检索结果-南通市图书馆

地震-波浪耦合作用下考虑相位差影响的深水桥墩动力响应分析

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中国公路学报 2021年第5期34卷 86-98页

作者：赵秋红许梦凡董硕天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350

跨海深水桥墩往往受到不可忽视的波浪作用,在设计时需考虑波浪力。在地震作用下,桥墩附近海域的波浪场受到地震动水压力的干扰,波浪作用也受到影响,桥墩的动力响应需考虑两者的耦合作用。另一方面,地震起振时,墩底处地震波的相位可简单... 详细信息

跨海深水桥墩往往受到不可忽视的波浪作用,在设计时需考虑波浪力。在地震作用下,桥墩附近海域的波浪场受到地震动水压力的干扰,波浪作用也受到影响,桥墩的动力响应需考虑两者的耦合作用。另一方面,地震起振时,墩底处地震波的相位可简单视为0,而桥墩处的波浪相位可能在0~2π之间变化,地震与波浪之间的相位差将直接影响波浪作用的大小,进而影响地震-波浪耦合作用。为了研究地震-波浪对深水桥墩的动力耦合作用,并考虑相位差对桥墩动力响应的影响,采用有限元分析软件ADINA建立的组合桥墩的精细化模型及桥墩附近水体的势流体单元模型,以模拟流固耦合作用;分别进行了地震单独作用下、波浪单独作用下以及地震-波浪耦合作用下桥墩的动力响应分析,并考虑了地震动、波高及地震与波浪之间相位差的不同。研究结果表明:地震与波浪间的耦合作用不能忽略,其对桥墩上总动水压力的影响在15%左右;地震与波浪之间的相位差对桥墩动力响应影响显著,当相位差在0~2π之间变化时,最大响应幅值变化接近54%;最不利相位差的取值与地震频率、桥墩水下基频和结构形式密切相关。利用MATLAB软件,提出了最不利相位差的计算方法及其适用条件;提出了耦合作用折算系数,以简化最大动力响应幅值的计算,推动实际工程应用。

关键词：桥梁工程地震-波浪耦合作用流固耦合数值模拟深水桥墩动力响应最不利相位差耦合作用折算系数

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正负刚度并联的磁流变隔振器性能分析及优化

系统仿真学报 2018年第10期30卷 3965-3974,3984页

作者：刘延斌王亚威韩建海河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南科技大学机械装备先进制造河南省协同创新中心河南洛阳471003

针对精密机床在工作中所受到的外界宽频扰动问题,提出一种正负刚度并联的挤压式磁流变隔振器。基于流体连续性方程和动量方程建立了隔振器的集总参数模型。采用流固耦合数值模拟的方法对隔振器内部液体的流场分布特性进行深入探讨,揭示... 详细信息

针对精密机床在工作中所受到的外界宽频扰动问题,提出一种正负刚度并联的挤压式磁流变隔振器。基于流体连续性方程和动量方程建立了隔振器的集总参数模型。采用流固耦合数值模拟的方法对隔振器内部液体的流场分布特性进行深入探讨,揭示了隔振器的流场工作机理。依据所建立的集总参数模型,对隔振器的动刚度和位移传递率进行仿真研究,阐明了隔振器的高、低频刚度解耦特性。运用多目标遗传算法对隔振器的结构进行优化设计,并对Pareto解集的综合优选进行分析。该成果可为半主动式精密机床隔振器的设计和应用提供借鉴。

关键词：精密隔振正负刚度并联流固耦合数值模拟多目标遗传算法

深埋富水岩体隧道三台阶法施工数值模拟和参数优化——以正盘台隧道工程为例

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隧道建设（中英文） 2021年第S01期41卷 199-206页

作者：林可夫项彦勇北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

为解决深埋富水岩体隧道三台阶法施工参数优化问题,以崇礼高速铁路正盘台隧道三台阶法施工参数优化为例,以上台阶开挖高度、上台阶长度、下台阶长度和单步开挖进尺为参数,采用三水平流固耦合数值模拟正交试验,进行围岩稳定性分析和参数... 详细信息

为解决深埋富水岩体隧道三台阶法施工参数优化问题,以崇礼高速铁路正盘台隧道三台阶法施工参数优化为例,以上台阶开挖高度、上台阶长度、下台阶长度和单步开挖进尺为参数,采用三水平流固耦合数值模拟正交试验,进行围岩稳定性分析和参数优化。计算结果表明:1)上台阶开挖高度对拱顶下沉、侧墙水平位移、开挖面挤出位移、塑性区范围的影响最显著。2)Ⅳ级围岩地段,上台阶开挖高度取开挖跨度的27.8%,约为4m;上台阶长度和下台阶长度均取开挖跨度的55.6%,约为8m;单步开挖进尺取开挖跨度的20.8%,约为3m。

关键词：深埋富水岩体隧道三台阶法围岩稳定性参数优化流固耦合数值模拟正交试验

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富水软弱围岩隧道塌方机理及治理技术研究

中外公路 2017年第1期37卷 173-179页

作者：张龙生翁贤杰江西交通咨询公司江西南昌330008

隧道施工穿越富水软弱围岩时常发生塌方地质灾害,给工程建设带来困难。该文依托江西省昌宁高速公路莲花山隧道塌方实例,运用多物理场耦合模拟软件对典型断面进行流固耦合数值计算,定量分析了富水软弱围岩隧道塌方过程中围岩和支护结构... 详细信息

隧道施工穿越富水软弱围岩时常发生塌方地质灾害,给工程建设带来困难。该文依托江西省昌宁高速公路莲花山隧道塌方实例,运用多物理场耦合模拟软件对典型断面进行流固耦合数值计算,定量分析了富水软弱围岩隧道塌方过程中围岩和支护结构的应力、位移以及渗流场响应特征,研究了塌方发生机理。基于稳固处治原则,采取了包含塌体稳固、塌方影响段加固、塌方情况物理探测、管棚支护参数设计、塌方段洞内管棚注浆支护、短开挖强支护的综合治理技术措施。围岩变形监测结果表明:塌方处治效果较好。

关键词：富水软弱围岩流固耦合数值模拟隧道塌方机理地质雷达探测管棚注浆

华北隐伏型煤田松散承压含水层下开采顶板突水预测与防治技术研究

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华北隐伏型煤田松散承压含水层下开采顶板突水预测与防治技术研究

作者：冯晓青合肥工业大学

学位级别：硕士

我国华北型煤田内煤系地层普遍被厚松散层所覆盖,松散层底部存在一层以非胶结砂土与砂砾等为骨架的承压含水层。随着煤矿开采规模的扩大和开采上限的提高,松散承压含水层下煤层顶板突水事故屡有发生,造成了严重的地质危害并妨害了煤矿... 详细信息

我国华北型煤田内煤系地层普遍被厚松散层所覆盖,松散层底部存在一层以非胶结砂土与砂砾等为骨架的承压含水层。随着煤矿开采规模的扩大和开采上限的提高,松散承压含水层下煤层顶板突水事故屡有发生,造成了严重的地质危害并妨害了煤矿正常的安全生产。本文以位于淮北煤田的祁东煤矿南部采区为主要研究区。首先,在充分收集和处理研究区内地质及水文地质等资料的基础上,分析了研究区内松散层底部含水层(“四含”)、“底粘”、基岩及断层等方面的分布规律。其次,分别利用Fisher判别分析法与GIS-AHP多元信息融合法预测了研究区松散承压含水层下61、82及9煤层开采顶板突水危险区,并将两种方法得到的预测结果进行对比分析。最后,基于离散元软件UDEC对研究区61煤层工作面开采进行流固耦合模拟,判识突水隐患,并结合《“三下采煤”规程》确定了研究区松散承压含水层下61煤层开采斜向(近四含)与水平向(近魏庙断层)的防水煤岩柱留设。得出的主要结论为：通过Fisher判别法与GIS-AHP多元信息融合法预测的顶板突水区分布范围大小虽不相同,但分布位置较为类似,同时具有3种依次排列的不同突水危险类型。由UDEC流固耦合模拟结果可知,在煤层开采过程中,覆岩以发育离层裂隙为主,垂向裂隙为辅。离层裂隙与垂向裂隙相互沟通,水压与渗流速率增大是识别导水通道形成的关键因素。结合数值模拟结果与规程计算,确定了祁东煤矿南部采区四含下61煤层开采斜向防水煤岩柱垂高90 m,开采上限标高为-509.36 m;水平向的断层防水煤岩柱宽度为30.7 m。

关键词：松散承压含水层 Fisher判别分析法 GIS-AHP多元信息融合法流固耦合数值模拟防水煤岩柱

祁东煤矿四含富水性分区及其下开采覆岩变形破坏规律研究

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祁东煤矿四含富水性分区及其下开采覆岩变形破坏规律研究

作者：张开弦合肥工业大学

学位级别：硕士

我国华北型煤田内煤系地层普遍被厚松散层所覆盖,松散层底部存在一层以非胶结砂土与砂砾等为骨架的承压含水层,对煤矿的安全生产构成严重威胁。通过对此地区大量开采水害事故的研究分析发现,许多突水事故与含水层富水性、承压水下采煤... 详细信息

我国华北型煤田内煤系地层普遍被厚松散层所覆盖,松散层底部存在一层以非胶结砂土与砂砾等为骨架的承压含水层,对煤矿的安全生产构成严重威胁。通过对此地区大量开采水害事故的研究分析发现,许多突水事故与含水层富水性、承压水下采煤覆岩破坏规律及覆岩破坏影响因素有着密切联系。故本文以宿州祁东煤矿为依托,在充分收集整理祁东煤矿地质、水文地质资料的基础上,首先分析了研究区内松散层底部含水层空间分布规律;然后选取多个含水层富水性影响因素进行分析,利用地理信息系统(GIS)的强大空间分析功能和模糊层次分析法对祁东煤矿“四含”富水性进行了重新评价;最后选取了祁东煤矿26-27#勘探线上的27钻孔7煤层及顶底板沉积岩体结构为对象,借助FLAC数值模拟软件,进行了松散承压含水层下开采覆岩应力-位移-破坏规律及其变形破坏的控制因素的研究。具体研究成果如下:(1)选取了“四含”有效厚度、构造发育密度、钻孔冲洗液消耗量、渗透系数和单位涌水量这5个富水性主控因素,利用模糊层次分析法得到了5个主控因素对于富水性分区的权重系数值,分别为0.18、0.19、0.215、0.2、0.215。(2)重新评估了祁东煤矿四含富水性等级,总体可概括为:富水性强区位于祁东煤矿南部以及东部零星区域;富水性中等区位于祁东煤矿南部除去富水性强区的剩余区域以及正北方向零星区域;富水性弱区位于祁东煤矿中部,横跨东西方向且紧邻富水性强区;富水性极弱区位于祁东煤矿的北部边界处,分布区域较窄且被富水性弱区的边界一分为二。(3)通过数值模拟分析得出,加快工作面推进速度能够有效减少顶底板岩层移动变形量,能有效提高采动覆岩结构完整性;加大工作面斜长和采高,会使围岩控制难度加大,采场支护系统要求变高,突水风险相对增加;承压水压力越大,覆岩变形破坏越严重;断层会致使采空区顶板破坏高度和塑性区范围增加,覆岩的隔水能力也会遭到不同程度的下降,增大顶板突水风险。

关键词：松散承压含水层富水性模糊层次分析法流固耦合数值模拟

偏转风作用下不同深宽比矩形截面高层建筑气弹响应研究

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偏转风作用下不同深宽比矩形截面高层建筑气弹响应研究

作者：任泓宇重庆大学

学位级别：硕士

随着我国经济的快速发展以及高强建筑材料、先进的结构设计及施工技术的广泛应用,越来越多的超高层建筑正在建设或在规划建设中,并且建筑高度逐渐攀升。而这些超高层建筑往往具有轻质、高柔、低阻尼等结构特性,因此对风的作用尤其敏感... 详细信息

随着我国经济的快速发展以及高强建筑材料、先进的结构设计及施工技术的广泛应用,越来越多的超高层建筑正在建设或在规划建设中,并且建筑高度逐渐攀升。而这些超高层建筑往往具有轻质、高柔、低阻尼等结构特性,因此对风的作用尤其敏感。结构与风场之间相互作用会诱发自激风荷载,导致高柔的高层建筑产生横风向涡激共振等形式的大幅值振动,严重影响建筑的安全性以及舒适度。与此同时,山地地形效应、地球自转偏向力等因素会导致大气边界层风的风向沿高度发生改变,形成“偏转风”。近年来,世界多个地区的风场实测数据证实了偏转风普遍存在并且风向沿竖向高度变化较大。当前对高层建筑偏转风效应的研究主要集中在风荷载特性及其变化规律等问题上,而对于偏转风作用下高层建筑气弹响应的研究还较少,且高层建筑形式日趋多样,出现了较多大深宽比矩形截面高层建筑,其在偏转风作用下的风振响应问题将更加突出。因此,亟需开展偏转风作用下不同深宽比高层建筑的气弹响应研究,预期成果将对偏转风作用下高层建筑的抗风设计提供必要的科学依据,具有重要的指导参考价值。为了解决上述问题,本文具体研究内容与主要结论如下所示:(1)为了揭示偏转风对不同深宽比矩形截面高层建筑气弹响应特性的影响,本文开展了系统的气弹模型风洞试验研究。分别在偏转风场及常规大气边界层风场中对不同深宽比的矩形截面高层建筑模型进行试验,从响应幅值、响应时程、振动轨迹、位移谱和概率密度函数等方面进行了对比分析。揭示了偏转风作用下建筑结构阻尼比、来流风向角等关键参数对方形截面高层建筑的顺风向和横风向响应的影响规律,阐明了偏转风作用下不同深宽比矩形高层建筑横风向涡振的幅值、临界风速、锁定区间等重要特性。研究结果表明:对于深宽比1:1的方形截面高层建筑,在共振临界风速之前,偏转风对横风向涡激抖振有增强作用,而在锁定风速区间偏转风对涡激共振有抑制作用;大深宽比(1:3及1:5)矩形截面模型长边迎风时,偏转风对涡激共振没有明显抑制作用,但会改变起振风速与锁定风速区间范围,因此,基于常规边界层的评估方法对偏转风场某一特定风速下的高层建筑横风向涡振幅值进行评估时会产生误差,且最大误差达到30%左右,影响建筑结构的安全性。(2)为了准确评估偏转风作用下不同深宽比矩形截面高层建筑的气动参数,本文基于随机减量法对气弹试验结果进行了横风向气动阻尼识别,并将常规边界层风场下方形建筑气动阻尼识别结果与前人文献结果进行对比,验证了气弹试验结果以及气动阻尼比识别方法的合理性。然后,对偏转风作用下不同深宽比矩形截面高层建筑横风向气动阻尼随折减风速的变化规律进行了对比分析,分别给出了考虑偏转风作用的不同深宽比矩形截面高层建筑横风向气动阻尼经验公式及简化计算公式。此外,本文通过频域分析对气弹试验中不同模型的振动频率改变量进行了识别,并以无量纲振动频率改变量作为气动刚度评价指标,研究了偏转风对不同深宽比矩形截面高层建筑气动刚度的影响规律。(3)为了阐明偏转风作用下高层建筑的流场-载荷-响应相互影响关系,本文基于大涡模拟与双向流固耦合方法对不同长宽比模型进行了数值模拟研究。以方形模型建筑为例,首先将模拟结果与气弹试验结果进行了对比,验证了准确性,随后对风荷载特性、荷载-响应关系等方面进行了对比分析,阐述了偏转风作用下横风向涡振的影响机理;最后分别给出了不同高度处不同深宽比模型周围流场涡量图,分析了偏转风对不同深宽比矩形截面高层建筑流场-荷载-响应相互作用关系的影响规律。

关键词：高层建筑偏转风深宽比气弹模型风洞试验流固耦合数值模拟

燃煤电厂烟气冷却器冲蚀磨损与中间媒介型烟气换热器优化研究

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燃煤电厂烟气冷却器冲蚀磨损与中间媒介型烟气换热器优化研究

作者：黄凯浙江大学

学位级别：硕士

中间媒介型烟气换热器作为燃煤电厂实现超低排放的关键部件,其各种性能备受国内外学者关注。实际运行过程中,烟气冷却器冲蚀磨损严重,了解换热器的冲蚀磨损特性有助于解决电厂中的冲蚀磨损问题,提高电厂运行的安全性及效率。首先,本文... 详细信息

中间媒介型烟气换热器作为燃煤电厂实现超低排放的关键部件,其各种性能备受国内外学者关注。实际运行过程中,烟气冷却器冲蚀磨损严重,了解换热器的冲蚀磨损特性有助于解决电厂中的冲蚀磨损问题,提高电厂运行的安全性及效率。首先,本文基于相似理论和模化设计理论设计并建立了一套针对电厂换热器冲蚀磨损-换热的试验装置,并在该装置上进行了冲蚀磨损初步试验。试验结果表明冲蚀磨损主要发生于换热管的迎风面,第一排换热管的平均冲蚀磨损速率远大于其他排,短期内平均磨损速率为常数。其次,结合现有数据应用Ansys Fluent对电厂中换热管的冲蚀磨损进行了数值模拟,验证了数值模型的有效性,数值模拟结果表明第一排冲蚀磨速率远大于其他排。高灰煤下换热管的冲蚀磨损速率是普通煤灰的50倍。最后,研究了冲蚀磨损率与烟气流速、浓度及颗粒尺寸的关系。结合已有冲蚀磨损的研究,基于换热器设计和工程造价等理论提出了中间介质型烟气换热器成本优化模型和中间介质型烟气换热器无量纲成本模型,并对实际该种换热器设计进行优化,优化前后中间介质型烟气换热器的成本理论上约降低5%。计算得到了不种工况下的无量纲关系图,该组图可适用于中间介质型烟气换热器工程设计中。

关键词：冲蚀磨损磨损试验气-固两相流流固耦合数值模拟换热器优化

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桥墩地震动水压力振动台模型试验的数值模拟

桥墩地震动水压力振动台模型试验的数值模拟

作者：覃弋放中国地震局工程力学研究所

学位级别：硕士

近三十年来,我国桥梁工程建设迅猛发展,一大批处于数十米、甚至超过百米的深水中的高墩大跨桥梁陆续建成。地震中,水域中的桥墩会受到地震动水压力的影响。因此,在桥梁的抗震设计验算中,需要将动水压力效应与其他地震作用效应叠加。《... 详细信息

近三十年来,我国桥梁工程建设迅猛发展,一大批处于数十米、甚至超过百米的深水中的高墩大跨桥梁陆续建成。地震中,水域中的桥墩会受到地震动水压力的影响。因此,在桥梁的抗震设计验算中,需要将动水压力效应与其他地震作用效应叠加。《公路桥梁抗震设计细则》(JTC/TB02-01-2008)的动水压力计算公式主要针对水深15米以内的桥墩,是否适用于高墩桥梁,是否需要修改、如何修改,受到工程界的关注,也涌现了大量的相关研究成果。本文结合桥梁工程结构动力学国家重点实验室开展的一系列桥墩模型振动台试验,对不同地震动、不同总水深以及不同边界条件的试验工况,一共获得了五种桥墩模型上4～8个淹没水深的280条动水压力时程记录。结合试验成果,进行相应的流固耦合数值模拟,获取桥墩模型和相应的桥墩原型上的地震动水压力。本文主要研究三个重要的问题:1)地震动水压力随淹没水深的变化形式;2)采用的流固耦合数值模拟方法的合理性,验证、解释试验结果;3)借助更多流固耦合数值模拟讨论抗震设计细则中地震动水压力计算公式对深水工况的适用性。首先,本文分析经典的动水压力研究成果,阐述了进行桥墩-水振动台试验的意义。根据试验方案、观测的物理量等,对13篇地震动水压力试验参考文献的归纳,指出直接观测不同淹没水深动水压力的必要性。对近60篇地震动水压力数值模拟的参考文献归纳、总结,指出大量的数值分析仅着眼于桥梁的地震反应,对桥墩上地震动水压力重视得不够,开展的试验研究不多,对其随淹没水深变化规律的试验研究就更少了。阐述了论文依托的振动台桥墩模型试验和本文数值模拟方法的重要性。简要介绍振动台桥墩模型上地震动水压力的试验方案,尤其是动水压力传感器的性能指标和测点布置。从观测到的各淹没深度动水压力时程中,本文读取单位高度动水压力最大值,以此为代表值,绘制其沿淹没水深分布曲线。结果表明地震动水压力随淹没水深的增加而增大,增加的速率比公路桥梁抗震设计细则所依据的Goto-Toki简化形式要快一些,比Westergaard对直立坝面采用的简化形式要慢一些。基于模型试验方案,本文建立了相应的水体-桥墩体系的流固耦合模型,对其输入同样地震动,从地震反应计算结果中提取势流体单元基本物理量,求解地震动水压力时程,读取相应的代表值,绘制其沿淹没水深分布曲线。与试验结果的曲线对比,表明数值模拟的分布与试验结果相近,数值模拟值略小于试验值,底部测点差别稍大,两者相对误差小于15%,对模型试验提供了验证和解释,也验证了本文采用的流固耦合数值方法的有效性。在此基础上,进一步对试验结果展开讨论。(1)通过数值模拟,将水域采用刚性边界时的桥墩动水压力与水域采用无限边界的结果比较,讨论了边界波效应对动水压力的影响,结果表明,试验中采用的碎波材料消减边界波的效果不显著,可以通过扩大沿地震动输入方向的水域尺寸抑制边界波效应。试验水箱长度达到15m,与无限边界计算结果差别就不显著了,可为今后振动台模型地震动水压力试验提供参考。(2)进一步扩大、补充数值模拟数量及模型规模,进一步研究动水压力随淹没水深增长的特点。结果表明,动水压力总是随淹没水深增加,随地震动强度增加、总水深增加,动水压力的增加速率略有减缓,逐步接近经典公式表达的增加速率。(3)初步比较不同截面形状桥墩的动水压力的差别。结果表明,不同截面的桥墩模型在迎水面中心线上动水压力值差异不明显,建议边缘线上安装压力传感器,或借助数值方法,从截面中心到边缘输出更多的结果,以研究截面形状的影响。(4)研究不同材料桥墩的动水压力、内力以及变形之间的差别。结果表明,不同材质桥墩模型墩顶水平加速度、速度、位移以及墩底剪应力明显不同,而动水压力相差不明显。最后,根据试验模型的相似比,本文建立原型桥墩的数值模型,对比分析数值计算得到的动水压力与公路桥梁抗震设计规范地震动水压力计算公式。结果表明,本文计算得到的总动水压力的数值结果小于规范值,两者比值在0.9-1.9之间。地震动水压力简化为静力,作用点略低于规范中的相应规定;本文计算得到的圆端桥墩截面形状系数约为规范相应值的1.22倍,有待更多算例进一步论证。

关键词：地震动水压力流固耦合数值模拟振动台模型试验计算公式