洪水作用下车辆稳定性试验与安全标准研究

对洪水作用下车辆失稳时的受力情况进行分析,推导出车辆失稳临界条件方程,并结合三款不同型号1:18的车辆模型渡槽试验,确定方程中拖曳力系数、摩擦力系数、淹没深度与排开水质量关系。根据流动相似原理计算原型车辆失稳的临界水深-流速关系,并以此提出了车辆部分淹没时“大中小”车型的多层次安全标准。研究结果表明：随着水流流速增大,失稳临界水深变小,且流速-水深曲线“凹凸性”发生变化;随着车辆部分淹没水深增加,不同来流情况的临界流速逐渐趋近;同款车型在相同的水深条件下,侧向来流比正向来流更容易失稳;三车并列时稳定性介于侧向来流和正向来流之间;路面坡度越大,车辆越容易失稳;质量越大车辆,稳定性越好。     

分布随从力作用下黏弹性悬臂输流管道的稳定性分析

对在流动流体和分布随从力共同作用下的黏弹性输流管道,以Kelvin黏弹性模型和Euler梁模型为基础建立输流管道的运动微分方程,然后采用Galerkin方法对其离散化。通过特征值分析,研究分布随从力、质量比、黏弹性系数对系统失稳临界流速的影响。运用复频率随流速变化的曲线,分析不同的参数作用下系统的振动特性和稳定性。结果表明:分布随从力越大,系统失稳的临界流速越小;随着质量比的增大,临界流速会增大;黏弹性系数增大时,临界流速也会略微增大;悬臂输流管道的失稳方式主要为颤振失稳。     

悬臂输流管道在端部随从力作用下的稳定性

对在端部随从力和流体流动共同作用下的输流管道,以欧拉伯努利梁为基础建立管道的运动微分方程,并以梁的振型函数为试函数,采用伽辽金方法对方程进行离散.通过对特征值分析,研究了不同参数对悬臂输流管道振动与稳定性的影响以及无量纲复频率与系统失稳临界流速的关系.结果表明:端部随从力的变化对系统失稳临界流速有很大的影响;系统的失稳方式和临界流速的大小有关;系统的失稳方式主要以发散失稳和单模态颤振失稳为主.     

柔性淹没植被对生态河道洪水波影响研究

为了研究生态河道中的植被对河道水流产生的阻力问题,分析了糙率与平均流速、水深、植被密度之间的关系,总结出柔性淹没植被情况下的糙率公式,并通过数值计算求解一维圣维南方程,从流量、水位、流速三个方面来分析柔性植被对洪水波传播的影响.研究结果表明:植被的存在虽然会增大河床糙率,但当水位和流速增大时,植被对糙率的影响会降低;从糙率对洪水波影响来看,若糙率越大,则流量、流速越小,水位越高.     

功能梯度悬臂输流微管的自由振动分析

为了研究功能梯度悬臂输流微管的振动特性,以修正偶应力理论为基础,采用Euler-Bernoulli梁模型,应用Hamilton原理建立功能梯度悬臂输流微管横向振动方程和边界条件。通过Galerkin法对高阶偏微分方程进行降阶,将其离散化为常微分方程,运用Matlab软件进行数值求解。结果表明:随着功能梯度材料幂律指数的增大,输流微管颤振失稳的临界速度降低,系统稳定区域减小;无量纲尺度参数越小,颤振失稳临界速度越大,系统稳定区域越大;随着质量比的增大,颤振失稳临界速度增大,系统稳定区域增大。     

空间结构的气动稳定性分析

空间网壳及索膜结构由于外观形状复杂，结构的振动也不是以单一振型为主，因此传统的节段模型气动稳定性判别式不再适用，根据大跨空间结构的特点，考虑弛振临界风速与相应来流攻角的关系，并同时考虑了侧向气动力以及侧向气动力与竖向气动力的相互作用，推导了采用体型系数而不是升力系数和阻力系数表示的临界风速判别式，通过算例结果分析表明，如果忽略来流攻角和侧向气动力，对大跨空间结构的驰振临界风速有较大的影响。     

长江浦口段江滩复绿对河道行洪能力的影响

为分析长江浦口段江滩复绿工程对河道行洪的影响,基于MIKE21 FM建立工程区段二维水动力模型,采用Moghadam淹没植被明渠糙率公式模拟植被阻水作用,研究植被对滩面糙率的改变及对行洪阻力的影响。选取水位和流速为观测指标,分析复绿前后滩地、主槽水面线变化和流速分布变化,研究不同流量条件下,植被带对行洪影响能力的影响。结果表明,江滩复绿后,河段上游水位壅高,滩地流速减小,主槽流速增大;滩面淹没水深小于临界水深（1.3m）时,上游壅高随流量增大而增大;滩面淹没水深大于临界水深时,上游壅高随流量增大而减小。     

GDQR求解切向力下复杂弹性支承梁的稳定性

针对具有复杂弹性支承条件下的欧拉梁,建立其在切向力作用下的运动微分方程.采用广义微分求积法(GDQR)对微分方程在空间上进行离散,获得由动力方程组及边界条件组成的特征值矩阵方程,通过求解特征值矩阵方程来分析梁的稳定性.由计算结果可以发现:剪切系数对临界载荷的影响与梁两端4个支撑弹簧的刚度组合关系密切,当两端各有一个弹簧刚度取无穷大时,剪切系数对临界载荷大小没有影响;随着剪切系数的变化,一端固支、一端弹性支承梁的失稳形式会发生突变.     

纵向磁场中载流单层碳纳米管的振动与失稳

以非局部弹性理论为基础,采用Euler-Bernoulli梁模型,并考虑纳米管管形区域内滑移边界条件以及小尺度效应,研究了纵向磁场中单层载流碳纳米管的振动与失稳问题。根据哈密顿原理获得碳纳米管的横向振动方程和边界条件。应用微分变换法(DTM)对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算分析磁场强度、小尺度参数和Knudsen数对单层载流碳纳米管振动频率和稳定性的影响。结果表明,小尺度参数和Knudsen数越大,系统基频及临界流速就越低,系统的稳定区域也越小;纵向磁场强度增加到一定程度后,磁场作用将明显提高系统的基频及临界流速,也即增大了系统的稳定区域。     

气弹耦合作用下平板的稳定性

为了探讨气弹耦合作用下二维平板中存在的稳定性问题及失稳参数域,针对一侧来流二维平板模型,运用正规形理论和中心流形方法简化方程,分析预载荷和气压强与系统失稳关系,并研究系统在退化点附近具有余维三时的分岔及稳定性,给出二维板系统具有静止、颤振等运动形态的参数条件。结果表明：系统在具有两个零特征值的退化点附近,局部范围内会出现极限环和不稳定结点;系统具有零特征值失稳时,预载荷和气压强系数的取值范围为-2．0--1．5和60～100,预载荷与气压强在此类失稳情况下成正比关系。该研究对于工程预防失稳、保障结构安全具有一定参考价值。     

计及支座柔性的双拉杆起重臂平面外稳定性

针对双拉杆起重臂的平面外稳定性分析问题,提出了一种解析方法.该方法考虑拉杆固支点侧向柔性对臂架稳定性的影响,引入无量纲侧向刚度系数表征固支点对臂架牵索的侧向约束,由临界状态臂架变形微分方程导出臂架平面外失稳特征方程及其临界力,解析结果与ANSYS数值结果完全吻合.文中还进一步探讨了在固支点侧向刚度两种极限情况下以及双拉杆起重臂向单拉杆退化时失稳特征方程的表达形式,分析了固支点侧向刚度对臂架稳定性的影响.结果表明,适度增大吊臂固支点侧向刚度可显著提高起重臂的稳定承载能力,但刚度增大到一定程度时,固支点侧向刚度对臂架稳定性的影响趋于平稳.     

城门洞形及马蹄形过水隧洞的临界水流

针对水利工程上常用的城门洞形及马蹄形过水隧洞,利用临界流方程,给出了旨在用于临界流分析的断面参数Ｚ和水力指数Ｍ 的计算公式和表示水深与Ｚ以及Ｍ 之间的关系曲线。计算曲线表明,若隧洞的高宽相等,在水深比小于１．４ 时, Ｍ 值的变化范围很小,而当水深比达到１．９０时,两种隧洞具有近似的临界流特征。分析和计算还表明,圆顶隧洞在水深无限接近洞顶时不可能出现临界流状态,但洞内水位较高时,其临界流的波状水面可较早地引起封顶水流。所提供的公式和曲线可为隧洞的水力设计所参考。     

液罐车精确动力学建模及其侧倾稳定性

建立了常见罐体内液体侧向晃动的等效椭圆规钟摆模型,推导了罐体非惯性参照系下的钟摆动力学方程,并通过整车受力分析构建了液罐车精确动力学模型.基于此,在TruckSim中搭建了液罐车模型,研究其动力学响应特性.研究发现:与普通载货汽车相比,液罐车在侧向稳定性上有轻微的过多转向特性,其转弯半径下降约3%～7%;在侧倾稳定性上,罐车横向载荷转移率显著提高,充液比小于0.7时其临界稳定车速下降30%以上.参与冲击的液体质量占整车总质量的比值是影响罐车侧倾稳定性的关键因素,该值主要由充液比和罐体形状决定.罐车应尽量避免充液比0.4～0.7的情况,此时车辆的侧倾稳定性最差;当绝大多数情况下货物充液比不低于0.8时,车辆应装配长短轴之比较大的椭圆柱罐体,其他情况下应装配圆柱罐体.液体黏度主要对车辆的瞬态响应产生影响.液体黏度的提高能显著降低车辆稳态响应时间和超调量,且罐体长短轴之比越大,效果越显著.     

倾斜来流下圆管的稳定性及响应分析

换热器、海洋立管等管阵结构在高速流体的冲刷下,由于流体弹性不稳定性的影响,会发生剧烈振动,这种振动可能对结构产生破坏,而且振幅较大时,管阵中的圆管将发生碰撞,从而使系统带有强非线性。考虑以上情况,研究了管阵中圆管的振动现象,首先建立系统的运动偏微分方程,使用伽辽金法进行离散,然后采用数值方法求解系统响应。并研究了流速和倾斜角度对系统运动的影响。研究结果表明:随着倾斜角不断增大,系统临界流速逐渐增大,相较于轴向流来说,横向流对系统临界流速的影响更大;当倾斜角为60°时,随着流速不断增加,系统发生颤振失稳,依次出现极限环振动、周期1振荡、拟周期运动。相关的实际工程计算中,应当更多地考虑具有倾斜角的来流对系统运动的影响。     

水动力作用下泥沙对磷的吸附特征

为了研究水动力作用下泥沙对磷的吸附规律,在加长型环形水槽中进行不同流速、初始磷质量浓度及含沙量条件下泥沙对磷的吸附以及磷在水深方向的分布规律试验。结果表明,加长型环形水槽内试验段流速的垂向分布满足对数规律。溶解性活性磷酸盐质量浓度在水深方向非均匀分布,中部水深处磷质量浓度达到最大值。流速影响下的吸附规律取决于水相磷质量浓度:磷质量浓度较低时,流速越大对应的单位泥沙吸附量越小;磷质量浓度较高时,流速越大对应的吸附量就越大。泥沙质量浓度越小,初始磷质量浓度越大,单位质量泥沙对磷的吸附量越大。一阶、二阶动力学方程能够更好地表征淮河泥沙的吸附行为。伴随着泥沙沉降,水体磷质量浓度先增大、后降低,且在沉降0.25 h达到最大值。     

单、双层客车车辆在铁路桥梁上的横向气动力特性

基于二维不可压缩流假设,采用k-ε湍流模型,对横向风中不同来流攻角作用下的YZ22型车辆单体和双层客车车辆单体,以及前者在16m,后者在24m预应力混凝土"T”形简支梁桥上的多种工况模型绕流进行了数值模拟,分别得到YZ22型车辆和双层客车车辆在16m和24m预应力混凝土"T”形简支梁桥上气动三分力系数.研究结果表明在横向风作用下,YZ22型车辆和双层客车车辆的气动三分力系数与各自单独存在时的相比明显增大;计算YZ22型车辆和双层客车车辆在16m和24m预应力混凝土"T”形简支梁桥上所受的横向风荷载时,应重视铁路桥梁对其运行的影响;YZ22型车辆的横向气动稳定性优于双层客车车辆.     

板状梁结构流致振动及其稳定性

主要研究了受非线性支承的板状梁结构的流致振动问题.采用二维不可压缩粘性流体模型,建立了板状梁运动的偏微分方程,并应用Galerkin方法把此偏微分方程转化成了常微分方程;以流体流速作为变化参数,运用稳定性理论分析了平衡点附近定常解的稳定性问题;应用WATLAB软件对该方程进行了数值模拟,其结果与理论分析所求得的临界流速数值完全一致;最后分析了不同运动初值对临界流速时振动的影响.     

常切力盘状螺旋流特性的试验与研究

从实测的盘状螺旋流压力与流动角的变化规律出发,分析了螺旋流流动角与工作压力的关系;给出了流速场随旋流半径的分布情况;对压力与流动角、水流速度、螺旋流的旋转强度、摩阻流速、压差系数以及旋流泄泥器之间的相互关系进行了研究;利用Blassius公式计算了切应力;利用运动方程求解压应力并以实测值进行验证。研究表明:螺旋流中除工作压力及流量外,流动角是影响压差、压差系数的主要因素:缝隙高度越小,压差变化越大,对增加泄泥器的推移力越有利。     

硬岩矿柱纵向劈裂失稳的弱场控制

为了研究硬岩矿柱稳定性,运用弱场控制思想分析硬岩矿柱纵向劈裂失稳机理,结合传递矩阵法推导了考虑劈裂岩板间侧向作用力的矿柱临界荷载表达式。研究结果表明,硬岩矿柱劈裂形成的岩板长细比较大,其岩板不是通长(贯通矿柱两端)的,而是截断的,截断岩板厚度与高度取决于矿柱初始弱场的位置;考虑劈裂岩板间侧向作用力影响时,矿柱临界承载为矿柱抗压强度峰值的23%左右,不考虑岩板侧向力作用情况,而只从岩石峰值强度角度研究矿柱稳定性风险很大;在矿柱劈裂失稳研究中,应针对局部稳定性弱场的最薄弱岩板进行屈曲分析,并给出不同约束条件下断裂岩板的临界荷载表达式。     

溢流坝反弧水深的计算及反弧半径的选择

本文应用恒定急变流能量方程,对溢流坝反弧水流进行了分析。将水头损失等因素用综合参数(q/R(gE_0)~(1/2)来反映,并进一步简化后得到包涵流线曲率影响的反弧水深计算式。应用该式对乌江渡原型和文献[7]的模型计算结果能够与原型观测及模型试验相吻合。还提出了溢流坝反弧最低点水深突然上升、流速系数突然降低的判别式及流速系数最大时选择反弧半径的公式。