排架渡槽-水流固耦合体隔震分析

以排架渡槽为研究对象,建立3维渡槽-水流固耦合体计算模型,设置板式橡胶隔震支座,通过Mooney-Rivlin应变能密度函数模型模拟橡胶材料的本构,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体间的耦合动力作用问题,针对不同水深工况,计算分析渡槽-水流固耦合体自振频率以及在地震作用下的位移、应力和水体晃动波高。研究结果表明:渡槽横槽方向为结构刚度最小方向,隔震支座的设置降低了渡槽结构的刚度,延长结构的自振周期;在地震作用下,槽体与水体间的流固耦合作用使得槽身内壁两侧的应力较大;隔震支座的设置增大渡槽结构的位移响应以及槽内水体晃动的幅度,但有效降低渡槽各部位的应力响应,提高渡槽结构的抗震性能。     

考虑土-结构相互作用渡槽流固耦合体风振响应分析

以排架渡槽为研究对象,分别建立考虑土-结构相互作用(SSI)效应和不考虑土-结构相互作用(SSI)效应下的三维渡槽-水流固耦合体风振计算模型,通过自回归滑动平均(ARMA)模型模拟脉动风,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体的耦合相互作用问题,针对不同水深工况,分别计算分析渡槽流固耦合体系在风荷载随机动力作用下的动力响应。研究结果表明:考虑SSI效应使得渡槽结构横槽向抗风刚度降低,导致结构风振位移响应增大;渡槽结构各部位最大主应力随槽内水深增大而增大,考虑SSI效应渡槽结构主应力稍大于不考虑SSI效应渡槽结构主应力;在脉动风荷载作用下,水深是决定渡槽倾覆力矩和动水压力的控制因素,土-结构作用的影响较小。     

南水北调工程洺河渡槽耦合动力分析

在合理模拟临跨的静态荷载以及质量影响的基础上.采用三维有限元对南水北调工程洺河大型渡槽典型槽段单跨渡槽进行结构地震动力分析.对于影响渡槽结构动力响应的盆式支座、槽内水体与结构的流固耦合作用以及桩基-土体的动力相互作用,参照相关规范的原则和相关研究成果,在尽可能反映其实际影响和合理简化的基础上进行模拟,研究了结构自振特性、结构各部位的动力位移、应力以及内力响应.计算结果表明:采用不同水体模拟方法和不同计算分析方法得到的动力响应规律是一致的,动力响应值比较接近.     

南水北调工程氵名河渡槽耦合动力分析

在合理模拟临跨的静态荷载以及质量影响的基础上,采用三维有限元对南水北调工程氵名河大型渡槽典型槽段单跨渡槽进行结构地震动力分析.对于影响渡槽结构动力响应的盆式支座、槽内水体与结构的流固耦合作用以及桩基-土体的动力相互作用,参照相关规范的原则和相关研究成果,在尽可能反映其实际影响和合理简化的基础上进行模拟,研究了结构自振特性、结构各部位的动力位移、应力以及内力响应.计算结果表明:采用不同水体模拟方法和不同计算分析方法得到的动力响应规律是一致的,动力响应值比较接近.     

南水北调工程洛河渡槽耦合动力分析

在合理模拟临跨的静态荷载以及质量影响的基础上，采用三维有限元对南水北调工程沼河大型渡槽典型槽段单跨渡槽进行结构地震动力分析，对于影响渡槽结构动力响应的盆式支座、槽内水体与结构的流固耦合作用以及桩基-土体的动力相互作用，参照相关规范的原则和相关研究成果，在尽可能反映其实际影响和合理简化的基础上进行模拟，研究了结构自振特性、结构各部位的动力位移、应力以及内力响应。计算结果表明：采用不同水体模拟方法和不同计算分析方法得到的动力响应规律是一致的，动力响应值比较接近。     

基于FSI效应AP1000屏蔽厂房重力水箱的模态分析

为了研究AP1000屏蔽厂房PCS重力水箱中考虑水体与结构相互作用时水箱结构固有特性,基于液固耦合理论分析方法,首先针对重力水箱特殊的结构形式分别建立不同水位高度下的理论分析模型和FEM数值模型,对比分析不同方法同水位高度下PCS重力水箱中水的晃动频率的差异性,然后对不同水位高度下水箱中水体的晃动模态进行分析,最后对水箱耦合系统结构振动模态变化进行探究。研究结果得出:等效圆柱水箱和等效环形水箱计算得到的晃动频率相差不大,且FEM法得到的水的晃动频率比理论方法小;水晃动频率随着水位升高而增大,结构的振动频率则相反。     

矩形渡槽流固耦合体系风致的动力性能

以排架矩形渡槽为研究对象,建立三维渡槽水流固耦合计算模型,通过自回归滑动平均(ARMA)模型模拟脉动风,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体的耦合相互作用问题,针对不同水深工况、不同渡槽截面高宽比,计算分析渡槽流固耦合体系在风荷载随机动力作用下的横向位移、倾覆力矩及动水压力.研究结果表明:不同高宽比的渡槽随着槽内水深的变化,其流固耦合体系风致动力性能的变化规律性相近;在等流量水深工况下,截面高宽比的变化对渡槽结构的振动和稳定性有显著影响,在渡槽抗风设计中应予以重视.     

结构与水体的耦合作用问题

本文讨论结构与水体系统耦合问题的实用解法。第一部分,介绍有限单元法的应用,包括耦合离散方程组的建立及其解耦技术。第二部分,采用伽略金——加权余量法求得耦合问题的近似解析解答。最后,通过算例说明了结构与水体的相互作用效应与水的压缩性的影响。     

时变条件下滑动轴承系统的多物理场耦合分析

针对传统非耦合分析方法无法研究轴颈、油膜与轴瓦之间的相互作用以及普通流-固耦合方法无法真实反应轴承运转工况的问题,提出了一种融合计算流体动力学、流-固耦合和热流耦合的瞬态分析方法,分析了时变条件下轴承系统速度、压力和温度的多物理场耦合,并分析了空化现象的影响,精确计算了恒定载荷下的偏心率和温升场,以及从启动到稳定过程的轴心轨迹.同时,分别考虑腔结构、轴颈转速和载荷对油膜压力、偏心率、温升和气穴的影响,并将计算结果与相关文献的实验结果进行比较.结果表明:所得计算结果与实验结果较吻合;轴承的轴心轨迹呈螺旋形;油腔数目对轴心轨迹、气穴和温升的影响很大.     

激光烧蚀靶材蒸发波模型的气体动力学与冲量耦合系数计算

本论文在Krokhin蒸发波模型气体动力学方程组的基础上,考虑了固体靶的熔解热以及沉积在液体层中的能量,通过迭带计算求解了激光烧蚀Al、Cu、Si、Ge样品材料时蒸发波的温度、压强、出射速度以及密度等气体动力学参量;利用改进的Pirri模型,计算了短脉冲激光与靶材料相互作用过程中的冲量耦合系数,讨论了样品尺寸以及光斑大小对于冲量耦合系数的影响.     

Numerical Simulation of the Slit-Trap Dam Based on Fluid-Structure Interaction

Debris flow can cause serious damage,and it is a part of the study of fluid-structure interaction(FSI).FSI analysis was established on the interaction between unsteady flow and the slit-trap dam's vibration,with a coupling bench which can transfer fluid pressure and structure displacement.Debris flow can be seen as the Bingham body of incompressible.Based on ANSYS and CFX softwares,unidirectional and bidirectional coupling methods were used to study the transient interaction between debris flow and dam.The comparison between lateral fluid pressure states under different velocities and the equivalent stresses of the dam under different coupling conditions was made.The result shows that fluid-structure coupling becomes stronger with the increase of flow velocity.The maximum equivalent stress appears at the dam foundation,while the minimum equivalent stress appears at the dam abutment.With the increase of height,the fluid pressure decreases.The fluid pressure based on unidirectional FSI analysis is larger than that based on bidirectional FSI analysis and the maximum appears on the joint of the dam foundation and channel.The maximum equivalent stress of the dam based on the former is less than that based on the latter.     

小湾拱坝的地震反应分析

在对小湾拱坝的三维系统进行地震分析中,考虑坝体与库水的耦合作用,分别采用线弹性模型及非线性模型进行计算,得到了系统的自振特性及动力反应结果。结果表明,坝水耦合作用提高了坝的整体质量,降低了自振频率;伸缩横缝削弱了拱坝的整体刚度,对拱坝地震反应产生较强的非线性影响。     

混凝土面板堆石坝与库水动力相互作用研究

推导了时域内求解压缩性库水与面板堆石坝相互作用的计算公式,研究了不同动力压力模型对坝水系统自振频率及实测地震作用下坝体动力反应的影响。结果表明,动力压力模型对系统频率的影响不大;坝体动力反应,威氏公式与不可压缩库水模型接近,可压缩库水模型与不考虑动力压力情况接近,地震所激起的动力压力不同模型虽有差别,但数值较小,面板堆石坝的动力分析建议采用可压缩水体动力压力模型。     

多场耦合下大体积混凝土初次蓄水的温度应力问题研究

在大体积混凝土坝初次蓄水时,温度较低的库水必然会对坝体温度场产生较明显的影响,从而影响坝体的变形,甚至产生温度裂缝.为分析大体积混凝土初次蓄水的温度应力,本文将混凝土类多孔介质视为连续介质,综合运用水力学、热学和固体力学等基本理论,根据动量守恒、质量守恒和能量守恒方程建立了以位移、孔隙水压力、孔隙气压力、温度和孔隙率为未知量的多场耦合数学模型,在此基础上编制了有限元计算程序,并对大体积碾压混凝土块的渗流场、温度场和应力场进行了耦合分析,结果表明,考虑耦合后块体温降幅度及温度大主应力均较不考虑耦合条件下大.     

水砂混相流运动的CIP-DEM耦合数值模型

为建立精确模拟水砂混合流(如:挟砂溃坝溢流)问题的数值计算方法,提出了模拟固液混相流运动的垂向二维CIPDEM法耦合数值计算模型。模型采用CIP(constrained interpolation profile scheme)法求解描述水体运动的Navier-Stokes流体运动方程,采用DEM(discrete element method)法求解描述泥沙粒子团运动的牛顿力学方程;并通过水砂间的相互作用关系将水-砂运动进行耦合。通过分别对溃坝溢流和砂体下落的单相体运动进行数值模拟并与前人的实验结果进行对比,验证了CIP法流体计算模型和DEM法砂体计算模型妥当。在此基础上,采用所建立的CIP-DEM水砂耦合数值计算模型对干床面上的挟砂溃坝溢流问题进行了数值模拟,计算得出的挟砂溃坝溢流中的水、砂运动形态和运动过程与Zhang(2009)等的实验结果吻合良好,表明提出的CIP-DEM耦合模型在对具有大自由表面变形的水砂运动问题的模拟中具有较好的适用性。     

轴流式叶片的流固耦合振动特性分析

采用流固耦合技术，求解流体与固体的耦合方程，对轴流式叶片进行了振动特性分析，分别计算了叶片在空气中和水中的固有频率；并比较了轴流式叶片在空气中与水中固有频率的变化，分析了叶片在水中的振型。结果表明，叶片在水中的各阶固有频率较其在空气中均有所降低，且其降低程度具有非线性的特点。通过对轴流式叶片在水中八阶模态图的分析，表明了轴流式叶片外部靠近出水边的地方较为敏感。     

不同类型拦挡坝拦蓄特征试验研究

由于陇南泥石流灾害破坏性强,拦挡坝拦蓄性能不清晰,因此本实验通过无泄水涵洞拦挡坝、有泄水涵洞拦挡坝及不设拦挡坝的对比试验,模拟了泥石流发生后坝体的拦蓄性能和流体特征。文章通过试验获取了坝后淤积物体积函数模型,并讨论了拦挡坝振动加速度、冲击力和槽底不同位置处含水率变化情况。结果表明：加拦挡坝减弱了泥石流对试验槽壁和槽底的陶蚀振动,无泄水涵洞拦挡坝因坝体封闭,短期内淤积了大量泥石流,导致其对试验槽的振动小、流通间隙短,对坝前的冲击力整体减弱,水石分离变差;有泄水涵洞拦挡坝因涵洞的汇流、疏通作用,导致其对试验槽振动较大、流通间隙较长,其坝后淤积量为无泄水涵洞拦挡坝的1/3,且因涵洞的分流作用,使其对坝前冲击力整体增大。分析含水率数据得出,淤积区和未淤积区的分界处,其含水率较其他部位低。基于上述单拦挡坝的性质,再加之陇南多数拦挡坝已淤满,因此,文中构绘了多坡度新型拦挡坝,其主要特征为,在坝体的背面设置了不同坡度的冲击面,其很好地减弱了泥石流的冲击力,多坡度面分别为跌水区、缓坡区、大角区。     

调谐液体阻尼器减震机制的数值研究

本文通过对固体模型,势流体模型以及流构耦合模型的建立以及计算,研究了调谐液体阻尼器的减震机制。首先对固体模型和势流体模型进行了静态分析和频域分析。在基础分析完成后对两者有机结合的流构耦合模型进行了隐式动力学计算与分析。计算得到了顶部有水箱和无水箱的建筑物在特定的水平振动荷载作用下,顶部的位移时程变化情况。计算表明:按照建筑物自振频率设计的水箱可以有效减小建筑物顶部的位移。     

矶头水电站大坝的地震反应分析

采用坝－水－地基系统动力耦合的边界单元法，计算在基底地震加速度情况下的矶头水电站大坝的地震反应．对坝体系统的动力特性、坝面动水压力、坝顶动力放大系数进行分析和计算，并对大坝的动力稳定性进行校核．     

透水性对丁坝周围能量变化的影响试验研究

丁坝是航道整治常用的整治建筑物之一,实际工程中其多由块石抛筑而成并具有一定的透水性.通过水槽概化模型试验和理论分析相结合的方法,研究了不同空隙尺寸和不同空隙率条件对坝身段、坝头前端和主流带区能量变化的影响,结果表明:透水丁坝在坝身段空隙尺寸越小,水流通过损耗位能越少;坝头前端动能与空隙尺寸成反比,与空隙率成正比;主流带区,空隙尺寸和空隙率的变化对位能影响不明显,对动能影响明显.研究成果对于深刻认识实际丁坝工程失稳机理具有重要意义,并可为丁坝设计和修复提供技术支撑.