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组合型浮式防波堤水动力响应与消浪性能研究

力学季刊 2024年第3期 781-794页

作者：王贯宇谢书刚伍磊张天向涂佳黄湘潭大学土木工程学院中国建筑五局总承包公司佛山大学土木与交通学院

为提升方箱式浮式防波堤的稳定性和消浪效果，本文发展了一种组合型浮式防波堤，并基于计算流体动力学方法，采用黏性流体理论，建立了二维数值水槽，以组合型浮式防波堤为研究对象，并通过与方箱式浮式防波堤进行对比，重点探讨了系泊... 详细信息

为提升方箱式浮式防波堤的稳定性和消浪效果，本文发展了一种组合型浮式防波堤，并基于计算流体动力学方法，采用黏性流体理论，建立了二维数值水槽，以组合型浮式防波堤为研究对象，并通过与方箱式浮式防波堤进行对比，重点探讨了系泊方式和波参数对组合型浮式防波堤运动响应与消浪性能的影响．此外，对浮式防波堤周围水体的涡量分布情况进行了分析，揭示了其波浪能量耗散机制．研究结果表明，组合型浮式防波堤对波浪的耗散能力远高于方箱式浮式防波堤，其主要通过能量耗散衰减波浪．相比于方箱式浮式防波堤，组合型浮式防波堤的整体运动响应较小、消浪能力较强，且系泊方式对组合型浮式防波堤运动响应与消浪性能影响较小．然而，当入射波高增加时，系泊方式对其消浪性能有较大影响．研究结果可为浮式防波堤的优化设计和实际工程应用提供参考．

关键词：组合型浮式防波堤系泊方式水动力特性消浪性能运动响应

结构扰动性软土静力触探的小孔扩张力学模型研究

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力学与实践 2024年

作者：胡希光黄橙刘玉石张宗岭涂佳黄中交城乡开发建设有限公司湖北中城乡香樾房地产开发有限公司湘潭大学土木工程学院

本文建立了考虑土体扰动的小孔扩张力学模型，研究软土地层中静力触探比贯入阻力与土层力学参数的关联性。通过静力触探结果分析，结合小孔扩张理论，构建了比贯入阻力与弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角及土体灵敏度间的关系模型。... 详细信息

本文建立了考虑土体扰动的小孔扩张力学模型，研究软土地层中静力触探比贯入阻力与土层力学参数的关联性。通过静力触探结果分析，结合小孔扩张理论，构建了比贯入阻力与弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角及土体灵敏度间的关系模型。工程现场的淤泥质软土层变异性小，测点数据具代表性可用于理论比对计算，验证表明模型可准确描述比贯入阻力与力学参数间的关系，尤其在高灵敏度土体中，受扰动土体的挤压作用增强，比贯入阻力增大。

关键词：静力触探软土比贯入阻力灵敏度小孔扩张理论

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不同入射波对自由浮体结构运动特性的影响

湘潭大学学报（自然科学版） 2024年第3期46卷 22-34页

作者：涂佳黄伍磊张志豪湘潭大学土木工程学院湖南湘潭411105

基于DualSPHyscis开源程序,对波浪数值水池以及波浪与不同形状自由浮体结构相互作用进行了模拟,通过对造波板施加预定义函数来实现Stokes二阶规则波的产生,同时在下游边界附近处设置黏性消波区来实现消波功能.首先,验证了该方法能正确... 详细信息

基于DualSPHyscis开源程序,对波浪数值水池以及波浪与不同形状自由浮体结构相互作用进行了模拟,通过对造波板施加预定义函数来实现Stokes二阶规则波的产生,同时在下游边界附近处设置黏性消波区来实现消波功能.首先,验证了该方法能正确求解波浪与浮体结构的相互作用,文中还与有关的试验结果作了比较,发现效果基本一致.然后对波浪与自由浮体结构相互作用问题进行了模拟,考虑不同入射波波高、波周期与形状参数(A/B的范围为1.0~5.0),探究自由浮体结构所受波浪力的变化特性与自由度响应特性,并分析不同波参数对结构受力与自由度响应特性的影响,同时与单圆柱体浮体工况进行对比分析.另外,引入浮体周围流场分布特性、质心运动轨迹以及速度矢量分布特性,进而进一步阐述浮体受力特性与自由度响应特性.随形状参数增大、浮体结构所受最大波浪力会逐渐减小.随入射波波高增大,波能增大,浮体所具有的能量越大.

关键词： SPH方法数值水池浮体结构形状参数运动特性

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隧道内超长大直径供热管道流固耦合效应分析

区域供热 2024年第1期 63-68页

作者：李庭平贺腾飞包鹤立姜弘涂佳黄韩兆龙上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司上海200125 湘潭大学土木工程学院湖南湘潭411105 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

为了对华电银川供热项目中的供热管道系统进行优化设计,建立了三维全尺寸流固耦合力学模型,计算了超长大直径供热管道在不同支座间距下的受力、变形与支座反力,并分析了管道不同部位受力与变形的变化规律。研究结果表明,管道的入口端部... 详细信息

为了对华电银川供热项目中的供热管道系统进行优化设计,建立了三维全尺寸流固耦合力学模型,计算了超长大直径供热管道在不同支座间距下的受力、变形与支座反力,并分析了管道不同部位受力与变形的变化规律。研究结果表明,管道的入口端部位受力与变形最大,出口端部位次之,平直段部位最小。然而,支座间距的变化对平直段管道受力与变形的影响较大,对入口端与出口端部位的影响较小。另外,支座反力的变化趋势与管道受力基本一致。研究成果和施工经验可为后续类似的供热管道设计与施工提供借鉴和参考。

关键词：超长大直径供热管道流固耦合支座间距受力特性有限元方法

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低雷诺数下串列布置双圆柱涡激振动特性研究

力学学报 2022年第1期54卷 68-82页

作者：涂佳黄黄林茜何永康吕海宇梁经群湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105

基于四步半隐式特征线分裂算子有限元方法,对串列布置双圆柱双自由度涡激振动问题进行了数值模拟计算,并分析了间距比、剪切率、频率比以及折减速度4个参数对圆柱结构动力响应的影响.研究发现:不同固有频率比与剪切率对下游圆柱振动幅... 详细信息

基于四步半隐式特征线分裂算子有限元方法,对串列布置双圆柱双自由度涡激振动问题进行了数值模拟计算,并分析了间距比、剪切率、频率比以及折减速度4个参数对圆柱结构动力响应的影响.研究发现:不同固有频率比与剪切率对下游圆柱振动幅值影响较大,然而对上游圆柱振动幅值影响较小.上游圆柱在两个自由度方向达到最大值的折减速度不同,然而下游圆柱基本同步.上游圆柱共振区的范围明显宽于下游圆柱,同时上游圆柱较下游圆柱会更早进入与退出共振区间.另一方面,双圆柱主要在锁定区间完成相位的转变,随频率比增大能量从流体传递到柱体的速度会减慢,导致圆柱体结构完成从同相到反相的转变速度会减慢.剪切来流工况下,当间距比大于3.5时,升力与位移相位差会出现"平台期".当间距比超过临界值时,随着折减速度的增大,流体力功率谱密度曲线出现的杂频会增多,导致出现能量"反哺"现象.最后,在均匀来流工况下,升阻力功率谱密度曲线中主频率值呈两倍关系,然而随着剪切率的增加,流体力功率谱密度曲线会基本重合.

关键词：串列双圆柱涡激振动动力响应相位转变频谱特性

带有尾缘襟翼的兆瓦级大型垂直轴风力机气动性能优化

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上海交通大学学报 2023年第6期57卷 642-652页

作者：陈昊戴孟祎韩兆龙周岱包艳涂佳黄上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学水动力学教育部重点实验室上海200240 上海交通大学上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240 上海交通大学极地深海技术研究院海洋装备研究院上海200240 湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105

垂直轴风力机较低的风能利用率是限制其工程化应用的主要原因,为了提高其风能转化率、降低气动荷载,针对叶尖速比为2.65的中等值条件下带尾缘襟翼的大型垂直轴风力机提出了一种改进的气动性能优化模型,采用SST k-ω湍流模型进行数值模拟... 详细信息

垂直轴风力机较低的风能利用率是限制其工程化应用的主要原因,为了提高其风能转化率、降低气动荷载,针对叶尖速比为2.65的中等值条件下带尾缘襟翼的大型垂直轴风力机提出了一种改进的气动性能优化模型,采用SST k-ω湍流模型进行数值模拟.研究结果表明:与原始模型相比,考虑桨距和襟翼协同运动下优化模型的功率系数可提高12.2%;此外,桨距和襟翼的协同运动可以显著减少作用在风力机整机上的推力和侧向力,与原始模型相比分别减少了12.4%和7.5%,推力和侧向力的波动幅值也要明显低于原始模型,这将有助于降低作用在风力机整机上的疲劳荷载.该模型有望在兆瓦级大型垂直轴风力机上得到应用.

关键词：大型垂直轴风力机可变桨距可变尾缘襟翼数值模拟

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振荡流下双圆角柱体结构群绕流特性数值研究

船舶力学 2022年第10期26卷 1445-1454页

作者：涂佳黄王程梁经群文广龙邓旭辉湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105 永州市零陵区财政投资评审中心湖南永州425100

基于流体计算软件Fluent,对零均值振荡流(Re=160,KC=7)工况下双圆角柱体结构群绕流问题进行了研究。首先,对单柱体绕流进行求解以验证数值模型、计算参数的准确性;然后,着重分析布置方式、圆角半径和间距比对双圆角柱体结构群流场特性... 详细信息

基于流体计算软件Fluent,对零均值振荡流(Re=160,KC=7)工况下双圆角柱体结构群绕流问题进行了研究。首先,对单柱体绕流进行求解以验证数值模型、计算参数的准确性;然后,着重分析布置方式、圆角半径和间距比对双圆角柱体结构群流场特性和流体力系数的影响。结果表明:三个关键参数的变化均会改变双圆角柱体结构群的流场分布和各柱体的流体力系数。在小间距工况下,圆角半径增大对各柱体的漩涡脱落模式无明显影响。然而,在大间距比工况下,各柱体的流体力系数会发生改变。另一方面,圆角半径增大均会导致各柱体的拖曳力系数和惯性力系数减少。同时,在任意圆角半径工况下,间距比增大会使得各柱体的流场分布和流体力系数发生较大变化。

关键词：振荡流圆角半径间距比流场特性流体力系数

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不同入射波对管束结构受力特性的影响

船舶力学 2022年第4期26卷 468-480页

作者：张志豪涂佳黄黄林茜吕海宇邓旭辉湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105 岩土力学与工程安全湖南省重点实验室湖南湘潭411105

基于DualSPHyscis开源程序,对波浪数值水池以及波浪与结构相互作用进行模拟,通过对造波板施加预定义函数来实现Stokes二阶规则波的产生,同时在下游边界附近处设置粘性消波区来实现消波功能。通过对波浪数值水池自由液面高度和测量点速... 详细信息

基于DualSPHyscis开源程序,对波浪数值水池以及波浪与结构相互作用进行模拟,通过对造波板施加预定义函数来实现Stokes二阶规则波的产生,同时在下游边界附近处设置粘性消波区来实现消波功能。通过对波浪数值水池自由液面高度和测量点速度值与Stokes二阶理论值的对比,验证SPH方法对波浪数值模型求解的可靠性。另外,为了验证该方法能正确求解波浪与结构的相互作用,将SPH模型求解结果与实验结果、理论结果进行对比,吻合度较高。最后,对波浪与三圆柱管束结构相互作用60组工况进行模拟,探究不同旋转角度下三圆柱管束所受波浪力的变化特性,分析不同波参数对结构受力特性的影响,并引入单圆柱体结果作为对比分析。当旋转角度为90°时,三圆柱管束结构所受的波浪力最大;旋转角度为180°时,三圆柱管束结构的受力最小。

关键词： SPH方法三维波浪管束结构冲刷作用最大波浪力

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双分隔板对圆柱体结构流致动力响应影响分析

力学季刊 2023年第3期44卷 643-651页

作者：涂佳黄廖惠惠文广龙王贯宇湘潭大学土木工程学院湖南湘潭411105

基于流体计算软件Fluent,对雷诺数Re=150工况下的带双分隔板圆柱体结构流致振动问题进行二维数值模拟,主要分析了折减速度U_(r)=4.0和U_(r)=5.0工况下,双分隔板对圆柱体结构近尾流场分布、结构动力响应、流体力系数和频谱特性的影响.研... 详细信息

基于流体计算软件Fluent,对雷诺数Re=150工况下的带双分隔板圆柱体结构流致振动问题进行二维数值模拟,主要分析了折减速度U_(r)=4.0和U_(r)=5.0工况下,双分隔板对圆柱体结构近尾流场分布、结构动力响应、流体力系数和频谱特性的影响.研究结果发现:在两种折减速度工况下,分隔板的长度对圆柱体结构的振动响应影响较小.随着双分隔板间距比n_(1)的增大,圆柱体结构的横流向振幅会逐渐减弱,但当n_(1)≥0.8时抑制作用会基本失效,并且会激发结构动力响应.同时,双分隔板对圆柱体结构的阻力的抑制效果也会逐渐减弱.然而,仅在U_(r)=4.0时会对升力产生抑制效果,当0≤n_(1)≤0.2时较为显著.另一方面,当U_(r)=4.0时,随双分隔板长度与间距的变化,圆柱体结构的尾流漩涡脱落频率会从单频率模式转为双频率模式.

关键词：流致振动间距比平板长度双平行分隔板控制机理