水管冷却混凝土温度场离散算法网格密度研究

水管冷却混凝土温度场离散算法精度较高,但水管周围温度梯度较大,必须布置较密的网格,计算量较大．为了同时满足计算量和工程精度的要求,需研究水管周围的网格密度．建立3个不同网格密度的含水管混凝土块有限元模型,对每一个模型都分别赋以3种不同的管壁放热系数进行计算．计算结果对比表明,对于大坝目前常用的塑料冷却水管,将水管周围混凝土网格加密1层即可满足工程需要;对于高导热性能塑料水管或金属水管,建议加密2层．     

忽略水管厚度对混凝土温度场影响的分析研究

热流耦合算法计算大体积混凝土温度场时,不需要在水管处细化网格,网格划分简单方便.而且该算法既可以考虑水流与混凝土的对流换热,又可以考虑水温沿程温升,能精细模拟水管处混凝土温度场,计算结果较可信,但是它忽略了水管厚度,这与实际不符.本文通过对比实际中有水管厚度的混凝土温度场与热流耦合算法中忽略水管厚度的混凝土温度场的计算结果,得出了尽管忽略水管厚度对水温温升影响比较大(15.1%),但是混凝土最高温度以及水管周边的混凝土温度变化范围比较小(0.60%),由此可知热流耦合算法中忽略水管厚度的混凝土温度场计算结果是可靠的,值得在实际工程中应用推广.     

混凝土冷却水管的有限元沿程水温改进算法

为了改善分析冷却水管效果的有限元算法中水管附近温度梯度高而要求水管附近单元尺寸布置细密的问题,在水管附近混凝土内构建热量平衡方程,利用等效热传导原理,推导出任意区间内的平均温度,进而提出一种将求解沿程水温所需水管外缘的高温度梯度转变为求解离水管不远距离处较低温度梯度的新算法.算例表明:该方法能适当地降低水管附近有限元网格的细密程度,计算精度较好,计算时间缩短.     

SRC框架节点非线性单元模型及试验验证

通过对型钢混凝土(SRC)柱-混凝土(RC)梁组合件试验现象和测量数据的分析,提出一种较为简化的多分量SRC节点单元模型.该模型的构造方法以节点受力机理为基础,以考虑节点非线性变形特征为目标,可以综合考虑节点区域多种变形,并能应用于组合结构节点的弹塑性全过程分析.结合此单元模型的传力路径与变形组成特点,建立与单元模型相对应的简化计算模型,用于提高模型计算效率.计算与试验结果比较表明,提出的组合结构节点单元模型可以较好地模拟节点的非线性反应,具有较好的计算精度.     

混凝土连续箱梁桥温度场数值模拟及实测验证

为研究混凝土连续箱梁桥的日照温度场分布特征,以某大跨混凝土连续箱梁桥为研究对象,根据混凝土结构传热理论,结合当地气象参数与日照辐射半经验公式,采用ANSYS软件建立了混凝土箱梁桥二维瞬态日照温度场模型,模拟出晴天和阴天混凝土箱梁桥的温度场,并将模拟结果和实测结果进行对比.在此基础上,进一步模拟了混凝土箱梁桥的最大竖向温度梯度分布特征,分析了该温度分布模式对桥梁的作用效应.结果 表明,混凝土箱梁桥温度场计算值与实测值吻合良好.相比于设计规范中的混凝土箱梁竖向温度梯度模式,计算拟合的竖向温度梯度对混凝土箱梁桥的应力影响更小.     

边界元法计算声辐射时几乎奇异积分的处理方法

针对边界元法中几乎奇异积分计算难题,本文提出一种基于6节点三角形等参数单元的三维高阶单元半解析算法.通过对三维声场基本解中的三角函数进行T a y l o r级数展开,分离出基本解中的奇异积分项.根据单元的几何特性,构造出与奇异积分核函数具有相同奇异性的近似奇异核函数,对奇异积分项应用扣除法,将奇异积分核函数分为规则核函数和近似奇异核函数两项.规则核函数积分无奇异性,应用常规G a u s s数值积分就能够准确计算;近似奇异核函数积分由导出的半解析公式计算,即在局部极坐标系ρθ下分离积分变量,导出对变量ρ积分的解析计算列式,应用常规G a u s s数值积分计算变量θ积分,从而建立一种三维声场边界元法几乎奇异积分的半解析算法.算例结果表明,本文高阶单元半解析算法比双线性元算法更加有效且算法稳定,能够有效、准确地计算距离单元非常近的近边界点处的声压.     

碾压混凝土坝温控合理通水方案研究

结合某碾压混凝土重力坝工程8#坝段的工程实际情况,通过水管冷却效果的有限元单元直接算法,对该坝段进行温度场和温度应力场计算。分析水管周边混凝土温度场及温度应力场分布规律,提出尽早通水及变温通水的温控方案,达到有效降低混凝土最高温度的同时,避免由于通水冷却产生水管周边裂缝。     

基于遗传算法的混凝土箱梁日照温度场的仿真分析

针对混凝土箱梁日照温度场仿真计算中材料参数难以准确取值的问题,建立了基于遗传算法的混凝土箱梁日照温度场计算模型。通过对某大型混凝土箱梁桥日照作用下温度场的模拟表明,该模型具有很好的适应性,虽然不一定能找寻出材料的真实性能参数,但可以较为准确地模拟日照辐射作用下混凝土箱梁的温度场。     

圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的利用有限元软件ABAQUS对圆钢管再生混凝土短柱的极限承载力进行非线性分析,验证笔者提出的核心再生混凝土本构关系的修正数学表达式的正确性.方法钢管与核心混凝土接触界面采用库仑摩擦模型.核心混凝土与顶端垫板采用8节点线性缩减积分三维八面体实体单元(C3D8R),钢管采用线性四节点减缩积分壳体单元(S4R).柱的一端施加固定约束,另一端施加位移荷载.结果有限元模拟分析得到的载荷-变形关系曲线与已有试验结果吻合较好.钢管再生混凝土短柱的承载力有随着再生骨料取代率的增加而降低的趋势.结论笔者提出的核心再生混凝土本构关系的修正数学表达式,可以满足利用ABAQUS对圆钢管再生混凝土短柱构件轴压承载力进行较准确的模拟分析要求.     

无单元法在混凝土面板堆石坝应力分析中的应用

常规有限元法在单元的合理划分和混凝土面板受力变形的准确计算方面有较大困难,为此该文将无单元法应用于混凝土面板堆石坝的应力分析。在几何条件或应力变化比较强烈的区域使用无单元法,而几何条件或应力变化不太大的区域使用有限元法。计算结果表明:无单元法能够简单、灵活地对混凝土面板等薄层结构进行节点加密,能够避免有限元计算网格划分长宽比例过大的缺陷,从而可以改善计算精度;两种方法的耦合可以很好地发挥各自的优势。     

考虑节点柔度的空心圆钢管桁架的简化分析模型

焊接圆钢管桁架在节点部位存在明显的局部柔度现象,在进行有限元分析时要精确模拟这种节点局部柔度就需要采用3D实体或壳单元模拟整个管桁架结构,这导致有限元分析的计算量大、效率低,不利于在工程设计中采用。为了简化计算过程,通常使用常规梁单元模拟钢管构件,并将管节点部位模拟成刚接形式。这种简化方法虽然提高了计算效率,但是却无法模拟出节点局部柔度导致的变形。为了解决这个问题,在常规梁单元模型基础上,在节点部位引入一个虚拟梁单元(Fictitious Beam Element,FBE)模拟节点的局部变形。虚拟梁单元的刚度可通过以往对管节点柔度研究所提出的参数公式进行等效。为了验证这种简化模型的准确性,对由T型管节点和Y型管节点组成的管桁架进行参数分析,共计算了12个管桁架模型,对这些管桁架模型分别采用3D有限元模型、常规刚接梁单元模型以及所提出的虚拟梁单元模型进行分析。研究结果表明:常规刚接梁单元模型会过低估计管桁架的变形,而采用虚拟梁单元模型则可以高精度地计算出管桁架的变形。     

山区空心薄壁高墩日照温度效应

通过现场桥墩实测温度变化的数据,分析了桥墩在日照温差作用下的温度分布,并用MATLAB拟合出混凝土空心薄壁高墩沿壁板厚度方向的温度梯度模式。结合桥址地理数据和气象条件,采用有限元仿真软件Midas FEA建立模型,模拟分析桥墩温度场,对比计算结果与实测数据,证明有限元求解的可靠性和Midas FEA模拟温度场的实用性。最后根据拟合的温度梯度计算日照温度效应,结果显示,空心薄壁高墩日照引起的温度效应不可忽视。     

玻壳模具传热过程的建模与仿真

玻壳模具冷却系统的设计直接影响到生产效率和最终成型制品的质量,采用仿真工具辅助模具设计,有利于较好地确定冷却系统结构和工艺条件,提高设计质量.鉴于常规的温度场模拟方法用于玻壳模具计算时会遇到许多困难,文中提出了周期平均稳态温度场的概念,其中模具内部的传热被考虑为周期性稳态三维热传导,玻璃熔体内部的传热当作瞬态一维热传导,模具表面与冷却介质的传热处理为稳态的对流换热.模具区域与制品区域分别采用三维边界元法和一维有限差分法求解,两者通过型腔表面的温度和热流量匹配来耦合.最后,通过与实验测试数据的对比分析验证了所提出模型的正确性.     

混凝土箱梁桥日照温度场的实测与仿真分析

通过对某大型混凝土箱梁桥温度场的观测,分析了混凝土箱梁在日照辐射作用下的温度变化情况和竖向温度梯度的分布规律,发现日照辐射作用下混凝土箱梁竖向温度梯度模式近似服从指数分布。建立了基于气象参数的混凝土箱梁日照温度场有限元模型,并验证了该模型的准确性。最后,计算了50年一遇气象参数条件下混凝土箱梁竖向温度梯度分布情况,结果表明,极端条件下混凝土箱梁竖向最大温差可达18.5℃。     

波形钢腹板连续刚构桥温度场模型

为研究波形钢腹板连续刚构桥的温度场模型，以一座波形钢腹板连续刚构桥实际工程为研究对象，对其温度场和线形进行了实测，然后建立有限元计算模型，对比分析了该桥波形钢腹板的竖向温度梯度和顶板的竖向位移，最后对Potgieter温度梯度公式中的吸收率α和风速v的数值进行调整。研究结果表明：波形钢腹板竖向温度梯度的实测值与模拟值吻合良好，当吸收率α取0.6,风速v取8 m/s时，顶板边缘悬臂端位移的模拟值与实测值吻合良好，说明此温度场模型适用于该桥。     

活塞的温度测量及温度场的有限元计算

本文介绍了在 Hill 柴油机上采用热偶法,用间歇接触装置对活塞表面温度的测量。同时也介绍了实测之前进行的模拟试验以及用有限单元法对活塞温度场和热流量的计算。     

考虑滑移效应的空间预应力混凝土组合式模型

提出一种考虑滑移效应的空间预应力混凝土组合式模型,通过预应力钢筋和混凝土交点处的虚拟节点,将模拟两者交界面的黏结单元嵌入滑移模型.基于位移有限元框架,由虚功原理推导滑移模型的有限元平衡方程,并编制计算程序.该模型允许预应力钢筋以任意形式穿过混凝土单元,网格划分灵活,虚拟节点的自由度在平衡方程的集成过程中得到约减.通过预应力混凝土矩形截面简支梁算例,滑移模型在材料弹性阶段计算结果的正确性得以验证,可作为预应力混凝土空间非线性有限元程序开发的基础.     

大体积混凝土施工期冷却水管埋设形式的优化

采用冷却水管通水冷却是大体积混凝土坝施工期主要温控措施,而冷却水管埋设布置形式对混凝土内部温度和应力的影响较为显著.利用有限元热流耦合精细算法,考虑了冷却水管中水流与混凝土之间的相互对流热交换机制,真实反映冷却水管附近温度梯度,对冷却水管在仓面上采用不同的布置方式时混凝土内部的温度和应力分布进行详细计算分析.结果表明:相比传统的水管埋设布置方式,采用冷却水管双循环的布置方式更能充分发挥水管冷却作用,且能有效改善混凝土内部的温度和应力分布,降低混凝土内部的温度梯度,对大体积混凝土温控防裂有较为积极的意义.     

基于大涡模拟的液滴蒸发液相传热过程

建立了燃油液滴蒸发瞬态气液两相流大涡模拟流体体积(VOF)模型,综合考虑了气液两相流流场,气液相界面的温度梯度和浓度梯度等因素,研究了气液相温度梯度和雷诺数对液滴液相传热的影响.研究结果表明:随着温度梯度的增大,液滴温度显著提高,温度梯度越大,液滴温度增加幅度越大;雷诺数不仅能够影响液滴周围流场的分布,而且还引起液滴内部温度场分布的变化;随着雷诺数的增大,液滴内部加热区域逐渐均匀,雷诺数越大,液滴的温度越高.     

变节点边界单元的原理和应用

边界单元法以其数据准备简单和计算精度高的特点越来越受到人们的重视.本文阐述了空间边界单元法3～8可变节点单元的原理和程序实施方法,并编制了相应的计算程序.3～8变节点单元是对4节点四边形单元进行修正或退化得到的,文中讨论了变节点单元奇异积分的处理方法,对于4～8节点四边形单元的奇异积分利用三角形子单元法采取了统一的处理方案;对于3节点三角形单元的奇异积分则采用直接引进退化变换的方法进行处理.最后通过若干简单算例对各种单元的精度和效率作了分析比较.