温度作用下大直径钢筒仓贮料侧压力计算方法

为了研究大直径钢筒仓在温度作用下产生的温度侧压力,首先对由于温度作用产生的附加侧压力的各种经典计算方法进行对比研究,分析其内在的联系和区别;然后建立考虑散料和仓壁间相互作用的三维有限元接触模型来模拟温度作用对钢筒仓侧压力的影响.散料和仓壁采用可以考虑温度作用下两者变形的柔-柔接触类型和面-面接触方式.选取两种高径比和三种类型的温度作用来分别模拟温度对深仓和浅仓侧压力的影响,并将数值计算结果与经典方法和试验得出的温度侧压力进行对比分析.通过参数分析研究了不同径厚比、散料的弹性模量和泊松比对侧压力的影响,提出计算温度侧压力的改进方法.     

含表面裂纹圆柱壳体的热力耦合效应

应用有限元方法对热-力耦合作用下含表面裂纹的圆柱壳体进行了分析计算,得到了局部加热条件下圆柱壳体结构的三维温度场以及热-力耦合作用下圆柱壳体结构三维断裂情况的数值模拟结果,所得结果说明温度升高使裂纹趋向闭合,这于实际情况是相符的.     

筒仓-贮料-地基相互作用系统地震响应研究

为揭示筒仓-贮料-地基系统在动力作用下的相互响应机理,开展小型振动台筒仓试验,研究了地震荷载作用下筒仓复合结构加速度、位移和土压力的响应规律,并通过数值模拟对筒仓-贮料-地基相互作用系统的地震响应规律进行了分析.结果表明:筒仓仓顶加速度峰值随贮料增加呈先增大后减小的趋势,贮料与筒仓的相对运动对筒仓系统具有减震作用.同一工况筒仓母线上的位移形态相近,位移峰值随着贮料量的增大而增大,沿高度方向上下相差较大.在地震波作用下,土压力上下浮动,但整体上呈现出逐渐上升的趋势,直至稳定在某一数值.研究成果可为地震作用下筒仓结构的安全运营提供一定的理论依据.     

地震作用下筒仓结构贮料侧压力计算方法

为了对筒仓结构进行合理的抗震设计,得到实际工程中实用的贮料侧压力,引入“施卫星”地震作用下贮料侧压力计算方法,以工程设计中能够获得的材料参数为基础,确定贮料侧压力计算中所需要的修正参数;然后利用ABAQUS建立筒仓结构数值模型进行计算分析,根据获得的贮料侧压力变化曲线拟合得出相应参数的修正值;综合不同参数,归纳出考虑筒仓-贮料相互作用的贮料侧压力修正公式;最后,将贮料侧压力修正公式所得的计算值与既有试验数据及规范设计值进行对比分析. 结果表明,采用本文公式得到的计算值与试验值吻合较好,能够真实合理地反映实际地震作用下贮料侧压力分布;考虑强震作用下贮料侧压力按照规范设计值设计偏于危险,而按照本文计算公式设计更加经济可靠.     

含内部子结构的圆柱壳振动特性研究

针对圆柱壳-内部子结构的耦合结构,采用缩聚传递函数对其解耦,再根据直接刚度法分别建立圆柱壳和内部子结构的数值模型,并结合缩聚传递函数法计算了原耦合结构的振动响应.引入坐标转换矩阵并考虑6个方向的耦合,从而保证本混合方法的计算精度.与有限元计算结果进行对比分析,验证了该混合方法的有效性.在此基础上分析了结构厚度、壳体长度...     

湍流激励下单双层圆柱壳振动特性对比

基于随机理论,采用半解析半数值方法,以单双层圆柱壳模型为例,计算了湍流激励下单双层圆柱壳的输入功率谱密度和振动速度功率谱密度,对比分析了单双层圆柱壳的振动特性.结果表明：随着航速增高,湍流脉动压力激起壳体表面振动速度的自功率谱密度幅值变大,趋势基本相同;同一航速下,湍流脉动压力作为面分布力作用在壳体外表面上,由于双壳体的外壳较薄,因此双壳体振动速度响应大于单壳体的.     

高超声速气动热的耦合计算方法研究

为了准确预测高超声速飞行器承受的气动热载荷,需要进行流动-传热耦合分析.采用耦合传热方法,考虑流体流动和结构传热之间的实时相互影响,对圆柱壳高超声速气动加热风洞实验进行了三维非定常数值模拟,将数值模拟结果与实验结果进行了全面对比,得到的表面压力、冷壁热流、热壁热流和温度分布与实验结果符合良好,验证了耦合计算方法的准确性,提高了气动热模拟精度,实现了气动加热的准确计算.     

环保型超大直径浅圆筒仓几个关键问题的分析研究

本文以某超大直径全封闭圆形混凝土料仓为研究对象,按照我国混凝土筒仓规范的要求和已完成的筒仓设计,对在各不均匀贮料堆载作用下和不同工况作用下的考虑上部结构—基础—地基共同作用的筒仓进行计算并得出有限元分析结果;对于季节温差下的典型工况,进行了热—结构耦合后的有限元分析,并同样对结果作出分析比较,得出季节温差对结构的影响;根据环形预应力筋的作用机理,采用等效荷载法模拟预应力作用,分析圆筒仓结构满载和空载两种情况预压力作用下的受力性能,并和未施加预应力时做对比,探讨预应力的作用.     

混凝土连续箱梁日照温度效应分析

温度效应对混凝土结构的影响不容忽视,处于自然环境下的混凝土箱梁在温度效应作用下会发生体积膨胀或收缩,局部温度效应产生的应力与其他作用的结构应力叠加作用的总应力大于结构材料具有的抗拉能力时,混凝土局部破坏而产生裂缝,而且这种作用和结构响应都是瞬时变化的。温度效应作为混凝土裂缝产生的主要原因之一,工程界也是在试验分析和理论研究上做了大量工作,通过各种实体模型或数字仿真在混凝土结构温度分布以及结构温度效应上进行了大量研究分析,在混凝土箱梁温度场分布和热交换影响的研究基础上,借助MIDAS Civil水化热分析功能,模拟桥梁结构日照辐射和环境对流条件,建立实体模型进行日照温差效应分析,按照结构物构造定义了与之对应的单元对流边界、环境温度函数和对流系数函数,得出了相应理论计算值,并将理论计算结果与现场实测数据进行了对比分析。     

超长航站楼结构温度作用分析

厦门翔安国际机场航站楼属于超长大跨度结构,其结构的温度作用取值方法及温度效应对结构受力的影响比较复杂.确定超长大跨度结构正、负温差时,对于混凝土结构需要考虑混凝土收缩当量温降的影响,对于钢结构需要考虑太阳辐射引起的钢结构温升的影响.在使用阶段根据混凝土结构和钢结构的受力与变形特点,分析了超长航站楼结构温度效应分布规律,并通过使用阶段与施工阶段温度效应对比分析,得出了超长航站楼结构设计应由施工阶段控制的结论.给出的超长结构温度作用取值方法以及温度效应分布规律等,对后续超长结构设计具有很好的指导作用.     

面向成本的中深层地热储群井采灌优化布局研究

回灌是水热型地热资源开发的必由之路。但是,回灌冷水可能会引起热突破,致使开采井水温降低,热田寿命缩短。为此,需要对热田区开采井与回灌井进行合理布局,以实现地热资源可持续开发利用。本文基于地热系统数值模拟平台（OpenGeoSys）,采用面向成本的地热田采灌井布局优化方法,充分考虑热田地热地质特征、水文地质特征以及生产的实际需求,输出给定采灌情景下的热储温度与压力的变化,并利用成本核算模型,综合考虑热储压力和温度变化所产生的附加成本,以成本最低为优化目标,给出最优采灌模式。本文以牛驼镇地热田为例,对比了雄县地区群井开采背景下,对井采灌与集中采灌的经济成本。结果表明,对井采灌模式下,热田中心热储压力下降较小,但温度下降较大;集中采灌模式下,热田中心热储压力相对较大,温度下降相对较小。对其进行成本核算表明,在50年的开发寿命以内,采用对井模式产生的成本为1.4×10⁸元,采用集中采灌模式则为6×10⁷元,优于对井采灌模式。本文所采用的优化算法,适用性广,有助于地热田的可持续开发利用。     

深仓和浅仓储料侧压力新解

基于能合理反映中间主应力效应的统一强度理论,推导出适用于筒仓侧压力计算的统一侧压力系数,并分别将其应用于深仓和浅仓的侧压力计算中,将理论推导结果与既有试验结果、中国筒仓设计规范(GB50077-2003)、美国筒仓规范(ACI313-97)、欧洲筒仓规范(ISO)(EN1991-4)以及经典的筒仓侧压力计算方法如浅仓的Rankine理论和修正的Coulomb理论进行比较,并对中间主应力参数、储料内摩擦角、储料与仓壁间摩擦系数以及高径比等因素进行了参数分析。结果表明:统一侧压力系数物理意义明确,将其应用于深仓和浅仓的侧压力计算与试验结果吻合良好;筒仓结构设计时,应充分考虑中间主应力、储料内摩擦角以及深仓的高径比对仓壁侧压力的影响,储料与仓壁间摩擦系数对侧压力的影响较小,可不予考虑。     

圆柱壳体在移动集中荷载作用下的弯曲解

本文讨论了唐奈尔(Donnell)简化圆柱壳体理论的局限性,放弃了唐奈尔的部分简化假设,考虑了横向剪切力和切向位移的影响,建立了任意长圆柱壳体在一般荷载作用下的修正理论.文章给出两端简支的任意圆柱壳的静力分析和动力响应,得出显式分析解.最后,进行算例计算.     

钢筋混凝土筒仓散料的静力相互作用分析

基于亚塑性本构理论,对钢筋混凝土筒仓仓壁与散料颗粒体之间的静态压力作用进行有限元模拟.筒仓内散料颗粒采用Niemunis和Herle基于von Wolffersdorff修正的亚塑性本构模型;仓内散料颗粒与仓壁之间的相互作用采用基于库伦摩擦定律的面面接触关系.利用ABAQUS软件所建立的有限元模型,对筒仓-散料静力相互作用进行数值模拟,并将数值模拟结果与我国、欧洲(ISO)、美国筒仓设计规范,以及筒仓经典压力理论及既有试验数据进行比较.同时,还对仓内散料颗粒材料种类、初始孔隙比、内摩擦角、摩擦系数、颗粒硬度和颗粒间应变进行参数分析,分析结果表明,散料颗粒的种类、初始孔隙比、仓内散料临界内摩擦角、颗粒硬度和颗粒间应变对筒仓-散料静力相互作用影响较大.     

侧压下含缺陷功能梯度材料圆柱壳的屈曲

本文采用圆柱壳Donnell方程和前屈曲一致理论,研究了侧压作用下含缺陷功能梯度材料圆柱壳的屈曲问题,计及前屈曲效应和材料物性温度相关性的影响,结合伽辽金原理,给出了功能梯度材料圆柱壳的临界屈曲条件。数值结果考虑了缺陷、组分参数、温度和壳体尺寸对屈曲的影响。     

贮料材料参数对筒仓水平地震效应的影响研究

现行规范对于筒仓水平地震作用的计算,是简单地将贮料总质量的80%作为贮料有效质量的代表值,并没有考虑贮料种类的不同对筒仓水平地震作用的影响。有文献指出,规范对于浅仓的水平地震作用的规定过于保守,有进一步进行系统研究的必要。根据一文献中的试验模型建立了相应的数值模型,采用接触算法模拟贮料与结构间的相互作用,将贮料看作成一种连续的理想弹塑性体,采用Mohr-Coulomb屈服准则。针对弹性模量、泊松比和黏聚力3个材料参数,考察筒仓的基底弯矩和基本自振频率两个指标,分析了各材料参数对筒仓水平地震作用的数值结果的影响,并分别与试验值和规范值进行了比较,归纳总结得到了规律性的结论。与试验结果对比,证明数值模拟方法是合理的和可行的。     

黏性流场中圆柱壳结构的振动能量流输入特性

以周向分布线力作用下,浸没在黏性流场中的无限长弹性薄圆柱壳为研究对象,分析流体黏性对黏性流场-圆柱壳耦合系统的振动能量流输入的影响规律,考虑周向分布线力作用下,薄圆柱壳壳体与由有黏、可压缩流体组成的流场之间的相互作用.首先采用Flügge薄壳理论分析壳体结构振动,然后把线性化的连续性方程、线性处理后的纳维-斯托克斯方程和小振幅波动下的状态方程结合起来得到了黏性流场中的声波波动方程,进而根据声场与圆柱壳外表面的运动协调条件推导得到耦合系统的声振耦合方程,提出了相应的数值计算方法,并与理想流体中的特性作了对比,研究了流体黏性对黏性流场-圆柱壳耦合系统的振动能量流输入的影响规律,为水下结构的减震降噪提供理论依据.     

内刻V形槽半预制破片战斗部壳体的断裂准则

以内刻V形槽战斗部圆柱壳体为研究对象,研究了其在内爆轰载荷下的临界断裂准则.利用数值模拟方法得到应力集中系数与内刻槽圆柱壳体几何结构参量关系的函数表达式,考虑应力集中效应对孔洞或裂纹的加速增长效应,修正损伤度演化模型方程,在假定柱壳自然膨胀率为常数的基础上,推导出内刻槽圆柱壳体的临界断裂应变判据.实验结果表明,断裂参数理论计算结果与实验结果比较一致.     

考虑温度影响的饱和土有效应力原理

热-力耦合是当今岩土工程领域颇为关注的研究课题之一,是涉热岩土工程问题(如能源地下工程、放射性废料处置、输油及热力管道和热法地基处理等)的理论基础。经典土力学中有效应力原理描述了饱和土体在荷载作用下土骨架和孔隙流体之间的压力分布,但针对热-力耦合作用下土骨架及孔隙水之间的压力分布及其变化的研究罕有报道。该文从饱和土体宏观热固结响应出发,结合经典的有效应力原理,分析加热对土骨架和孔隙水的影响,推导考虑温度影响的有效应力和孔隙水压力表达式,建立考虑温度影响的饱和土有效应力原理,探讨不同位移边界和排水边界条件下有效应力和孔隙水压力的分布变化。结果发现:在热-力耦合作用下,土体的总应力、超静孔隙水压力和有效应力均随温度变化而变化;加热引起的温度应力和热孔压随时间变化而变化,影响土体的压缩性和强度,并进一步影响固结压缩过程和压缩量。该研究结果可为热固结理论推导及其他涉热岩土工程问题分析提供技术支撑。     

功能梯度材料板在周期温度边界条件下的温度响应

在热载荷作用下,功能梯度材料板结构内部将产生温度场,变形场以及应力场等.通过解析推导和数值计算获得功能梯度板在不同组份材料体积分数分布以及不同边界温度频率下的温度响应.采用摄动法和分离变量法,得到功能梯度材料板内温度响应的解析表达式.作为算例,考虑材料组份沿板厚方向按幂律变化的情形,计算并讨论不同梯度因子、边界温度频率对陶瓷-金属梯度材料板内温度响应的影响.