船体薄壁梁弯扭耦合振动的流固耦合分析

采用耦合有限元,边界元法计算水中船体的弯扭耦合振动.文中用一维薄壁梁有限元模拟船体梁,在横剖面处用二维边界元方法计算结构表面卢压,推导出表征流体对振动特性影响的附加质量阵,编制了用流同耦合方法求解船体振动模态的程序.通过与采用ANSYS软件进行耦合场分析以及刘易斯方法得到的振动模念相比较,验证了文中方法的可行性和应用性.     

Two-dimensional numerical simulation and experiment on strongly nonlinear wave–body interactions

A constrained interpolation profile (CIP)-based Cartesian grid method for strongly nonlinear wave–body interaction problems is presented and validated by a newly designed experiment, which is performed in a two-dimensional wave channel. In the experiment, a floating body that has a rectangular section shape is used. A superstructure is installed on the deck and a small floating-body freeboard is adopted in order to easily obtain water-on-deck phenomena. A forced oscillation test in heave and a wave–body interaction test are carried out. The numerical simulation is performed by the CIP-based Cartesian grid method, which is described in this paper. The CIP scheme is applied in the Cartesian grid-based flow solver. New improvements of the method include an interface-capturing method that applies the tangent of hyperbola for interface capturing (THINC) scheme and a virtual particle method for the floating body. The efficiency of the THINC scheme is shown by a dam-breaking computation. Numerical simulations on the experimental problem for both the forced oscillation test and the wave–body interaction test are carried out, and the results are compared to the measurements. All of the comparisons are reasonably good. It is shown, based on the numerical examples, that the present CIP-based Cartesian grid method is an accurate and efficient method for predicting strongly nonlinear wave–body interactions.     

沉箱结构的有限元分析

某码头为大直径圆沉箱重力墩式结构,应用大型有限元分析软件ANSYS,对沉箱结构建立三维有限元模型,分别按考虑地基与沉箱作用和不考虑地基与沉箱作用进行计算。计算与分析结果表明,2种算法上部结构的计算结果相近,不考虑沉箱与地基共同作用的底板内力过于保守。     

饱和地基下桩柱结构地震响应

通过建立两相饱和地基下桩-土耦合系统的动力分析有限元数值模型,对饱和自由场地基以及桩柱结构在地震作用下的动力响应进行数值模拟研究。结果表明:在地震作用下超孔隙水压沿深度方向呈现出指数衰减趋势,在地表处更易导致地基液化从而散失承载能力。随着超孔隙水压的上升土体强度降低后,饱和地基土层对地震波的高频成分有明显的选择性滤波作用。在桩柱结构地震响应分析中,受桩土间动力耦合作用的影响,桩侧土体比远场地基土更易液化。随着地基承载力的降低,导致桩柱动力以及弯矩响应上升。研究结果与已有桩基础震害经验相符,其方法和结论可对饱和可液化地基抗震工程提供参考。     

考虑流场影响下破冰船艏部结构响应研究

通常考虑船-冰碰撞附连水的水动力效应有附加质量法和流固耦合法。本文建立了破冰船破冰场景,基于流固耦合法进行了数值仿真计算,分析了水域流场对船体的冲击压力变化、流场的速度分布变化以及流场的动能变化。同时与附加质量法的计算结果进行了比较,对比分析了船艏的碰撞力大小、损伤变形以及局部冰载荷等差异,揭示了流场对船-冰碰撞的影响规律,对于破冰船结构设计具有重要的参考价值。     

基于单向求解、双向流固耦合的悬臂平板绕流涡激振动特性对比研究

本文采用双向流固耦合研究一端固定的二维平板(展向无限长)涡激振动特性,通过流场和结构之间力和位移的相互传递来实现双向耦合。同时,对不同雷诺数下的平板绕流涡激振动进行了计算,并与单向求解算法进行了对比。计算结果表明,当涡脱落频率接近结构固有频率时,将出现频率锁定现象,同时结构将产生极大的位移响应。在锁定雷诺数区域中,双向流固耦合结构位移响应明显小于单向求解算法,而在其他非锁定区间,两种算法差别较小。     

接触面单元对单桩位移应力的影响分析

在用有限元法分析桩土相互作用的研究中,采用不同的接触面单元得到的结果必然不同。通过分别引入Goodman单元和Desai单元进行单桩有限元分析,研究接触面单元对桩土接触面力学特性及单桩位移应力的影响。分析认为:在桩顶荷载较小时两者的桩土接触面力学特性以及单桩的位移应力差别很小;桩顶荷载较大时,采用Goodman单元计算所得的桩顶沉降小,接触面剪应力大,轴力沿桩身递减快,桩端阻力和沉降都较小,单桩的竖向抗压极限承载力较大。     

泥泵水力性能动态特征的数值模拟分析

在使用滑移网格模拟分析新设计的HDP-263-50-130-4型泥泵时,发现叶轮处于不同位置时,同一转速和流量下,泥泵的扬程、扭矩、效率均呈周期性的波动,该波动近似于正弦函数,各量波动幅度较大,波动周期等于叶轮转过两相邻叶片的夹角所需的时间 对于该型号泵,扬程的波动要领先力矩约0.21个波动周期,效率的波动领先力矩约0.34个波动周期;当叶轮的一个叶片转过蜗壳的第Ⅰ断面,且与此断面呈16.左右夹角时,泥泵达到最高效率,约为92％;当叶轮的一个叶片转向蜗壳的第Ⅰ断面且与其夹角约为29°时,泥泵效率最低,约为77％.经分析认为,泥泵水力性能波动的主因是运动叶轮与静止蜗壳之间的动静干扰,该干扰主要体现在叶轮相对涡舌的位置的变化引起涡舌周围流态的变化.     

桩-土作用在大型旅客站房基础设计中的应用

当大型旅客站房基础与地下出站通道重叠时,由于地下出站通道刚度大、结构超长,且属半露天地下结构,对温度作用变化明显,利用传统的刚性固结模型对站房基础进行设计时较难得到合理的结果或造成巨大的浪费。论述桩-土作用机理的复杂性,并对桩-土作用力学模型进行分析。通过分布弹簧模型对旅客站房在温度作用下的结构内力进行分析,并与刚性固结模型计算结果进行对比,得出旅客站房基础设计考虑桩-土作用的合理化计算模式。     

填料性能对预应力锚拉式桩板墙影响的数值分析

预应力锚拉式桩板墙是一种得到广泛应用的新型支挡结构,本文通过建立耦合分析数值模型对桩板墙的受力特征进行了有限元分析。通过分析了解填料的力学参数(变形模量、摩擦角、粘聚力)对桩板墙位移、弯矩、土压力以及锚固端接触应力和自由段轴力的变化。揭示填料力学性能对预应力锚拉式桩板墙的影响,为类似工程的设计提供参考。