移动线载荷板局部非线性响应的网格重划分数值方法

在船舶建造中,常涉及板的焊接、线加热、局部滚压成型等加工方式。该加工方式中的载荷作用区域相对于板的尺度较窄且具有高度的非线性特征,同时载荷稳定移动。把握加工参数与响应的关系在加工过程中很重要。由于载荷移动导致板局部非线性响应的特性不断随之变化,故其相应的计算非常复杂。常规的数值方法是主要采用的手段,但由于该方法在载荷全局作用区域上需预先将网格细密划分,导致计算效率低下。如果考虑到在该加工方式中载荷作用区域之外的大部分区域处于弱非线性或线弹性状态,在数值模拟中将载荷当前作用区域的单元划分细密,远离载荷作用区域划分得相对较粗疏,同时载荷移动时细密网格随着载荷一起移动,即采用网格重划分数值方法来分析上述问题就能节省大量计算时间。针对该方法,重点探究细密网格尺寸以及网格重划分频度对数值计算的影响及其与计算效率和精度的关系,并以板局部滚压成型加工为例进行数值计算。结果表明,该方法可作为移动载荷作用下板局部非线性响应的一种高效的计算手段。     

采用步进加载的桥梁刚度量化识别方法

针对桥梁刚度识别问题, 在常规桥梁荷载试验的基础上, 提出一种将试验加载车沿桥梁纵向逐步前进加载进行桥梁刚度量化识别的方法。引入刚度影响因子矩阵, 采用步进加载及有限元模型分别建立实测挠度变化矩阵和计算挠度变化矩阵, 并建立控制偏差逼近水平从而对刚度影响因子进行识别的方法及流程。以一座系杆拱桥为例, 验证了单一区域及多区域损伤的识别准确性。试验结果表明: 拱脚外区域识别精度可达到6.6%;采用步进加载方法可以对混凝土桥梁的刚度进行定位与量化识别; 采用多项式拟合对测量结果进行修正后, 可提高识别精度, 逼近水平提高18%。     

城市快速路交通拥堵判定方法研究

为弥补单点检测器判定交通拥堵方法研究的不足,在对实测数据分析的基础上,利用临界占有率将交通流状态划分为拥堵状态与非拥堵状态,提出了以速度-占有率比、速度差双指标判定交通拥堵状态发生、结束时刻的方法。并以北京城市快速路实测数据为例,对各判定指标阈值进行标定,判定结果表明:基于单点检测器设计的拥堵判定方法能够有效判定检测器断面拥堵发生时间、持续时间、结束时间。     

压缩载荷下金属波纹夹层梁稳定性试验与数值分析

针对一个激光焊接金属波纹夹层梁模型,设计轴向压缩载荷下稳定性试验方案,通过试验获得夹层梁结构失稳临界载荷（极限载荷）及破坏模式。采用有限元软件ANSYS计算、探讨轴向压缩载荷下夹层梁结构的稳定性,数值计算结果与试验结果吻合较好。最后,对夹层梁结构在轴向压缩载荷下的临界失稳承载能力进行参数化分析。计算结果表明：在增加相同重量的前提下,增加下面板的厚度或芯层的厚度更有利于提高夹层梁结构的轴向临界失稳承载能力。     

江海直达船艏部结构入水砰击试验

新一代江海直达船主要呈宽扁型且吃水较浅,由江入海航行时会发生船艏底部和外飘砰击,严重的砰击会造成船舶主动失速甚至结构损伤,影响船舶与人员安全。传统的理论和相关经验公式很难预报宽扁肥大的艏部结构的砰击载荷。相较于传统的简化模型试验方法,本文基于相似理论设计了与某新型江海直达船艏部结构相似的三维木质模型。采用落水试验的方法进行了一系列的不同落水高度及不同入水角度的入水砰击试验。研究江海直达船艏部结构所受砰击载荷特点,得到砰击压力峰值及其分布规律,同时发现了小角度入水情况下（入水攻角α<5°）的空气垫效应,空气垫延缓并减小了砰击压力峰值。此外还回归了0°~15°入水攻角下的底部砰击压力预报公式,可供结构设计时参考砰击载荷的选取。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土受拉节点热点应力集中系数计算方法

考虑了PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点支主管宽度比与厚度比和主管宽厚比, 建立了热点应力集中系数有限元模型, 计算了支主管节点热点应力集中系数; 基于最小二乘法对计算结果进行拟合, 给出不同几何参数下节点热点应力集中系数计算公式, 对比了矩形钢管节点和PBL加劲型矩形钢管混凝土节点应力集中系数和荷载幅。计算结果表明: 采用有限元模型计算的热点应力集中系数曲线与静力试验曲线基本一致, 支主管交汇处各位置热点应力集中系数有限元计算结果与CIDECT规范公式计算结果平均比值分别为1.006、1.007、1.013、1.015和0.987, 两者差值小于15%, 因此, 有限元模型可靠; PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点热点应力集中系数变化规律基本一致, 随支主管宽度比呈抛物线变化, 在0.6⁰.8之间达到最大值, 随主管宽厚比和支主管厚度比增大而增大, 与CIDECT规范中矩形钢管节点计算结果一致; 拟合得到的PBL加劲型矩形钢管混凝土节点热点应力集中系数公式计算结果与有限元计算结果的平均比值为1.011, 均方差为0.222, 变异系数为0.219, 说明了拟合公式准确; 采用应力集中系数计算公式, 将PBL加劲型矩形钢管混凝土节点与矩形钢管节点进行对比, PBL加劲型矩形钢管混凝土节点支管热点应力集中系数下降了68%以上, 主管热点应力集中系数下降了61%以上, 在2.0×106循环次数作用下, 容许荷载幅提高到3倍以上。     

基于单参数自调节RM-GO-LSVR的船舶操纵灰箱辨识建模

为实现舵角小、试验数据少条件下船舶操纵辨识建模, 提出了一种船舶操纵运动灰箱模型; 搜集水动力系数已知的船舶运动数学模型作为备选参考模型(RM), 计算被辨识船舶与备选RM的相关系数, 并以此筛选合适的RM; 运用相似准则将观测数据映射到RM的输入值域, 建立被辨识船舶与RM的运动关联, 获得了RM的加速度项, 并使用线性支持向量回归(LSVR)机补偿被辨识船舶和RM加速度项间的误差; 分析了机理模型, 设计了合适的LSVR输入项, 使用全局优化(GO)算法自动调节了LSVR的不敏感边界参数; 基于自航模试验数据训练了灰箱模型, 并与约束模试验(CMT)结果和计算流体力学结果比较, 验证了灰箱模型的泛化能力和预报精度。研究结果表明: 在20°船艏向、20°舵角Z形试验预报中, 灰箱模型所得第一超越角精度至少比CMT、虚拟约束模试验(VCMT)和RM方法所得结果高1°, 灰箱模型所得第二超越角精度至少比CMT和VCMT所得结果高0.4°; 在35°舵角旋回试验预报中, 灰箱模型所得进距精度至少比CMT、VCMT、数值循环水槽试验(NCWCT)和RM方法所得结果高1%, 灰箱模型所得战术直径精度比CMT所得结果低4%, 比NCWCT所得结果高10%;RM方法有助于灰箱辨识建模, GO算法能够优化LSVR的不敏感边界参数, 建立的单参数自调节灰箱辩识建模方法能够实现小舵角、少数试验条件下的船舶操纵辨识建模。     

自行车骑行者生理、心理与综合负荷感知模型

为探究自行车骑行者在骑行过程中的生理、心理状态与骑行者个体属性、骑行强度及骑行环境之间的影响规律, 设计并实施了自行车骑行试验; 选取了相对代谢率、心境状态、自感疲劳程度和任务负荷指数等指标, 分析了骑行者生理、心理与综合负荷感知的特性及规律; 以骑行试验数据为基础, 应用偏最小二乘回归方法建立了骑行者生理、心理及综合负荷感知模型, 并对模型预测能力进行评估。研究结果表明: 骑行者个体属性、骑行强度及骑行环境均对骑行者负荷感知有影响, 其中骑行者个体属性因素中, 身体质量指数和基础代谢率作用较为显著, 二者在负荷感知模型中的平均影响因子分别为0.121和0.112;骑行强度因素中骑行时间对于负荷感知影响最大, 其平均影响因子为0.139;骑行环境因素中交叉口数对骑行负荷感知影响最为显著, 其平均影响因子为0.137;各个变量对心理负荷与综合负荷感知的影响趋势相同, 对生理负荷与综合负荷的影响趋势不相同。可见, 关注部分因素以及骑行者心理负荷对于提高骑行服务水平具有一定作用, 研究结果可应用于改善自行车骑行设施环境。     

发展时变附加质量方法模拟飞行器出水过程

  目的  水空跨介质航行器（TMAUV）的斜出水过程是一个强非线性、非定常、流场变化剧烈的过程。基于一种可变体的TMAUV的水下构型,利用CFD流体仿真软件,对该构型在典型工况下的出水过程进行数值仿真。  方法  分析航行器在此过程中不同阶段的流场变化特性及其载荷的分布,比较航行器以不同的俯仰角和攻角出水时,在2个典型位置的流体速度场分布和航行器所受流体作用力的特性。  结果  结果表明,航行器倾斜跨越水空界面时两侧的流场和载荷会出现不对称的剧烈变化,俯仰角越大,在水下部分流场受动范围越小,跨越出水部分受影响越大;与零攻角出水相比,航行器带攻角倾斜出水会导致表面所受流体作用力出现高频率、大幅度的反向震荡,影响出水的稳定性。  结论  研究结果可为研究潜射导弹出水、船舶航行、潜艇跨介质等问题提供研究思路和理论参考。     

极地航行船舶及海洋平台防冰和除冰技术研究进展

  目的  为满足深海冰区海洋核反应堆安全工作的要求,设计冰区核电平台与弹簧阻尼连接机构。  方法  利用三维势流理论及刚体动力学理论建立平台与连接机构的仿真模型。计算平台所受弹簧阻尼力,研究连接机构刚度、阻尼系数特性,选择最佳方案。应用离散元法进行冰载荷数值模拟,通过计算试验椎体所受冰载荷,验证该方法的准确性。研究浪、风、流或海冰、风、流环境载荷联合作用下平台的运动响应。  结果  结果显示,平台系泊于深海冰区可远离海啸的影响,环境承载平台能较好抵抗冰载荷;在连接机构与系泊系统的作用下,核堆支撑平台可抵御福岛核泄漏事故最大海啸波高与17级超强台风的联合作用;在北海万年一遇风暴作用下,核堆支撑平台的水平位移与水深之比、垂荡与纵摇响应及垂向加速度均小于海上浮动核电平台（OFNP）。  结论  核电平台与连接机构的设计可保证应用于深海冰区的核堆的安全稳定。