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关键词： 预制节段桥墩   角钢   耗能   抗震性能   数值模拟  

摘要： 本文提出以角钢作为节段拼装桥墩耗能构件的新型自复位预制节段桥墩(Self-centering Precast Segmental Bridge Pier,SPSBP),基于ABAQUS有限元软件建立三维仿真数值模型,数值模拟结果与拟静力试验结果基本吻合,SPSBP具有自复位能力较好、残余变形较小、耗能能力强等优点。进一步对初始预应力、耗能角钢厚度、长度及节段高宽比等影响因素进行参数化分析,研究结果表明,增加初始预应力可有效提高结构承载力和刚度,对结构耗能的影响不大;增加角钢厚度可提高SPSBP最大承载力,且有效提高其在地震作用下的耗能能力;角钢长度对承载力提高的影响不大;节段高宽比增大,可在保证刚度的同时提高承载力。

关键词： 东北印度洋   海平面长期变化   FVCOM   潮波变化   数值模拟  

摘要： 本文根据政府间气候变化专门委员会第六次评估报告提供的海平面变化相关数据,计算得到2100年相较于2020年东北印度洋在低排放(SSP1-2.6)和高排放(SSP5-8.5)情景下的海平面变化值。基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)海洋数值模式,建立起同时满足东北印度洋在近岸和大洋中模拟精度和计算效率要求的潮波模型,对当前和未来海平面变化之后的东北印度洋潮波进行模拟,分析海平面长期变化对东北印度洋及其内部的孟加拉湾顶部、马达班湾和马六甲海峡北部等重要海区的M_(2)、S_(2)半日分潮潮波带来的影响。研究结果表明,同一分潮受不同排放情景下海平面变化幅度不同的影响,振幅和迟角变化幅度不同,在高排放情景下M_(2)和S_(2)分潮振幅变化最大值分别可达52.26 cm和28.59 cm;低排放情景下M_(2)和S_(2)分潮振幅变化最大值分别为39.07 cm和23.34 cm;振幅和迟角变化均呈现高排放情景下的变化幅度大于低排放情景的特征。不同分潮在同一排放情景下的振幅和迟角变化具有相似的空间分布特征,M_(2)、S_(2)两分潮振幅在6°N以北的大部分海区减小,仅在小部分近岸河口等浅水海区存在明显增大趋势,而在6°N以南的海域呈现增大-减小交错分布的空间形态;深水海区振幅受海平面变化的影响远小于浅水海区,变化幅度明显小于近岸浅水海区;M_(2)分潮振幅变化幅度大于S_(2)分潮;在分潮迟角变化上,2个主要半日分潮迟角变化的空间分布基本一致,在深水大洋区变化幅度基本不超过1°,而在孟加拉湾顶部等近岸浅水海区变化较为明显,迟角在孟加拉湾顶部和马六甲海峡北部呈减小趋势,在马达班湾呈增大趋势。

关键词： 过冷水滴   表面   相变   动力学特性   传热分析   数值模拟  

摘要： 目的 研究不同直径过冷液滴撞击超疏水表面的动力学特性和传热特性。方法 以宏观结冰/结霜过程中过冷水滴的撞击结冰为背景,运用CLSVOF方法,结合凝固-融化模型,对直径为3 000、2 375、1 750、1125μm的水滴撞击结冰行为进行了模拟研究,从动力学和传热学角度定量分析了水滴撞击结冰过程,获得了水滴撞击结冰动态图。结果 不同直径的液滴撞击超疏水壁面所经历的动态过程类似,但随着液滴直径的增大,液滴撞击壁面不同阶段所需的时间、液滴最大铺展面积以及液滴与壁面的接触时间均会增加,依次递增了3.691、4.444和5.867 ms;液滴撞击壁面的传热量随着液滴的铺展过程逐渐增大,在达到最大传热量后随着液滴回缩而下降,最终趋近于0 W,且直径较大的液滴达到最大铺展时其传热量的波动较明显。液滴与壁面的传热速率在铺展阶段和回缩阶段都有所增加,随着液滴逐渐弹离而趋近于0 W/s,较大直径水滴会导致更高的传热量。结论 液滴直径对撞击过程的动力学和热力学特性具有显著的影响,研究结果可为超疏水表面多尺寸液滴的有效去除和防冰提供新参考。

关键词： 脉冲喷射流场   侧壁压力   评价指数   流固耦合  

摘要： 脉冲喷吹气流是滤筒除尘器清灰的主要手段。通过喷吹气流的作用导致滤筒滤芯产生膨胀和抖动,滤筒上的粉尘被剥离并落入灰斗,从而保持滤筒的清洁和高效的过滤性能。为了更好地反映喷吹气流对滤筒滤芯的影响,利用ANSYS Workbench中的静态结构模块(Static Structural)进行滤芯脉冲清灰的流固耦合,通过对比不同喷吹时间、不同喷吹距离下的模拟结果,从而得出喷吹气流对滤筒褶结构部分的影响。先利用Fluent模拟得到滤筒内压力的变化,结果表明,虽在不同喷吹距离下压力在数值上略有不同,但都有着相同的分布趋势:气流沿过滤元件长度方向向下运动并沿径向扩散,并且在滤芯内部静压从底部向上积累,滤芯下部静压相对较大,上部静压相对较小,滤芯内部有明显压力积累的过程。再利用ANSYS Workbench中的静态结构模块将上一步Fluent模拟得出的压力耦合在滤筒的褶结构,在相同时间集下,通过模拟得到滤芯褶皱结构的总变形、弹性应变和最大剪切应力值及其分布规律。在实验范围内,当喷吹距离为150 mm时,气流作用在滤芯褶皱结构的各项参数值最好:总变形为0.13327μm,弹性应变为3.018×10^(-4)μm,最大剪切应力为222.69 Pa。

关键词： 灭火弹   爆炸过程   灭火剂   抛洒特性   无人机(UAV)   数值模拟   铺展半径  

摘要： 为深入研究无人机(UAV)竖直投放灭火弹的引爆效果,提升灭火弹灭火效率,利用ANSYS Workbench软件建立灭火弹有限元模型,模拟灭火剂的爆炸抛洒过程,明确不同引爆高度对灭火剂抛洒特性的影响;同时开展不同引爆高度下UAV竖直投放灭火弹的全尺寸试验。结果表明:灭火弹爆炸过程、灭火剂抛洒过程与灭火剂铺展半径等仿真数据与全尺寸试验结果吻合度良好。灭火弹爆炸后,灭火剂在空中呈锥形弥散,在水平方向上铺展均匀,铺展形状大致为圆形;随着引爆高度增加,灭火剂落地时间延长,灭火剂水平速度减小,落地时间的延长相对于水平速度的降低起到主导作用,导致灭火剂铺展半径随引爆高度增加而增加。当灭火弹引爆高度从5 m增加至12 m时,灭火剂铺展半径数值模拟计算数据由2.04 m增大至3.56 m,数值模拟计算数据与试验数据的误差均在5%以内。

关键词： 压气机   变工况   数值模拟   优化设计   遗传算法  

摘要： 为了解决燃气轮机对工况的适应性问题,从而提高压气机的工作效率和工作裕度,采用三维数值模拟手段和寻优算法,研究了某型压气机中间级静叶4个关键叶型参数:最大挠度相对值、最大挠度位置、最大厚度相对值和最大厚度位置对叶片变工况性能的影响规律。以拓宽三维叶片攻角适应性为目标,在0°和±6°攻角,开展了三维叶片的优化设计,分析和总结了不同截面叶型参数的分布特征,探讨了宽适应性压气机叶片表面的气动布局和损失机理。结果表明:在损失攻角下,最大挠度相对值的影响大于最大挠度位置的影响,最大厚度相对值的影响大于最大厚度相对位置的影响,优化后叶片在0°和±6°攻角下的总压损失系数降幅分别达到3.52%,9.31%和11.32%。

关键词： 本构模型   有限元模拟   隧道   沉降   水平位移  

摘要： 隧道施工引发的周围土体变形和地表沉降会对邻近地下结构及地面建筑物产生不利影响。对隧道施工引发土体变形进行数值模拟时,土体本构模型的选择十分重要。基于统一硬化(unified hardening,简称UH)参数的UH模型具有概念清晰、参数较少、实用性强等优势,已服务于多个重大工程。基于考虑小应变范围内弹性剪切模量非线性衰减的UH模型,对伦敦Crossrail隧道在海德公园开挖和衬砌建造施工全过程开展了流固耦合有限元模拟。有限元预测结果与现场实测数据具有较好的吻合,详细分析了隧道施工过程中地表沉降和土体变形规律。最后通过与考虑小应变特性的修正剑桥(modified Cam-clay,简称MCC)模型计算结果比较,进一步验证了UH模型在描述超固结土应力应变特性上的优势。

关键词： 狭缝挤压涂布   时变性   数值模拟   内外流场   时变系数  

摘要： 在锂电池极片涂布数值模拟中,人们经常忽略浆料的时变性,而采用相对简单的非时变本构模型进行模拟。因此,出现模拟结果和实际涂布效果不相符的现象。将时变性幂律模型引入锂电池极片狭缝挤压涂布工艺的数值仿真研究中,进行了狭缝挤压涂布的内外、流场模拟,结果表明,时变系数虽然对浆料出口速度和最终涂层厚度影响不大,但会明显影响最终涂布的均匀性。进一步研究发现,随着时变系数增大,时变和非时变模型模拟结果的差异会更加明显。可见,通过时变模型模拟锂电池极片涂布质量问题,数值模拟结果更加符合实际涂布情况。

关键词： 工程水泥基复合材料(ECC)   高强不锈钢绞线网(HSSM)   受弯性能   数值模拟  

摘要： 为有效提升工程水泥基复合材料(engineered cementitious composite, ECC)强度的同时,充分发挥其优异的控裂和变形能力,本文采用极限拉应变与ECC接近且粘结性能优良的高强不锈钢绞线网(high-strength stainless steel strand mesh, HSSM)增强ECC,并进行HSSM增强ECC板受弯性能的数值分析。采用ABAQUS软件,考虑钢绞线与ECC之间的粘结–滑移作用,建立有限元模型模拟ECC在弯曲过程中的非线性行为。此外,通过参数分析探明了钢绞线配筋率、板尺寸和ECC材料参数等变量对板抗弯性能的影响。结果表明:增加配筋率、板的截面高度、ECC的开裂强度和极限抗拉强度,可显著提高了板的抗弯刚度和承载能力,但延性有所降低;提高ECC的抗压强度,可有效提高板的延性,同时板的承载力和刚度也有小幅提升。In order to effectively improve the strength of engineered cementitious composite (ECC) while giving full play to its good crack control and deformation capabilities, this paper uses high-strength stainless steel strand mesh (HSSM) with ultimate tensile strain close to that of ECC and good bond performance to reinforce ECC, and conducts numerical analysis on the flexural performance of HSSM-reinforced ECC slabs. Using the ABAQUS software, a finite element model was established to simulate the nonlinear behavior of ECC under bending, considering the bond-slip interactions between the steel strands and ECC. Additionally, parametric analysis was carried out to investigate the influence of variables such as steel strand reinforcement ratio, slab dimensions, and material properties of ECC on the flexural performance of the slabs. The results indicate that increasing the reinforcement ratio, the cross-sectional height of the slab, the cracking strength and ultimate tensile strength of ECC can significantly enhance the flexural stiffness and load-bearing capacity of the slab, but its ductility is reduced. Increasing the compressive strength of ECC can effectively improve the ductility of the slab, while also slightly enhancing its load-bearing capacity and stiffness.

关键词： 装配式结构   地铁车站   数值模拟   承载特性   对比研究  

摘要： 装配式地铁车站能够有效解决传统现浇施工方法所带来的效率低下和环境污染等问题。以青岛市某地铁线路预制装配式地铁车站为背景,建立整体现浇、局部预制与全部预制结构地铁车站的三维有限元模型,对比分析3种结构的受力特点。结果表明,三者整体应力与变形分布规律大体一致,装配式结构变形程度轻于现浇结构,尤其是中柱部分,现浇结构变形更明显。因此,采用装配式结构不仅比整体现浇结构有更好的承载能力,还能有效减小结构中柱变形,增强结构的整体稳定性,验证装配式车站预制结构使用的优越性与安全性。研究结果可为装配式地铁车站安全使用提供参考。