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模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙抗震性能研究

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模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙抗震性能研究

作者：徐艺哲广州大学

学位级别：硕士

防屈曲钢板剪力墙具有较高的抗侧刚度和良好的耗能能力,是一种可有效为高层建筑提供抗侧能力的结构构件。本文提出了一种新型模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙,随后在低周往复荷载作用下对四种不同形式的防屈曲钢板剪力墙进行了力学... 详细信息

防屈曲钢板剪力墙具有较高的抗侧刚度和良好的耗能能力,是一种可有效为高层建筑提供抗侧能力的结构构件。本文提出了一种新型模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙,随后在低周往复荷载作用下对四种不同形式的防屈曲钢板剪力墙进行了力学性能试验研究,基于ABAQUS有限元软件建立相应的数值计算模型,通过仿真与试验的结果对比分析验证了数值模型正确性,并进一步针对长宽比、高厚比、螺栓布置方式、螺栓间距、混凝土板与连接件间距、连接件厚度、钢板分块数量及混凝土板厚度,对模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙进行了参数影响研究。本文主要研究工作与取得的结论如下:1.提出了新型模块装配式两边连接钢板防屈曲钢板剪力墙。该剪力墙是由内藏钢板,内藏钢板钢板连接件及两侧外挂混凝土板组合而成的一种抗侧力构件,具有承载能力高、耗能机理清晰、现场拼装简单、绿色环保等特点,在地震和强风等外荷载激励下,外挂混凝土板及内藏钢板连接件能有效约束内藏钢板面外屈曲,进而提高模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙的抗震性能。2.设计制作了 4种1:3缩尺比的单层单跨两边连接防屈曲钢板剪力墙(传统两边连接防屈曲钢板剪力墙、横向分块模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙、竖向分块模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙及组合分块模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙),在低周往复荷载作用下对其进行了性能试验研究。试验结果表明:所设计模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙具有良好的承载性能和耗能能力,两侧外挂的预制混凝土板及内藏钢板连接件有效约束了内藏钢板的面外屈曲变形,使内藏钢板以面内抗剪的方式承担水平荷载;试验中考虑不足处是,所设计模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙内藏钢板连接件角部易翘起,影响试件受力性能。3.基于ABAQUS有限元软件建立模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙与普通两边连接防屈曲钢板剪力墙数值模型,将数值仿真结果与试验结果进行对比,验证所建立有限元模型的正确性。分析结果表明,所建数值仿真有限元模型滞回曲线与试验实测滞回曲线吻合度较好,各个试件承载力模拟值与试验值较为接近,最大误差仅8.9%,且数值仿真分析得到的各个试件内藏钢板应力分布与试验试件变形形态及破坏特征较为一致,验证了数值模型的正确性。4.所设计试件的破坏形态均为内藏钢板的撕裂,钢板初始裂缝均在试件角部翘起处产生,其中:传统两边连接防屈曲钢板剪力墙在加载初期内藏钢板就出现面外变形,加载后期混凝土板参与抗侧,加载至21mm(位移角θ=21/1200)时内藏钢板突然撕裂:模块装配式两边连接横向分块防屈曲钢板剪力墙加载至25mm(#25/1200)时刻内藏钢板出现裂缝,加载至35mm(θ=35/1200)时刻试件破坏;模块装配式两边连接竖向分块防屈曲钢板剪力墙由于焊缝质量较好,加载至50mm(θ=50/1200)时刻内藏钢板破坏,加载至55mm(θ=55/1200)时刻试件破话,内藏钢板出现波浪状交叉条纹;模块装配式两边连接组合分块防屈曲钢板剪力墙加载至35mm(θ=35/1200)时刻内藏钢板破坏,加载至45mm(θ=45/1200)时刻试件破坏,内藏钢板出现波浪状交叉条纹。5.对模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙进行了不同跨高比、高厚比、螺栓布置方式、螺栓间距、混凝土板与连接件间距、连接件厚度、分块数量、混凝土板厚度的参数分析。分析结果表明:模块装配式两边连接防屈曲钢板剪力墙耗能能力及极限承载能力随着试件跨高比和高厚比的增大而增强;螺栓使用交错布置方式可以提高试件的承载能力,但会对混凝土板造成更大的负担;随着连接件厚度的增加及外挂混凝土板间距的减小试件的耗能能力、极限承载力等依次增强;随着外挂混凝土板厚度的增加试件的承载能力及耗能能力略微提升,随着试件钢板分块数量的增加,试件耗能及承载能力先增大后减小,剪力墙内藏钢板分块数量为2时,试件拥有最佳的受力性能。

关键词：模块装配式钢板剪力墙抗震性能试验研究参数分析

临近空间高超声速飞行器武器投放方案数值模拟

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航空学报 2023年第13期44卷 22-37页

作者：孙佳濛左光徐艺哲杜若凡崔玉红天津大学机械工程学院天津300072 蓝箭航天空间科技股份有限公司北京100176 中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094

针对马赫数4~10的临近空间高超声速飞行器武器投放方案开展数值研究,提出导弹内置投放、舱门开启导弹外挂投放、导弹直接外挂投放、导弹后置滑轨投放4种方案。研究采用基于密度的求解器,采用剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型和二阶迎风的... 详细信息

针对马赫数4~10的临近空间高超声速飞行器武器投放方案开展数值研究,提出导弹内置投放、舱门开启导弹外挂投放、导弹直接外挂投放、导弹后置滑轨投放4种方案。研究采用基于密度的求解器,采用剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型和二阶迎风的通量格式,同时采用非结构动网格技术,采用计算流体力学(CFD)耦合六自由度(DOF)方程的方法模拟导弹的投放过程。重点研究了4种投放方案的流场特征、马赫数对导弹投放姿态的影响,攻角对导弹投放姿态的影响,以及不同投放方案的对比。结果表明:舱门开启导弹外挂投放方案和导弹直接外挂投放方案在马赫数4~10时均能以很好的姿态进行投放;导弹内置投放方案在马赫数8、10的超高声速下无法正常投放;导弹后置滑轨投放方案在各马赫数下均不能正常投放;3°的飞行器初始攻角会有效改善导弹投放过程。导弹直接外挂投放方案成功率最高,并且气动干扰最小,是一种较为可行的临近空间高超声速武器投放方案。临近空间高超声速飞行器武器投放研究具有重要实用价值,计算方法和计算模型的尝试对后续开展临近空间的数值研究提供技术支持和参考。

关键词：临近空间高超声速飞行器武器投放数值模拟

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高超声速飞行器流动特征分析

航空学报 2015年第1期36卷 58-85页

作者：吴子牛白晨媛李娟陈梓钧汲世祥王聃王文斌徐艺哲姚瑶清华大学航天航空学院北京100084

在非流线型构件或突起物的扰动效应、高马赫数和低雷诺数极限效应、低湍流度环境效应和由激波或摩擦导致的气动加热效应等4个方面的影响下,未来高超声速飞行器涉及的流动主要表现出这样的特点:典型流动结构强度高、尺度大,如强激波和厚... 详细信息

在非流线型构件或突起物的扰动效应、高马赫数和低雷诺数极限效应、低湍流度环境效应和由激波或摩擦导致的气动加热效应等4个方面的影响下,未来高超声速飞行器涉及的流动主要表现出这样的特点:典型流动结构强度高、尺度大,如强激波和厚边界层;局部流动结构数量多;激波、膨胀波和边界层结构之间相互干扰十分严重;转捩、压力脉动和一些流动结构对细微因素非常敏感;压力、摩擦应力和热流峰值现象普遍;升阻比屏障难以突破;流场同时依赖大量无量纲参数和有量纲参数,导致实验模拟难度大。本文在回顾传统高超声速流动主要流动现象的基础上,对上述7个方面涉及的典型流动现象的基础研究现状、问题本质和因果关系进行综合描述,讨论如何更有效地面对基础研究和工程实际问题。该文既可为解决典型流动现象中尚未解决的基础研究提供帮助,也可为如何合理地利用有限的已知知识解决工程应用问题提供指导。

关键词：高超声速流动典型流动现象激波波系干扰因果关联度

Starship新型舵面形式气动特性数值模拟

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航空学报 2021年第2期42卷 60-73页

作者：张宇佳左光徐艺哲杜若凡赵飞屈峰中国空间技术研究院载人航天总体部北京100094 西北工业大学航空学院西安710072

作为新型垂直起降的载人航天器,Starship采用了新型舵面控制方式,其通过前后两组可沿轴线方向偏转的翼面来实现对机体的控制。通过CFD数值模拟手段对该种舵面形式的气动特性进行了系统研究,得到了该种舵面偏转方式对飞行器升阻力和三轴... 详细信息

作为新型垂直起降的载人航天器,Starship采用了新型舵面控制方式,其通过前后两组可沿轴线方向偏转的翼面来实现对机体的控制。通过CFD数值模拟手段对该种舵面形式的气动特性进行了系统研究,得到了该种舵面偏转方式对飞行器升阻力和三轴力矩的影响,并分析了其内在机理。在小攻角下,Starship后翼为操纵面,其偏转对控制力系数的影响较为显著,偏转角度与控制力系数基本成线性关系;前翼偏转则对阻力系数的影响较为显著,偏转角度与阻力系数基本线性相关。后翼偏转角与俯仰力矩系数和滚转力矩系数的线性相关性较好,对偏航力矩系数也有耦合影响。前翼的偏转对偏航力矩系数的影响显著,同时与滚转力矩系数和俯仰力矩系数的耦合较小。在大攻角下,尤其是在着陆阶段攻角大于90°的情况下,传统的襟副翼控制方式失效概率高,而新型舵面控制形式前翼和后翼偏转与三轴力矩系数的相关性仍非常强。其对于俯仰通道、滚转通道和偏航通道均能保持良好的操纵特性。

关键词： Starship 新型舵面气动特性着陆大分离

类X-37B升力体再入飞行通信特性中断研究

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宇航学报 2019年第2期40卷 239-246页

作者：左光陈鑫徐艺哲张敏捷高铁锁北京空间技术研制试验中心北京100094 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

针对再入非平衡等离子流场的数值仿真方法及等离子体鞘套对不同波段电磁波传输特性的预测开展研究。首先,利用某工程钝头体飞行器再入实测通信飞行测量数据,初步校验数值仿真等离子体特性和通信特性方法的正确性;其次,在典型弹道下针对... 详细信息

针对再入非平衡等离子流场的数值仿真方法及等离子体鞘套对不同波段电磁波传输特性的预测开展研究。首先,利用某工程钝头体飞行器再入实测通信飞行测量数据,初步校验数值仿真等离子体特性和通信特性方法的正确性;其次,在典型弹道下针对升力体再入飞行器开展等离子体鞘套数值仿真,分别给出S波段、Ka波段与K波段电磁波衰减特性,研究指出结合当前国内中继星体制情况采用高频段电磁波Ka波段或K波段中继通信方式是解决通信黑障的技术途径之一;最后,研究了电磁波数衰减受传播方向角和攻角的影响规律。研究结果可为发展解决我国再入飞行器通信黑障的设计方案提供参考。

关键词：类X-37B升力体等离子体鞘套通信特性数值仿真

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临近空间高超声速飞行器武器投放影响因素

航空学报 2023年第24期44卷 52-68页

作者：崔玉红徐艺哲吕凡熹赵飞张宇佳孙佳濛左光天津大学机械工程学院天津300072 中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094 蓝箭航天空间科技股份有限公司北京100176

为了深入分析临近空间高超声速飞行器武器投放的可行性,解决地面试验难以模拟复杂工况的难题,对临近空间高超声速飞行器的飞行高度、载机攻角和导弹初始安装角、弹射力大小和弹射力作用时间5个影响因素进行研究。数值模拟利用动网格流体... 详细信息

为了深入分析临近空间高超声速飞行器武器投放的可行性,解决地面试验难以模拟复杂工况的难题,对临近空间高超声速飞行器的飞行高度、载机攻角和导弹初始安装角、弹射力大小和弹射力作用时间5个影响因素进行研究。数值模拟利用动网格流体-动力学双向耦合方法,求解了不同工况下导弹投放的姿态变化。结果表明:负攻角有利于快速和安全地完成机弹分离任务,当载机攻角由4°调整为-4°时,X轴方向角位移由5.49°减小到-6.98°,导弹抬头趋势完全消失。随着飞行高度的增加,导弹抬头趋势逐渐消失,飞行高度35 km时导弹位移和角位移都有利于机弹分离。初始安装角对导弹位移和角位移的影响显著,初始安装角从5°调整为-3°时,导弹Z轴负向位移提升了36.23%,Z轴负向角位移提升了184.24%,负初始安装角各个方向位移和角位移都具有显著的优势。弹射力大小和作用时间直接影响导弹投放姿态,弹射力大小20 kN、作用时间0.05 s是最佳的弹射力组合。研究可为临近空间高超声速飞行器武器投放的可行方案及科学预测提供参考。

关键词：临近空间高超声速武器投放飞行器动网格

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大型航天器无控再入气动稳定性分析

航天返回与遥感 2019年第4期40卷 1-9页

作者：徐艺哲万千左光石泳北京空间技术研制试验中心

大型航天器在轨运行寿命终止后,为避免坠落在人口稠密地区造成事故,一般通过控制其主动离轨再入,使其坠落在南太平洋航天器坟场区域。再入大气层过程中受气动作用影响剧烈,航天器气动稳定性对再入姿态及姿态保持有直接影响,从而影响到... 详细信息

大型航天器在轨运行寿命终止后,为避免坠落在人口稠密地区造成事故,一般通过控制其主动离轨再入,使其坠落在南太平洋航天器坟场区域。再入大气层过程中受气动作用影响剧烈,航天器气动稳定性对再入姿态及姿态保持有直接影响,从而影响到再入轨道。为分析质心位置、航天器舱外部件等对航天器气动稳定性的影响,文章利用快速气动力方法,获得了航天器在不同工况下的气动力矩特性,进而分析其气动稳定性。对于给定质心位置的航天器,随着舱外部件不断解体,从单配平点转变为多配平点。而对于不同质心位置,质心位置接近端面时仅存在单配平点,位于中部则可能出现多配平点。因此,对于需要再入的大型航天器,其质心位置及舱外部件在设计阶段就应考虑其对再入气动稳定性的影响,始终保持在单配平点工况,以降低再入过程姿态、轨道控制技术难度。

关键词：舱外部件配平点气动稳定性受控再入无控陨落

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航天器通气孔放气过程计算研究

载人航天 2018年第6期24卷 759-764页

作者：张敏捷杨雷左光石泳徐艺哲中国空间技术研究院载人航天总体部北京100094

针对航天器发射时火箭整流罩内压力快速变化在航天器结构上引起的内外压差,分析了一维等熵公式计算非定常放气过程的误差来源;然后以龙飞船构型为例,采用计算流体力学(CFD)方法仿真模拟了龙飞船的非定常放气泄压过程,并对不同大小通气... 详细信息

针对航天器发射时火箭整流罩内压力快速变化在航天器结构上引起的内外压差,分析了一维等熵公式计算非定常放气过程的误差来源;然后以龙飞船构型为例,采用计算流体力学(CFD)方法仿真模拟了龙飞船的非定常放气泄压过程,并对不同大小通气孔的放气过程进行了对比计算,得到了放气过程中的流场流动状态和压力分布。计算结果表明通气孔越大,内外压差越小,放气速度越慢,一维等熵公式结果与CFD结果吻合越好。研究成果可为航天器通气孔的总体设计提供参考和依据。

关键词：内外压差非定常放气泄压通气孔一维等熵公式计算流体力学

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超高层结构不同周期地震动响应研究

结构工程师 2017年第4期33卷 123-130页

作者：徐艺哲张永山汪大洋黄行政广州大学土木工程学院广州510006

以某高度为299.3 m的框架-核心筒结构为对象,研究了不同长短周期地震动对超高层结构动力响应的影响。以地震动周期为标准,选取了35条地震动,并对其进行了分类。使用所选地震动对结构进行了弹性及弹塑性时程分析,从内力、位移以及能量耗... 详细信息

以某高度为299.3 m的框架-核心筒结构为对象,研究了不同长短周期地震动对超高层结构动力响应的影响。以地震动周期为标准,选取了35条地震动,并对其进行了分类。使用所选地震动对结构进行了弹性及弹塑性时程分析,从内力、位移以及能量耗散的角度对比分析了超高层结构在不同长短周期地震动作用下的响应差异。结果表明,随着作用于超高层结构地震动周期的增长,结构动力响应、构件内力、加强层处核心筒剪力墙剪力和框架柱轴力突变显著增大,罕遇地震动作用下,结构能量耗散机制有所改变,且长周期地震动作用下,超高层结构动力响应远大于规范规定的普通地震动,结构偏于不安全。

关键词：超高层结构地震动周期时程分析动力响应