Analysis of the Stability of the Shield Tunnel Excavation Face Considering Fluid-Solid Coupling Effect北大核心CSCD

In order to study the impacts of the transient seepage on the stability of tunnel excavation face during the installation of lining segments, the fluid-solid coupling effect based numerical model of the tunnel excavation face was developed by the finite element software PLAXIS. With adoption of the variablecontrolling approach, the influences of the depth/diameter ratio (the ratio of the buried depth to diameter of the tunnel) and the support pressure ratio (the ratio of the face support pressure to water and soil pressures ahead of the excavation face) on the face stability and ground settlement were investigated, respectively. At same time, the failure modes of the excavation face under the fluid-solid coupling analysis were also discussed. The results show that:1) the transient seepage leads to the development of the soil arching at the front of the excavation face, in which the smaller deformation at the excavation face is achieved, and so less support pressure for the face stability is allowed. While for the plastic analysis without taking into account the effect of transient seepage, a higher support pressure is required to maintain the stability of the excavation face; 2) in the fluid-solid coupling analysis, the depth/diameter ratio has less impacts on the stability of the excavation surface, but has larger impacts on the ground settlement. The larger the depth/diameter ratio, the larger the ground surface settlement and the settlement profile; 3) however, with the combination of the decrease of the support pressure and the impact of transient seepage on the settlement of ground surface, the soil arching effect in front of the excavation face is gradually reduced. The deformation zone at the ground surface is then connected with the deformed part ahead of the tunnel face to form a wedge-shaped soil sliding zone. It is also observed that the wedge-shaped body tends to have a larger funnel-shaped failure mode than that in the plastic analysis without considering the transient seepage. The results show that the transient seepage has a great impact on the stability of tunnel excavation face in the soil condition with high permeability ratio. The fluid-solid coupling analysis should be adopted to evaluate the deformation of excavation face and ground settlement. © 2018, Editorial Office of "Modern Tunnelling Technology". All right reserved.     

轴-艇耦合系统的力传递特性分析

螺旋桨与水下伴流场产生的脉动激振力是潜艇振动的一个重要激励源.潜艇的主要结构是推进轴系与壳体耦合结构,螺旋桨产生的激振力通过轴系经尾轴承、中间轴承及推力轴承作用于艇体激起艇体振动.目前降低轴系引起外壳体的振动有降低螺旋桨的脉动激振力和改善轴系与壳体之间的减震装置2种方法.在降低螺旋桨脉动激振力较困难的情况下,研究激振力经轴系传递到壳体的路径,就对改善减震装置、降低壳体振动有重要意义.     

高精度入口边界的峡谷桥址风场数值模拟

山区峡谷地区由于受特殊地形地貌条件影响使得其风场十分复杂,这些地区建立的大跨度桥梁面临着更为突出的风致振动问题,而当前规范对峡谷桥梁的抗风设计还没有明确规定。为更加深入认识峡谷风场的分布特性,基于WRF与CFD耦合模式对峡谷桥址风场进行精细化分析,在中尺度气象模式基础上结合多项式插值方法获取入口边界的平均风速,同时对峡谷桥址上游风速进行实时监测,利用实测站脉动特性互等的原则获取数值模拟入口位置的脉动特性。将平均风速和脉动风速综合考虑后利用UDF程序赋给大涡模拟的入口边界并对峡谷桥址位置风场进行详细分析,最后将模拟结果与实测结果的湍流特性进行对比。研究结果表明：考虑脉动风速后的入口边界条件相比于无脉动入口风速其湍流特性与实测值吻合更好;中国现有规范中的标准谱不适用于复杂峡谷桥址地区,如用现有规范设计山区峡谷桥梁,其结果偏不安全;来流风向与峡谷走向是引起加速效应的主要原因,峡谷上游的复杂局部地形是引起峡谷桥址风场多样性的根本原因。研究成果可供山区峡谷大跨度桥梁抗风设计提供参考。     

膜盘联轴器减振机理分析

将膜盘联轴器简化为多杆模型,基于动态响应特性进行参数等效,建立并求解模型的波动方程。从支反力做功的角度分析膜盘联轴器的减振机理。利用有限元软件进行数值计算,验证数值仿真结果与理论解的一致性。     

阵风下高速列车-独塔斜拉桥耦合振动分析

大跨度桥梁一般较柔且桥面较高,车辆与桥梁间耦合作用明显,桥面风速较大时车辆风荷载也将增大,列车-桥梁系统抗风安全性成为重要课题.为了研究阵风环境下高速列车驶过独塔斜拉桥时的耦合振动特性,利用有限元方法建立多自由度有限元独塔斜拉桥子系统(转为线性弹性体),利用多刚体动力学方法建立CRH3四动四拖八辆编组高速列车子系统,在...     

温度和列车动荷载作用下双块式无砟轨道道床板损伤特性研究

采用混凝土损伤塑性模型描述双块式无砟轨道道床板的力学行为,以变温作用下道床板最大损伤状态作为初始条件、车辆—双块式轨道耦合动力分析得到的各钢轨支点压力作为轨道路基的外部激励,进行变温和列车动荷载共同作用下道床板损伤的演变规律及道床板损伤对结构受力影响的研究.结果表明:在降温过程中道床板会发生横向弯曲变形,产生损伤,导致受拉承载力下降;在升温过程中由于降温导致的道床板拉伸损伤不可恢复,所以道床板损伤值不变,最终保持在0.23左右,但刚度出现恢复现象;车辆经过已损伤的道床板时,道床板内部裂纹交替张开与闭合,刚度出现短暂的部分恢复阶段,刚度退化系数最大幅值为0.057,而道床板损伤值不变,且道床板的位移和加速度幅值、支承层与基床表面的动应力幅值均比无损伤时增大,拉应力幅值减小;损伤塑性模型能很好地反映道床板混凝土的软化及刚度退化行为.     

基于海水环境下ICPT系统电磁耦合器的研究

感应耦合电能传输技术(ICPT)是近来兴起的一种新型电能传输模式。针对深海环境下海流扰动影响ICPT系统传输性能稳定的问题,利用ANSYS有限元仿真软件分析电磁耦合器不同间隙下耦合系数和电感参数随磁芯偏心量的变化趋势。建立含有补偿电容的互感等效电路,计算分析系统谐振情况下系统功率和传输效率的影响因素,仿真研究系统功率和传输效率随输入电压、负载电阻、频率和线圈匝数的变化规律,为提高海水环境下ICPT输系统的优化设计提供参考。     

照度与纵坡耦合作用下海底隧道出入口段驾驶人视觉特征分析与建模

为研究照度与纵坡耦合作用下海底隧道出入口段驾驶人视觉特征变化规律,选取26名驾驶人在交通状况相近的非高峰时段进行海底隧道实车试验.利用视觉仪、照度计等采集真实交通状态下照度、驾驶人眼睑闭合度、注视时长、车速及位置数据,分析驾驶人受不同照度及纵坡耦合作用下眼睑闭合度、注视时长和行车速度的变化规律,并分别建立眼睑闭合度、注...     

载货汽车驾驶室疲劳寿命的敏感度分析

针对某重型载货汽车驾驶室底板发生开裂破坏的现象,建立了包含驾驶室柔性体的刚弹耦合动力学模型。由实测信号作为输入计算得到柔性体的应变-时间历程,进行驾驶室底板的疲劳寿命分析。在此基础上通过软件集成,以载荷幅值和材料特性为变量,用蒙特卡洛方法进行了疲劳寿命的敏感度分析,找到了影响较大的因素,为改进结构提供了依据。     

预测与降低柴油机油底壳辐射噪声方法的研究

介绍了一种针对车用柴油机油底壳辐射噪声预测和降低的方法,通过有限元/边界元法预测油底壳结构的动态特性、频响特性以及辐射声功率级,同时考虑油底壳中润滑油的流固耦合作用,提出在油底壳上布置加强板和使用复合材料的方法降低该油底壳的辐射噪声声功率级。