波浪中船舶操纵性数值预报及自航模验证

基于统一理论,考虑横荡、纵荡、艏摇平面三自由度操纵和横摇耦合,建立四自由度模型,按照MMG模型将船体上的力分为船体力、螺旋桨力和舵力,采用耦合模型叠加波浪力的方式来预报船舶在波浪中的操纵性。波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行二维插值。通过对比仿真数据与自航模试验数据,验证了模型的准确性。预报了在不同波浪工况下的船舶操纵性,验证了二阶力是船舶回转漂移的主要原因。比较了不同波高对船舶在波浪中操纵性的差异,研究结果表明:波高越大,船舶回转的纵向和横向漂移越明显,并且Z形试验中的第1超越角和达到时间越长。

     

移除单元法中单元失效应变的确定

针对移除单元法数值模拟裂纹板拉伸断裂的过程,研究单元失效应变的选取方法及影响因素。采用MSC.Dytran有限元软件进行数值计算,分别以试验获得的载荷极值、最大伸长量和能量为依据,分析网格尺寸对单元失效应变的影响,讨论3种准则的失效应变计算结果与试验间的误差。结果表明：能量准则的失效应变综合考虑了裂纹板拉伸过程中载荷与位移这两个因素,计算结果能较好地反映裂纹板的力学特性;最大伸长量准则的失效应变计算载荷极值略高于试验值,适用于优先考虑裂纹板伸长位移的数值计算;载荷极值准则的失效应变计算结果偏差较大,难以全面反映裂纹板拉伸断裂的力学特性。结果显示,移除单元法适于模拟大型结构物的破坏过程。     

仿真技术在舰船动力装置生命周期中的应用研究

  目的  在充分分析舰船动力装置总体设计研究现状的基础上,指出现有动力装置设计方法中存在缺乏从多学科耦合角度进行仿真和优化,从而制约设计质量提高的问题,有必要开展动力装置多学科集成优化理论、方法及关键技术研究。  方法  建立舰船动力装置多学科集成优化设计系统框架,并对动力装置多学科优化技术、现代设计工具技术、协同仿真、支撑环境、设计软件开发等关键技术进行深入研究。  结果  给出了有效的解决方案。  结论  研究成果能为开展舰船主动力装置多学科集成设计优化提供一定的参考,同时为舰船动力装置设计水平的提高奠定一定的基础。     

钢板移动式感应加热过程工艺参数分析与局部变形预测

针对钢板移动式感应加热成形问题,采用正交试验分析得出影响钢板感应加热的主要因素是加热速度和空气间隙,并利用数值模拟分析这两个工艺参数与钢板变形之间的关系。结果表明,加热速度和空气间隙会影响加热深度,进而对横向收缩量、横向角变形和垂向位移有显著的影响。最后,在数值计算样本的基础上推导横向收缩量的回归数学模型,发现回归模型的计算值与试验值之间的相对误差在工程允许范围内,证明回归模型的计算结果可靠。     

客运枢纽内部通道合理规模仿真分析

以客运枢纽内连接服务设施设备的通道作为研究对象,以通道的长度和宽度对行人流分散作用的强度分析入手,借助行人流仿真软件,设计仿真方案,利用仿真输出的行人流参数统计数据,建立行人流流量随观测时间的变化趋势曲线,一方面,对曲线的变化趋势进行对比分析,另一方面,对统计数据进行K-W检验以分析数据的差异性。结合曲线对比和K-W检验结果,综合分析单向通道、双向通道的长度和宽度变化对行人流分散作用的影响,进而确定单向通道和双向通道的最佳宽度分别为4m和8m,最佳长度为50m。     

三类勘察场地地裂缝活动对地铁隧道的影响

以地铁隧道穿越西安三类勘察场地的地裂缝为研究原型, 分析了地裂缝的发育特征; 运用数值模拟方法, 研究了三类场地地裂缝不同活动量值引起的地层应力场、破坏区域和位移场的变化特征, 计算了地裂缝的影响区域范围, 解析了地裂缝带活动对地铁隧道结构产生的破坏特征, 并提出了相应的工程对策。研究结果表明: 地裂缝活动造成其两侧地层的竖向应力呈近似反对称的分布形态, 地层应力的变化增量随上盘沉降的增加而增大; 通过综合分析位于地铁隧道拱顶和拱底埋深处地层的竖向应力变化特征, 得到三类场地地裂缝上盘和下盘的主要影响范围分别为0~20m和0~15m, 经对比验证, 与物理模型试验结果一致; 下盘靠近地裂缝的区域发生剪切破坏, 且破裂逐渐向上扩展, 最终形成一条与地裂缝呈18°夹角的剪切破坏包线, 其中间包含的范围为剪切破坏的集中区域; 地裂缝活动导致两侧土体发生位移突变, 形成2个类似“活动楔体”的变形区域, 且该区域范围逐渐扩大; 上、下盘隧道的差异沉降随着地裂缝错动量的增加而增大, 当地裂缝活动量达到20cm时, 造成整体式地铁隧道呈“S”破坏形态; 为适应三类场地地裂缝活动引起的大变形, 建议地铁隧道结构采用分段设置特殊变形缝加柔性接头处理等措施进行设防。     

机车编组方式对列车再充气特性的影响

为量化机车编组方式对重载列车再充气特性的影响, 结合神华铁路万吨重载列车纵向动力学试验结果, 对万吨重载列车再充气特性进行分析, 并利用基于气体流动理论的空气制动系统仿真方法, 建立列车空气制动系统模型, 通过试验对比验证仿真系统的准确性, 对不同机车编组、多机车不同滞后时间和不同减压量的再充气过程进行仿真。计算结果表明: 列车头部机车数目增加对首车再充气特性影响较小, 2种编组列车的副风缸压强差值小于15kPa; 单编列车充风时间是3辆机车编组充风时间的2.4倍; 当机车集中于列车前部时, 充风时间缩短量与机车数目增加量非正比关系, 即3辆机车集中编组的充风时间不是单编列车充风时间的3/10;机车数目对于充风时间的影响完全取决于编组方式, 分散编组减压50kPa的充风时间较集中编组节省37%~75%, 机车集中编组减压110kPa的充风时间是分散编组的1.5~3.5倍, 分散编组常用全制动的充风时间为机车集中编组的30%~63%;从控机车滞后时间对充风时间影响较小, 充风时间增长量与滞后时间相近; 得到4种机车编组方式不同减压量的充风时间的二次拟合函数, 随着减压量的增加, 4种机车编组的充风时间增长缓慢。     

箱体式活动沙障风沙流场特征

研究在野外调查的基础上, 采用计算流体力学三维数值建模方法并结合室内风洞试验, 分析了箱体式活动沙障在孔隙率与风速变化作用下的控沙特点及其周围风沙流场的演化过程。分析结果表明: 在沙障的控制下, 顺着风向在沙障前后依次出现减速区、减速上扬区、加速区与障后涡流区, 在沙障腔体内形成明显的腔内减速区与涡流区, 过境风沙流在沙障的减速区、障后涡流区与腔体内发生沉落, 可见箱体式活动沙障发挥了控沙作用; 随着风速增大, 障前减速上扬区高度增大, 但沙障迎风侧孔隙率的变化对减速上扬区高度没有影响; 当沙障迎风侧横板孔隙率小于5%时, 对来流的消减效果显著, 积沙在沙障前卸载, 不能充分发挥沙障背风侧涡流区的控沙作用; 当孔隙率大于25%时, 沙障能够充分发挥控沙作用, 在沙障的迎风侧、背风侧与腔体内都有积沙卸载; 当孔隙率继续增大至30%时, 沙障控沙效果没有明显提高; 选定孔隙率为30%条件下, 随着风速的增大, 沙障后积沙增加, 沙障腔体内积沙减少, 而沙障迎风侧积沙出现先增加后减少的变化趋势。     

桩靴支护结构对桩端极限承载力的影响

以渤海湾\     

青藏公路热棒路基降温效能

为了分析多年冻土区热棒路基的工程效果, 定量评价其降温效能, 基于青藏公路热棒路基试验工程近11年的现场监测数据, 分析了热棒路基的地温特征、温度场形态和冻融过程, 估算了阴阳坡影响下热棒附近的水平热收支状况。建立了空气-热棒-冻土地基三维非稳态耦合计算模型, 分析了不同结构形式(单侧直插式、单侧斜插式、双侧直插式与双侧斜插式)的热棒路基的降温效能。实测结果表明: 在热棒作用下, 阳坡侧路基地温可降到-1.5℃附近, 较普通路基地温降低约3.0℃, 阴坡侧路基地温最低达到-2.1℃; 热棒路基经过11年的营运, 阳坡侧冻土上限抬升约0.95m, 基本达到天然地基水平; 阴阳坡两侧热棒的年平均实际功率分别约为69.80、54.07 W, 且热棒路基在最初5年传递能量较大, 第6年后逐渐减小, 此后路基的热状况进入相对稳定的状态。计算结果表明: 双侧直插式热棒路基与双侧斜插式热棒路基第20年冻土上限分别为2.88、1.88m, 而单侧直插式热棒路基与单侧斜插式热棒路基第20年冻土上限分别为3.84、3.46m, 因此, 双侧热棒路基的长期降温效果明显强于单侧热棒路基, 斜插式热棒路基强于直插式热棒路基; 单根热棒的年平均功率为47~56 W, 与试验工程监测结果较为吻合。