化效果优于直流射流和混合射流,这是由于旋转射流会产生更大的进气扩张角,可大幅减少惰化死角的存在,有利于在储罐内部形成推移式惰化;旋转射流相对直流射流可节省40.4%氮气量和惰化时间,相对混合射流可节省26.2%氮气量和惰化时间。旋转射流优化方案可减少氮气耗量并节省惰化时间,提高惰化过程效率,具有较高的经济性,对于实际LNG液舱的气体惰化过程具有重要指导意义。     

基于物理规律的气垫船气液介质仿真系统研究

针对全垫升气垫船气液介质复杂场景实时再现仿真需求,基于粒子系统原理和OSG渲染平台,考虑气垫船近场波浪高程模型、气垫船垫升系统压力及流量仿真模型以及气垫船气流场特点,提出了一种基于多模型的气垫船航行时气液介质特效仿真框架和实现方法。搭建了该技术的体系结构和实现流程,解决了不同开发环境下建立的异构模型仿真问题,并通过仿真模拟计算验证了该技术的可行性和正确性。仿真结果符合气垫船航行时的气液介质外形特征、作用范围以及气液介质产生的随机性和规律性特征,能快速逼真地实现气垫船航行时气液介质视景特效,对增强气垫船模拟训练效果具有重要的意义。     

能量回馈型四象限电力电子负载在船舶电力系统动模试验中的应用

目前,随着船舶综合电力系统的发展,船用负载设备类型的增多导致目前交直流动模试验室无法真实模拟系统动态特性。为研究和分析能量回馈型四象限电力电子负载船舶电力系统动模试验的应用,本文通过分析四象限电力电子负载的拓扑结构和控制方式,在Matlab/Simulink仿真平台和动模试验室中分别进行了能量回馈型四象限电力电子负载相关功能试验。仿真和试验结果表明,能量回馈型四象限电力电子负载能够模拟不同类型的负载以及不同电压、功率等级的电源,并且在模拟负载时,能够将吸收的电能高效地反馈回电网,不仅可以提高工作效率,还能够起到节约电能的目的。     

喷孔位置对船用天然气发动机燃烧及排放影响的模拟研究

为了探究天然气与柴油喷孔位置对天然气发动机燃烧和排放的影响,基于L23/30天然气发动机,建立了柴油引燃天然气的发动机模型,利用CONVERGE软件对燃烧过程和排放进行模拟分析。模拟结果表明：由于天然气与柴油喷孔位置变化的影响,会导致柴油引燃天然气在空间的变化,因此对发动机的燃烧和排放造成了影响,通过对比不同喷嘴间的距离和不同喷嘴分布的设计方案得出,采用中心对称设计时获得了较好的燃烧和排放性能。