环境适应性试验中试件表面结露行为的CFD预测

针对环境仓内升温增湿过程,采用计算流体动力学(CFD)方法预测了试件的结露行为并加以试验验证.研究了被测试样的尺寸、材质对其表面结露行为的影响.测试结果表明,材料/构件的环境适应性试验中润湿时间存在明显的尺寸效应和材质效应,是该类试验中需要着重考虑的因素.通过优化建模,数值模拟结果与测试数据能够较好地吻合,表明可以利用数值模拟方法预测工程构件在环境适应性测试中的传热行为与结露规律.     

钢筋混凝土梁受弯破坏机理尺寸效应试验研究

针对尺寸效应特性对梁构件受弯破坏的影响机理,对不同截面尺寸简支梁相似试件开展单调加载试验,测试构件在不同加载阶段的承载力、挠度和截面应变等试验数据.按不同加载阶段分析其力学性能的影响因素,并阐述其破坏机理的尺寸效应.试验分析表明,混凝土材料抗压特性在受弯构件力学性能中表现为负面尺寸效应,这种负面尺寸效应对构件整体力学行为的影响并不显著.相比之下,内力臂和钢筋等因素对试件承载力和延性均产生显著的正面影响.随截面尺寸增大,受弯承载力和延性均呈增长趋势.根据试件在不同尺度上表现出的显著破坏特征和实测数据,推导相关计算参数随试件尺寸的关系,建立考虑尺寸效应的极限承载力计算方程.同时也验证了现有极限承载力计算理论的安全性.     

流动应力下降尺度效应的数值模拟

采用率相关晶体塑性本构关系及弹塑性大变形增量有限元方法,通过在晶粒尺寸相同条件下模拟不同尺寸微型铜圆柱体镦粗实验,对流动应力下降尺度效应现象进行了数值模拟研究,获得了与实验及表面层模型较为一致的结果.结果表明,随着坯料尺寸的减小,流动应力逐渐下降;晶体塑性理论能够解释并描述流动应力下降尺度效应现象,并在一定程度上对流动应力下降幅度做出预测.     

箍筋约束方形混凝土柱轴压强度尺寸效应律

箍筋约束混凝土柱轴压破坏名义强度存在尺寸效应,为了提高大尺寸箍筋约束方形混凝土名义轴压强度设计计算的合理性,研究了考虑尺寸效应的方形箍筋约束混凝土柱名义轴压强度的计算方法.考虑混凝土的非均质性,建立方形箍筋约束混凝土柱的三维细观数值模型,对其轴压作用下的破坏机制、失效模式和尺寸效应行为进行了分析.进而,凝练出了影响其轴压破坏尺寸效应的主导因素—箍筋的约束作用,即随箍筋约束作用增强,试件的名义轴压强度尺寸效应减弱.在经典的Ba6ant材料层次尺寸效应律的基础上,考虑箍筋约束作用的影响机制与规律,建立箍筋约束混凝土方柱构件层次的尺寸效应半理论-半经验公式.通过与模拟结果及已有试验数据的对比得知,所提出的尺寸效应公式能够很好地预测箍筋约束混凝土方柱的名义轴压强度.     

火灾下钢梁瞬态温度分布数值模拟及实验

结合真实火灾热环境的特点,建立火灾下钢梁构件的传热数学模型;利用有限容积法与全隐式差分格式对钢梁构件的温度响应行为进行数值模拟研究,并利用ISO9705标准火灾实验系统,在3.6 m×2.4 m×2.4 m (长×宽×高)实验间内对钢梁构件在壁面火(燃料是壁面厚度为15 mm的木工板)与油盘火(燃料是纯度为95%的乙醇)热环境作用下的温度响应过程进行实验验证.研究结果表明:自然火灾中,烟气含有大量炭颗粒,热烟气的辐射能力大大增强;钢梁构件的温升及温度分布主要由其表面的热烟气温度决定;火灾对钢构件的辐射传热项修正系数γ可取1.0;数值模拟结果与实验结果较吻合,所采用的数值模拟方法可用于钢构件的温度响应预测及力学行为的进一步研究.     

基于两相流EWF模型的样品表面相变行为及液膜变化的CFD预测

提出了一种利用两相流Eulerian Wall Film ( EWF)模型和自定义结露量公式相结合来预测样品表面相变行为及液膜变化的方法。首先利用自搭建环境实验箱开展结露物理实验,并分别基于两相流EWF模型与单相流模型进行仿真实验。结果表明,相对于单相流模型,EWF模型因考虑了相变过程而能够更加精确地模拟样品表面相变行为。然后通过自定义公式计算所得结露量与实测结露量的对比,验证了所提出结露量公式的正确性。最后在模拟与实测的温湿度曲线以及结露量吻合较好的前提下,模拟了样品表面液膜变化过程,过程中液膜呈现的形态与物理实验中原位摄像系统捕捉到的液膜形态初步吻合。     

流线型箱梁涡激共振响应模型尺寸效应

针对闭口流线型钢箱梁涡激共振响应风洞试验研究中存在的尺寸效应问题,依托广东南沙至中山高速公路洪奇门特大桥,采用风洞试验和计算流体动力学相结合的方法进行研究. 首先分析了两种几何缩尺比下闭口流线型箱梁节段模型风洞试验中涡激共振响应的差异;然后,采用流固耦合数值模拟方法计算了不同缩尺比闭口流线型箱梁断面涡振响应. 结果表明：闭口流线型钢箱梁涡激共振响应存在明显的模型尺寸效应,表现为常规比例（λL=1/60）主梁节段模型涡振振幅大于大比例（λL=1/30）主梁节段模型涡振振幅;二维数值模拟计算得到的涡激共振响应锁定风速区间、振幅与风洞试验结果吻合较好,验证了数值模拟方法的精度,同时也表明模型长宽比及试验阻塞率的差异不是闭口流线型箱梁涡激共振尺寸效应的主要影响因素;随着主梁断面模型缩尺比的增大,其涡激共振响应总体呈现下降趋势,且不同缩尺比下主梁断面静态绕流流场的涡脱频率分布存在显著差异.     

铰支构件受压试验中支座刚度对试验结果的影响分析

受压试验中常用铰支座来模拟理想铰接的边界条件,由于铰支座与构件刚度不同,导致实际试验为不等刚度杆件加载.本文旨在对比等刚度模型与两端不等刚度模型的极限承载力和变形.先从理论方面进行了初步分析与预测,然后用数值的方法进行求解,印证了理论分析的正确性.结果表明上下支座处的支座刚度对构件的整体稳定性力学性能没有明显影响.     

内埋型钢混凝土柱的收缩和徐变参数分析

基于有限元软件ANSYS对内埋型钢混凝土柱湿度场分布进行了数值模拟,考虑截面湿度分布采用纤维模型并结合B3预测模型计算构件收缩和徐变效应,对内埋型钢混凝土柱进行参数化分析,探究截面形式、截面尺寸、型钢开闭口面积比、腹板宽度与截面尺寸的比值等参数对构件收缩和徐变效应的影响。结果表明:ANSYS的热分析模块可以较为准确地计算型钢混凝土构件截面的湿度场分布;型钢开闭口面积比、腹板宽度与截面尺寸之比是影响构件收缩和徐变的主要因素,现行预测模型应对此加以考虑。     

全断面隧道掘进机滚刀破岩尺寸效应离散元分析

为了给室内模型试验或数值模拟试验提供直接的指导及实际工程间接的参考,将基于微观胶结试验得到的合理的岩石微观力学模型植入离散元软件,模拟了不同试样尺寸滚刀破岩过程并分析了各因素对滚刀破岩过程的影响.结果表明,不同试样尺寸滚刀破岩过程按破岩阻力和侵入深度的关系均可以分为3个阶段,即加载阶段、卸载阶段和残余跃进阶段;室内模型试验中,滚刀刃宽与岩石试样宽度的比值(相对比值)存在一个临界值,当试验中选取的相对比值小于该临界值时,可以减小试验过程中的边界效应.