流固耦合作用下大型地下厂房围岩稳定性分析

为分析降雨和地下水形成的渗流场与应力场的耦合作用,对某大型地下厂房洞室群围岩稳定的影响,根据流固耦合理论,利用二维和三维有限元对地下厂房开挖施工进行数值模拟分析。该厂房最大的特点就是复杂的地质环境,断面形状和尺度庞杂,最主要是有F77大断层横穿主厂房,且遭遇降雨入渗等影响厂房围岩稳定性的恶劣工程环境。因此,基于厂房开挖支护的数值仿真过程,通过是否考虑应力场或渗流场的影响等不同工况进行对比计算分析。依据计算的洞室内渗流量、围岩应力场、变形场以及塑性区分布等结果表明,主厂房和主变室边墙部位以及洞室拐角处需加强支护,且主厂房大断层处在施工过程中需要及时排水与加固处理。耦合作用下,围岩应力和位移均不同程度地增大、塑性区分布范围加深。因此,考虑应力场和渗流场的耦合作用是合理的,并且适时对地下厂房进行防渗和排水是十分必要的。     

考虑流固耦合作用的气膜建筑力学性能分析

本文以气承式半圆柱形气膜结构为研究对象,通过数值计算分析的手段,研究了气膜结构在风场流固耦合作用下的影响。其中,选用基于雷诺平均法的RNG k-ε 两方程涡粘模型进行风场模拟,采用弱流固耦合分析方法模拟流固耦合风荷载效应。根据0°和30°两种风向角度,在风荷载对结构的静力工况和考虑流固耦合作用工况下,讨论研究对象处于12m/s、15m/s、18m/s不同外界风速及200Pa、230Pa、260Pa不同空气内压条件下的应力值和位移值,分析气膜结构的流固耦合效应的作用机制和影响系数。结果表明,考虑流固耦合时,气膜的位移和应力最大值要高于静力工况,得到结构流固耦合作用相比于静力工况对气膜位移、应力数值的放大系数;且流固耦合作用对气膜位移的影响系数均随内压和风速呈负相关性,而0°风向角时,应力影响系数随气膜内压与风速呈正相关性,30°风向角时,与之相反。     

应力敏感油藏压裂井产量动态规律研究

基于广义达西定律及流固耦合理论建立了渗透率各向异性疏松砂岩脱砂压裂人工裂缝-油藏系统流固耦合模型,模拟分析了压裂造缝及降压生产流固耦合作用对储层应力、孔渗特性及生产动态的影响．研究表明：脱砂压裂造缝对储层物性影响主要体现在近井眼10m以内,且造缝宽度越大影响越显著,远离井眼及人工裂缝后,储层物性变化明显放缓;开井初期,储层孔渗参数变化显著,随生产时间增加,储层孔渗参数趋于稳定,仅随空间位置而变化;在压裂造缝及降压生产流固耦合作用综合影响下,近裂缝储层弹性模量显著增加,储层孔渗参数显著降低,压裂井产量明显低于常规渗流模型预测结果．对应力敏感性较强储层进行生产动态分析时,必须充分考虑流固耦合作用影响．     

TBM空间管道动态特性分析

针对硬岩掘进机(TBM)工作过程中产生的强振动会改变空间管道动态特性的问题,基于流固耦合理论和有限元方法建立基础振动下空间管道的双向流固耦合仿真模型,并通过实验验证仿真模型的正确性。对有无基础振动下空间管道的动态特性进行对比分析;研究不同振动参数和结构参数对空间管道动态特性的影响规律。研究结果表明:随着基础振动频率增大,管道最大应力和出口压力波动幅值先增大后减小;随着基础振动幅值增大,管道最大应力和出口压力波动幅值均增大;随着管道曲率半径和中间直管长度增大,管道最大应力逐渐增大;随着管道内径增大,管道最大应力逐渐减小。     

小型水电站厂房主机间底板温控方案研究

利用数值仿真方法,对某小型水电站厂房主机间底板的结构分缝形式（包括一机一缝、两机一缝、三机一缝和三机一缝设后浇带等结构形式）、过水状态、不同基础类型、浇筑计划、底板混凝土的设计龄期等进行了系统研究,在小型水电站建设的特定情况下,对影响厂房间底板混凝土的最高温度和水平约束应力进行了影响因素分析,并根据建设实际,提出了相应的温控方案,该温控方案对小型水电站建设中的底板设计与施工具有一定的参考意义．     

纤维—混凝土复合管的流固耦合振动模态分析

为研究玻璃纤维-混凝土复合管的振动特性，分析了该管的结构，建立了流固耦合仿真模型，形成了该管的单向流固耦合分析方法，继而对该管进行了谐响应分析.结果表明，该管道在流固耦合状态下，形变大于自由状态时的形变，固有频率会有所降低，管道因振动产生破坏的可能性大幅提升；而谐响应分析结果更清晰地证明了管道在低阶振动模态容易发生破坏.     

考虑流固耦合作用的承船厢结构自振特性分析

升船机承船厢在工作时,为避免发生流激振动现象,需探究水体流动性对系统自振特性的影响,通过应用三种不同方法考虑厢内水体与船厢结构的流固耦合作用,进行多种模型下承船厢自振特性的对比分析,了解承船厢结构在考虑流固耦合作用下动力特性的变化规律.结果表明:承船厢结构低阶振型对应的自振频率与水流脉动频率均有重合,在船舶进出船厢前的充泄水流的激励下有可能引发结构的整体振动.此结果可为承船厢结构的自振特性分析提供参考.     

三峡水电站主厂房振动分析

在三峡水电站水轮机模型试验中，发现存在一个特殊压力脉动区，压力脉动幅值超过标书的规定，可能会对厂房振动产生不利影响。为此进行了主厂房整体模型的振动分析数值模拟，研究了主厂房的固有振动特性并进行共振复核；研究了机墩结构在各种动力载荷作用下的振幅和应力；利用动力法计算厂房在水力激励作用下的振动反应，根据国内外有关振动规程，对振动加以评价，为厂房动力设计和运行控制提供科学依据。     

软土地铁结构非线性地震反应分析

基于天津典型粉质黏土层条件,建立两层双柱三跨地铁车站与隧道三维有限元模型,从地下结构的变形、损伤和应力方面研究其在不同地震波作用下的非线性地震反应.分析了地连墙及回填土密实度对车站结构地震反应的影响.结果表明,在地震作用下,结构的变形沿高度方向增加;地铁车站中柱顶、底受到交替的动拉压应力,且出现较大的拉伸损伤,是抗震薄弱构件.此外,地震波频谱特性对结构的地震反应有很大影响,天津波和人工波作用下结构的地震反应远大于El-Centro波作用下的地震反应.地连墙和回填土会改变地下结构周围介质的物理性质,从而影响到结构的地震反应,在通常的地下结构抗震分析中不考虑地连墙的存在会高估地震对结构的影响;为减轻结构震害,地铁施工时应保证回填土的密实度.     

海上风机结构振动监测试验与特性分析

以某海上风电试验样机为研究对象,基于现场原型观测获取整体风机结构在停机、正常运行、开(停)机及台风工况下的振动响应数据,系统地分析海上风机结构在不同运行状态下的振动响应时频域特性与变化规律,探讨影响海上风机结构振动的关键因素及其对风机振动安全性的影响规律.结果表明:在风机处于停机状态下,结构振动随环境风速的增加而显著增大;而运行状态时,叶轮转速对结构振动影响效应明显,对振动变化起到主导作用.海上风机在开(停)机过渡过程中振动显著大于正常运行状态,台风期风机在额定转速运行时的振动超过实测最大风速时停机工况的响应.塔筒顶部与基础顶部振动响应同步性说明整体风机具有很好的变形协调性.     

不中断交通下连续箱梁桥拼接缝浇筑方式分析

为了探究不中断交通条件下连续箱梁桥拼宽关键技术,本文依托机荷高速改扩建工程,通过现场桥梁的车桥耦合振动测试,得到某连续箱梁桥的最大振动频率为5.62 Hz,最大振动速度为18 mm?s-1。考虑现场车流量的随机性,以安全的原则共设置两种车辆振动环境（5 Hz,25 mm?s-1和10 Hz,50 mm?s-1）,并在实验室中测定了不同龄期抗扰动纤维增强混凝土（Fiber Reinforced Cementitious-composite material 50,FRCM50）的弹性模量和抗拉强度。结合现有的施工工艺和新型接缝材料的特点,提出微差浇筑施工工艺。然后,分别分析了采用一次浇筑、分段浇筑和微差浇筑施工工艺时拼宽连续箱梁的受力特点、接缝时变应力、交通组织模式以及经济性,结果表明微差浇筑工艺具有受力合理、施工机械少、经济性好等优点,可指导实际工程施工,具有良好的应用性。     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合振动分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了单、双向流固耦合振动分析,并将单、双向流固耦合进行了对比分析,同时考虑了立管支承方式、流体边界条件对立管振动的影响,最后提出了立管减振措施。结果表明:立管变形最大处发生在立管中间处,最大应力发生在立管的入口和出口处附件的上下部;双向耦合作用下立管最大等效应力和最大变形量均小于单向耦合;随着立管约束数量的增加,立管的变形量和等效应力变小;随气相速度增大时,立管位移减小,相反,随液相流速的增加,立管位移增大,随截面含气率的减小,立管位移增大。分析结果对海洋立管的优化设计和运行的可靠性提供了重要的理论意义。     

流固耦合对脱硫塔结构简化模型的动力反应分析

为研究流固耦合对脱硫塔结构简化模型动力反应的影响,采用有限元程序(Adina)模拟脱硫塔结构简化模型在地震作用下的流固耦合效应.首先对脱硫塔结构进行合理简化,在不同液位下进行了脱硫塔结构的模态分析,研究了塔内液位高度对脱硫塔结构的频率和振型的影响;其次,通过对脱硫塔结构进行地震波加载,研究了塔内液位高度、地震波输入角度和加速度峰值对脱硫塔结构的位移和加速度的影响,并与试验结果进行比较.结果表明,脱硫塔结构的频率会随着液位增高而减小,塔内液位高度、地震波加载方向及加速度峰值对脱硫塔结构加速度的影响比较大,而对其位移影响不大.     

套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统横向振动特性分析

振动固井工程中利用激振器对套管柱进行激励使其达到共振效果,以此来提高固井质量,这就需要对套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统进行模态和振动特性分析。针对这一问题,建立了套管柱-钻井液-水泥浆流固耦合模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench进行模态分析和振动响应分析,采用单因素分析法对其固有频率影响因素进行仿真分析。结果表明,套管柱在流固耦合状态下各阶固有频率低于无耦合时的情况,相同阶数下,模态振型基本相似;耦合系统横向振动频率随长度的增加而减小,随钻井液密度和水泥浆密度的变化较小,随温度的升高而降低;在较大激振力下,底端振幅较大。实际固井作业中,可以发挥大激振力和低频组合方式产生的共振效果,来提高固井质量。     

龙滩水电站地下洞室群围岩变形与稳定性的二维弹塑性分析

龙滩水电站是红水河陡倾角层状结构岩体;两者的耦合作用,使洞室群围岩的稳定性,特别是主厂房与调压井的高边墙、洞室交叉口部位的变形稳定性尤显复杂,倍受关注.本文通过对龙滩工程厂房区地质调查,结合洞群结构分析,建立了工程地质概化模型,采用二维弹塑性有限元对地下厂房洞室群的施工开挖进行模拟,对比分析了多种不同条件下的洞室群开挖变形、应力以及屈服区的分布特征,获得了一些有益于指导施工的结果.     

基于Workbench的流固耦合作用下三通管振动特性分析

使用ANSYS Workbench软件,对流固耦合作用下的三通管振动特性进行分析。首先应用Solidworks和ANSYS Workbench对结构进行几何建模,再利用CFX模块对流场进行计算,将得出的结果以荷载的形式导入Workbench进行流固耦合状态下的模态分析。计算研究三通管在双进单出和单进双出情况下的入水口流速、入水口压强和管壁厚度对固有频率的影响。结果表明,双进单出三通管的固有频率比单进双出三通管的固有频率略大,两种不同流体流动方式三通管的前六阶振型都主要是整体梁变形;管道的固有频率会随着入水口压强和流速的增加而增加;随着壁厚的增加,前三阶固有频率有所降低,第4～6阶固有频率则先升后降;在入水口压强、入水口流速和壁厚等条件相同的情况下,双进单出三通管的固有频率比单进双出三通管的固有频率略大。     

轴对称充水壳体流固耦合振动非对称方程的对称化

本文将轴对称壳体位移及壳内流体动水压力表示成半解析形式,由拉格朗日方程及加权余量法,得到壳体及内流体动力相互作用的流固耦合对称运动方程.最后给出了将非对称流固耦合运动方程化为对称形式的方法.     

高速公路中央墩大悬臂盖梁支架施工监控

高速公路中央墩大悬臂盖梁由于外伸悬臂长、混凝土浇筑体积大,使得盖梁支架在混凝土浇筑过程中往往存在强度不够、位移过大与稳定性不足等问题,因此大悬臂盖梁支架的设计和施工过程的监控成为了高速公路建设过程中十分重要的环节。本文针对某高速公路中央墩大悬臂盖梁施工项目,设计了完整、有效的盖梁施工质量和施工安全监控方案。建立了盖梁支架有限元模型,模拟了混凝土浇筑的施工过程,针对施工过程中的关键工况对盖梁支架的强度、位移和稳定性进行了全面评估。计算结果表明,主梁和斜拉钢带联接器均存在局部应力超限区域,进而采用长度1.5m、厚度20mm钢板对主梁上下翼板贴板进行了局部加强,在联接器上加入直径0.13m的垫片或增大螺母直径至0.13m减少局部应力集中。在盖梁浇筑施工过程中,对盖梁支架危险截面应力进行实时采集与监控,并基于数字图像相关法（Digital image correlation,DIC）技术对盖梁支架关键点的位移进行了实时监测,保证了施工的安全和质量。该施工监控的方案设计与实施对中央墩大悬臂盖梁施工具有一定的参考意义。     

腹板式航天器结构减振降噪的优化设计研究

针对腹板式航天器在轨运行过程中的结构减振降噪问题,利用FEM/IBEM法,提出了一种基于模态贡献度对流固耦合系统进行减振降噪的结构优化设计方法。先采用分块兰索斯法求解结构前20阶自由模态,获得固有振型。再利用间接边界元法,对姿控发动机激励下的整体结构进行模态贡献度分析,确定了对某灵敏仪器所处位置声学贡献最大的面板,以该面板为优化设计对象,一阶固有频率最大化为目标函数进行频率响应拓扑优化和形貌优化。优化结果表明,耦合系统在姿控发动机激励下,敏感仪器所处位置的峰值声压最大下降了21.27dB,总体质量减轻了6.83kg,获得了比较理想的减振降噪效果。