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海上光伏外围防护-固定式透空堤结构型式研究进展

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太阳能学报 2024年第8期45卷 332-341页

作者：练继建陈艳佳王孝群王晓伟刘润天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072 河北工程大学水利水电学院邯郸056038 河北省智慧水利重点实验室邯郸056038

固定式透空堤能改善海上漂浮式光伏发电系统的深海运维环境。依据不同的消浪原理和构造将固定式透空堤分为排桩透空堤、桩基透空堤、沉箱透空堤、桩基沉箱透空堤、横板透空堤和组合透空堤6种型式,针对固定式透空堤的研究和发展进行文献... 详细信息

固定式透空堤能改善海上漂浮式光伏发电系统的深海运维环境。依据不同的消浪原理和构造将固定式透空堤分为排桩透空堤、桩基透空堤、沉箱透空堤、桩基沉箱透空堤、横板透空堤和组合透空堤6种型式,针对固定式透空堤的研究和发展进行文献综述,回顾和讨论不同结构型式研究方法、结构特点、消浪性能和实际工程应用等方面的内容,总结了当前研究存在的不足并展望了未来发展方向。

关键词：光伏发电海洋工程防波堤水工结构海上漂浮式光伏透水结构

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水下航行器壁面仿生自适应变形的减阻研究

船舶力学 2024年第9期28卷 1328-1338页

作者：唐俊李佳勇孙鑫淼天津大学建筑工程学院天津300354 天津大学港口与海洋工程天津市重点实验室天津300354

海豚等齿鲸亚目类动物具有高速游动能力,是水下仿生减阻的重要研究对象。本文根据海豚皮肤结构及自适应变形等特性进行工程尺度的仿生研究,设计一种以壁面边界层法向速度为输入信号的壁面变形运动控制方程,并通过动网格技术仿真模拟得... 详细信息

海豚等齿鲸亚目类动物具有高速游动能力,是水下仿生减阻的重要研究对象。本文根据海豚皮肤结构及自适应变形等特性进行工程尺度的仿生研究,设计一种以壁面边界层法向速度为输入信号的壁面变形运动控制方程,并通过动网格技术仿真模拟得到变形壁面的减阻性能。研究结果表明,在0.5~10m/s流速下变形壁面最优摩擦阻力减阻率为19.24%,最优总阻力减阻率为6.4%。施加仿生控制后壁面湍流边界层厚度有所增加,表面摩擦阻力减小,流场湍动能降低。将该仿生变形壁面应用于无附体SUBOFF潜艇模型表面开展减阻设计,在3.045~8.231m/s的速度范围内,潜艇总阻力减阻率均大于8.0%。

关键词：海豚皮肤仿生变形壁面减阻

EH36钢焊接接头焊趾处应力集中对高低周复合疲劳的影响

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焊接学报 2024年第7期45卷 1-9页

作者：徐连勇龙志平赵雷韩永典彭晨涛天津大学材料科学与工程学院天津300350 天津大学天津市现代连接技术重点实验室天津300350

为研究船舶结构用钢EH36钢焊接接头焊趾处应力集中对高低周复合疲劳的影响,对不同焊缝形貌20 mm厚EH36钢双面全熔透对接接头进行高低周复合疲劳试验.研究发现,高低周复合疲劳对接头寿命的降低幅度随着高周应力比的增大而增大;结合数字... 详细信息

为研究船舶结构用钢EH36钢焊接接头焊趾处应力集中对高低周复合疲劳的影响,对不同焊缝形貌20 mm厚EH36钢双面全熔透对接接头进行高低周复合疲劳试验.研究发现,高低周复合疲劳对接头寿命的降低幅度随着高周应力比的增大而增大;结合数字图像相关法测量结果分析,发现焊趾处应力集中系数越大,接头的高低周复合疲劳寿命越低,其降低幅度随着高周应力比的增大而增大.基于试验数据对模型进行验证,结果表明,应力集中系数高的接头疲劳寿命低且寿命预测结果分散性增大;Palmgren-Miner模型和Zhu模型由于未充分考虑高低周耦合损伤作用,导致寿命预测结果相对危险.修正后Zhu模型在充分考虑低周疲劳对高低周复合疲劳寿命的影响后,预测寿命大于实际寿命的预测点较少,预测结果相对安全,且分散性较小,误差也较小.

关键词：高低周复合疲劳 S-N曲线应力集中疲劳寿命预测数字图像相关法

大型铺管船托管架疲劳损伤实时监测应用与研究

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船舶力学 2024年第6期28卷 907-916页

作者：闫宏生陈森彪贾同宇陈永訢孟祥伟天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 海洋石油工程股份有限公司天津300461

托管架长期承受着交变载荷的作用,结构疲劳破坏问题不容忽视。为此,本文分别基于波浪谱和监测数据对托管架的疲劳问题进行研究。通过计算结果的对比分析,发现基于波浪谱的疲劳损伤计算,由于波浪荷载的随机性很强,导致计算结果偏于保守,... 详细信息

托管架长期承受着交变载荷的作用,结构疲劳破坏问题不容忽视。为此,本文分别基于波浪谱和监测数据对托管架的疲劳问题进行研究。通过计算结果的对比分析,发现基于波浪谱的疲劳损伤计算,由于波浪荷载的随机性很强,导致计算结果偏于保守,适用于设计阶段结构的疲劳寿命预报评估;而基于实时监测数据的疲劳损伤计算,数据相对更加准确,适用于实时评估结构当前的疲劳损伤情况,并依此提出适当的维修和保养建议。

关键词：托管架疲劳谱分析实时监测对比分析

CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下热障涂层的腐蚀行为与机理

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中国表面工程 2024年第1期37卷 75-86页

作者：郭磊张馨木杨硕天津大学材料科学与工程学院天津300072 天津大学天津市现代连接技术重点实验室天津300072 天津大学分析测试中心天津300072

环境沉积物(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2),CMAS)的高温腐蚀已成为航空发动机涡轮叶片热障涂层过早失效的重要原因之一。然而涡轮叶片工作环境复杂,熔盐、海盐常与CMAS耦合,一起对热障涂层造成多元复杂腐蚀,但目前关于CMAS与盐类的多元... 详细信息

环境沉积物(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2),CMAS)的高温腐蚀已成为航空发动机涡轮叶片热障涂层过早失效的重要原因之一。然而涡轮叶片工作环境复杂,熔盐、海盐常与CMAS耦合,一起对热障涂层造成多元复杂腐蚀,但目前关于CMAS与盐类的多元耦合腐蚀行为鲜有报道。针对Y2O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层在CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下的腐蚀行为进行对比研究。通过XRD、SEM等方法对不同条件下腐蚀后的涂层进行表征,并分析热处理温度、腐蚀物种类对腐蚀行为的影响。结果表明:与CMAS相比,CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐会在更低的温度下损伤涂层(1200℃)。当三种腐蚀物均能完全熔化时(1250℃),CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐熔体则由于更大的流动性而大量渗入,腐蚀内部涂层。其中,CMAS+海盐熔体在涂层内的渗透性最强,1250℃热处理4 h后,渗透深度超过400μm。盐类的共存会改变CMAS的性质,增强熔体的渗透能力,增加涂层内部甚至底部失效的倾向。研究结果有助于理解盐类与CMAS耦合时混合熔体对热障涂层的破坏机理及潜在威胁。

关键词：热障涂层 CMAS+海盐 CMAS+NaVO_(3) 耦合腐蚀腐蚀机理

三维隔震钢框架结构及内部非结构构件地震易损性研究

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工程力学 2024年第1期41卷 149-159页

作者：石运东卫旺旺丁阳李忠献天津大学建筑工程学院天津300350 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300350

该文以三维隔震钢框架结构为研究对象,提出上部结构、隔震支座与滑移型设备、倾覆型设备、吊顶三类非结构构件的抗震性能量化指标,基于增量动力分析,从结构与非结构2个方面研究三维隔震结构地震易损性。基于研究案例,结果表明:三维隔震... 详细信息

该文以三维隔震钢框架结构为研究对象,提出上部结构、隔震支座与滑移型设备、倾覆型设备、吊顶三类非结构构件的抗震性能量化指标,基于增量动力分析,从结构与非结构2个方面研究三维隔震结构地震易损性。基于研究案例,结果表明:三维隔震结构与水平隔震结构的结构易损性接近,两者在远场地震时结构易损性低于非隔震结构,但高强度近场地震作用时由于过大的支座位移则可能高于非隔震结构。如9度罕遇地震作用时,三维隔震结构与非隔震结构对应立即使用状态的超越概率分别为90%、80%。三维隔震结构中滑移型设备的易损性低于非隔震结构,略高于水平隔震结构。三维隔震结构与水平隔震结构均可有效降低倾覆型设备的倾覆概率,在PGA为0.8 g时倾覆概率仅为7%,且前者相比后者可显著降低倾覆型设备的摇摆角。非隔震结构与水平隔震结构中吊顶地震易损性均较高,而三维隔震结构可显著降低吊顶的易损性,近场8度罕遇地震作用下吊顶对应充分运行的超越概率仅为1%。

关键词：三维隔震结构非结构构件增量动力分析地震易损性抗震性能

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氧化石墨烯涂覆的空心微泡腔回音壁谐振模气体传感器

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光学学报 2024年第7期44卷 236-242页

作者：刘译泽江俊峰刘琨王双王逸璇陈鑫刘铁根天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072 天津大学光纤传感研究所天津300072

提出了基于氧化石墨烯和空心二氧化硅薄壁微泡腔的光纤气体传感器。将氧化石墨烯涂覆于熔融加压流变成型的薄壁微泡腔内壁,使其整体的有效折射率对于气体吸附敏感。通过拉锥光纤倏逝场在薄壁微泡腔激发出回音壁谐振模,其中心波长与有效... 详细信息

提出了基于氧化石墨烯和空心二氧化硅薄壁微泡腔的光纤气体传感器。将氧化石墨烯涂覆于熔融加压流变成型的薄壁微泡腔内壁,使其整体的有效折射率对于气体吸附敏感。通过拉锥光纤倏逝场在薄壁微泡腔激发出回音壁谐振模,其中心波长与有效折射率(气体体积分数)对应,据此实现腔内气体体积分数的传感测量。实验结果表明,当氨气的体积分数在0~40×10-6的范围内时,提出的光纤气体传感器的响应呈线性,其传感灵敏度为0.73×106 pm,分辨率为1.9×10-6。当氨气的体积分数为20×10-6时,传感器的响应和恢复时间分别是294 s和329 s。空心微腔结构一方面可以作为敏感单元,另一方面可以直接作为气体通道,避免了外部气室的使用或额外气体通道的封装,极大地提高了传感系统的实用性。

关键词：传感器气体传感器回音壁谐振模氧化石墨烯

爆炸荷载作用下钢筋混凝土双跨梁子结构连续倒塌机制试验研究

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建筑结构学报 2024年第1期45卷 1-11页

作者：李忠献刘昊琨师燕超丁阳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 天津大学建筑工程学院天津300350

为了研究爆炸荷载作用下钢筋混凝土双跨梁子结构抗连续倒塌机制,对3榀钢筋混凝土框架双跨梁子结构的中节点进行竖向冲击加载,以模拟爆炸荷载作用下承重柱失效对子结构产生的轴拉效应。结果表明:在加载瞬间,由于惯性效应,梁受力呈现出显... 详细信息

为了研究爆炸荷载作用下钢筋混凝土双跨梁子结构抗连续倒塌机制,对3榀钢筋混凝土框架双跨梁子结构的中节点进行竖向冲击加载,以模拟爆炸荷载作用下承重柱失效对子结构产生的轴拉效应。结果表明:在加载瞬间,由于惯性效应,梁受力呈现出显著的反拱机制,随着惯性效应的减弱以及中节点竖向位移的增加,梁表现出压拱机制;在试验冲击工况下,子结构没有出现纵筋断裂,梁的破坏模式均表现为梁端弯曲破坏;顶部纵筋通长配置可以减轻跨中混凝土的开裂,并减小子结构在动力加载时的峰值位移响应。

关键词：双跨梁子结构钢筋混凝土爆炸荷载抗倒塌机制反拱机制压拱机制

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深海环境下金属点蚀进程及诱导应力演化

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第7期57卷 741-750页

作者：亢一澜秦梦斐谢海妹韩彬张茜天津大学机械工程学院天津300350 天津市现代工程力学重点实验室(天津大学) 天津300350

局部腐蚀产生的应力是影响海洋服役装备寿命与稳定性的关键因素.针对深海钢材料的点蚀力学问题,采用关联腐蚀与诱导应力的方法展开研究,建立了基于Nernst-Planck传质方程的腐蚀模型与腐蚀诱导应力模型,结合COMSOL多物理场仿真软件实现... 详细信息

局部腐蚀产生的应力是影响海洋服役装备寿命与稳定性的关键因素.针对深海钢材料的点蚀力学问题,采用关联腐蚀与诱导应力的方法展开研究,建立了基于Nernst-Planck传质方程的腐蚀模型与腐蚀诱导应力模型,结合COMSOL多物理场仿真软件实现了深海点蚀全进程中力-电化学信息的协同表征,其关键技术有两个,一是基于腐蚀膨胀理论给出了应力与腐蚀参量之间的联系,二是以产物堆积增厚与基底腐蚀减薄的面积比确定了腐蚀膨胀率,给出了腐蚀进程中电流密度、形貌、诱导应力等参量随时空的非线性演化规律.结果表明:空间分布上,深海环境下的腐蚀呈深挖状,蚀坑中心处的电流密度最大、腐蚀程度最深,腐蚀诱导应力存在明显的集中效应,力、电化学参量随着远离蚀坑中心呈现出发散状的削弱趋势;时序演化上,电流密度随腐蚀年限减小,腐蚀进程因此逐年放缓,然而,由于蚀坑中心尖锐程度的加剧,腐蚀诱导应力的非线性增加却愈发剧烈.在此基础上,研究了腐蚀产物形貌对应力的影响,对比了简化椭球形产物与模拟所得实际形貌产物两种情况的腐蚀诱导应力,结果表明实际形貌产物最大拉应力高于椭球形的最大应力,误差超过50%,指出点蚀研究中忽略蚀坑的深挖动力学特征会给腐蚀相关的力学研究带来偏差.

关键词：腐蚀力学模型腐蚀诱导应力腐蚀膨胀率力-电化学时空非线性演化点蚀