峡谷地形平均风速特性与加速效应

采用计算流体力学(CFD)方法建立多个数值模型,通过与风洞试验的对比分析验证了数值模拟结果的可靠性,较系统地研究并详细分析了峡谷长度、山顶间距、山脉坡度3种地貌因素对平均风加速效应的影响.结果表明:山脉顶部加速效应主要受山脉坡度的影响,在近地面内坡度越大加速效应越明显;峡谷内部加速效应受多种地貌因素影响且变化趋势较为复杂,必须考虑峡谷侧坡边界层的影响和流动的三维效应,当峡谷长度越短、山顶间距越小、山脉坡度越大时,迎风谷口处在近地面内的加速效应越明显.最后计算出典型峡谷的风压地形修正系数,并与我国建筑结构荷载规范进行对比.     

高填方路堤涵洞碎散体填土成拱效应离心模型

为了对高填方路堤涵洞上部碎散体填土压力性状进行较为直观合理的分析,通过离心模型试验,研究了不同边界条件下高填方涵洞垂直土压力随填土高度变化的规律以及涵洞周围填土位移场的变化情况.试验结果表明:由于受沟谷地形的影响,涵洞上部碎散体填土达到一定高度后将会产生具有不稳定性的成拱效应;平坦地形设涵,在上部碎散体填土达到一定高度且在涵中填土沉降量大于涵侧填土沉降量的情况下,土体中将产生成拱效应;由于高填方涵洞上方路基填料是不同于岩石的碎散体,所以高填方涵洞上方的拱效应具有不稳定的特点.     

沟谷地形高填方涵洞竖向土压力数值模拟与计算方法研究

受地形、填料物理力学参数、结构尺寸等多种因素的影响,沟谷地形高填方涵洞受力计算较为复杂,相关理论研究尚不成熟.以某一高填方涵洞项目为依托,通过数值模拟得出:在一定条件下,涵洞两侧边坡阻碍了沟内填土的沉降,土中主应力方向发生调整,从而产生土拱效应.在数值模拟的基础上,运用小主应力拱概念,推导出了沟内黏性填土产生土拱效应时的侧压力系数与沟谷地形高填方涵洞竖向土压力理论公式.各种结果对比可见:所提公式计算结果与现场实测结果以及数值模拟结果相吻合;沟谷地形涵洞上方填土中产生土拱效应时,涵洞竖向土压力随着填土高度的增加非线性增大,增速逐渐减小.     

DEM对典型喀斯特山区地形及流域特征的尺度效应分析

通过对数字高程模型(DEM)数据进行最近邻方法重采样,获取不同空间尺度DEM数据.针对不同空间尺度DEM,研究地形因子和流域信息提取与DEM的尺度效应,并进行相关性分析.结果表明:1)随DEM空间尺度的增大,高程信息、坡度和地面粗糙度等地形因子的平均值呈下降趋势,河网总长度与河网密度值随DEM空间尺度的增大而减小,大尺度DEM无法较好地表达喀斯特山区细小河流信息;2)经相关性分析发现,坡度、地面粗糙度与DEM分辨率相关性较强,用幂函数拟合相关性为显著相关;3)借鉴信息熵理论方法分析可知,研究区地形和流域信息提取的DEM最佳分辨率范围区间为30~120 m.     

楔形体入水冲击中的壁面效应分析

为了分析楔形体入水冲击中壁面的影响,采用有限体积法和重叠网格技术建立了楔形体在有限流域入水冲击下的数值模型.通过不同网格密度和时间步长下冲击载荷的比较,论证了数值模型的收敛性.通过与文献结果的对比,验证了数值模型的正确性.利用已验证的数值模型,分析了流域宽度和深度对冲击载荷的影响.将有限流域和无限流域入水冲击载荷的无因次比值定义为壁面效应,进而分析了冲击速度和底升角对壁面效应的影响.结果表明:深度和宽度方向的壁面效应会增大楔形体的入水冲击载荷,冲击速度对壁面效应影响较小,底升角越小的楔形体,深度方向的壁面效应越明显.     

多点地震激励下考虑地形变化输电塔线体系的响应分析

分别建立了中塔位于谷地和峰顶的输电塔线耦联体系三维空间有限元模型,模拟生成考虑地形变化场地上的多点地震动,运用非线性动力时程分析方法,进行多点地震激励下地形变化输电塔线体系的地震响应数值模拟.考虑多点地震动中的行波效应、部分相干效应和局部场地效应.分析多点地震动中行波效应和局部场地效应对结构地震响应的影响,并将计算结果与一致激励下的结果进行对比.研究结果表明,无论输电塔位于峰顶还是谷底,受行波波速的影响很大,但两种模型受行波波速的影响程度不同,忽略行波效应可能低估体系的地震响应;随着场地条件差异变大,结构的地震响应变大,对于输电塔位于峰顶的响应放大程度要大于输电塔位于谷底,因此应该考虑局部场地效应的影响.     

风尘寺单薄山脊九寨沟余震频谱特征分析

研究近地震场地的地震频谱变化特征,分析其地形效应,能够为边坡支护设计提供依据。通过对九寨沟风尘寺台站实测的3次余震数据对比分析,揭示了不同监测点地震时频谱变化特征。结果表明:相对于山脚监测参考点,山脊监测点FFT主频值较小,集中在7～12 Hz;山脊监测点加速度反应谱特征周期较大,范围为0. 06～0. 12 s; HVSR分析揭示山脊监测点谱比分析的地形放大系数可达12,且存在多个卓越频率,主要在5、30以及50 Hz左右放大较为明显;山脊监测点均方根加速度在水平方向与竖直方向均具有不同程度的放大,且在水平EW向有显著的放大效应,放大系数可达12. 5倍。可见单薄山脊对地震波具有明显的地形放大效应,而且当地震波传播方向与山脊走向大角度相交时地形放大效应最为显著,同时也证实了微地貌对斜坡地震动响应的控制作用。     

地效翼空气动力风洞试验

为深入研究地面效应机理及地面附近粘性流动对地效翼空气动力的影响,在同济大学上海地面交通工具风洞中心的空气动力-气动声学风洞内对地效翼模型进行了风洞吹风试验.风洞试验中利用移动带路面模拟系统模拟了机翼和地面的相对运动;通过改变地效翼展长、装配端板,研究了地效翼的三维效应和端板对空气动力的影响;分析了地效翼的失速特性及其影响因素.通过地效翼风洞试验研究揭示了地面效应机理及移动地面模拟的重要性,并深入分析了地效翼空气动力特性,为地效飞行器空气动力设计和研究提供了参考.     

进入突风域的超音速翼对地面效应的响应

进入突风域的超音速翼对地面效应的响应谢正桐，周文伯（工程力学系）关键词突风域，非定常流动，地面效应，数值解中围法分类号Ｖ２１１·１５以超音速飞行的机翼有时会受到各种特殊环境的影响，如飞行器近地面飞行、飞行器进入突风域，这就要求人们对飞行器作非定常超音...     

起伏地形上的铁路环境振动特性研究

越来越多的高速铁路修建在场地条件复杂的山区起伏地带,为了研究起伏地形对铁路环境振动的影响,本文建立了列车作用下路基-起伏地形的二维有限元计算模型,研究了四种起伏地形上的铁路环境振动特性。结果表明：四种起伏地形对地面加速度都存在减小效应;连续凸起地形上的竖向、水平振动位移均出现放大效应,而连续凹陷地形上的竖向、水平振动位移均出现减小效应;在凸起地形与凹陷地形组合的起伏地形上,凸起地形部分水平振动位移出现了明显的放大效应,凹陷部分水平振动位移又出现了明显的减小效应;先凸后凹地形对铁路环境振动的减弱作用比先凹后凸地形更明显。     

高速滑坡飞行气动特性的风洞试验研究

国内外已发生的许多大型高速滑坡在近程活动阶段均呈现飞行运动，高速滑体如同机翼一样，将产生机翼效应。这种空气动力学效应不仅使滑坡飞行得更远，而且使位能更多地转变成滑坡飞行的功能，使滑体获得更大的速度，将高速滑体制成相似的机翼模型，进行风洞试验，即可测定滑坡凌空飞行的空气动力学参数，从而计算大型高速滑坡凌空飞行的空气动力升力、飞行速度和飞行距离等。风洞试验结果表明：高速滑坡体的几何形与结构、飞行姿态对高速滑坡飞行气动特性有显著影响，而飞行速度对气动特性的影响甚小。     

联通式内缓冲结构对隧道气动效应减缓效果

为解决地形受限而无法在隧道入口处设置缓冲结构的隧道气动效应问题,提出了一种新型的联通式内缓冲结构,基于三维、可压缩、非定常Navier-Stokes方程,采用k-ε两方程湍流模型,通过滑移网格技术,对列车高速驶入隧道所引起的压力波动进行了计算.通过将不同缓冲结构形式对隧道气动效应的减缓效果进行对比,选定出了此缓冲结构的...     

弹性变形对双座电动飞机模型气动特性的影响

与常规飞机相比,电动飞机在气动布局方面采用了更大的展弦比,在气动力作用下弹性变形更加明显.针对双座电动飞机风洞试验模型,采用计算流体力学/计算固体力学(computational fluid dynamics/computational structural dynamics,CFD/CSD)流固耦合方法分别计算了机翼有无弹性变形的气动力特性,并与面元法和风洞试验结果进行比较.结果表明,受弹性变形影响后升力系数增加,阻力系数减小,相同升力系数下的升阻比几乎没有变化,弹性变形对俯仰力矩系数影响显著,变形后的纵向静安定裕度显著提高.采用面元法计算气动弹性变形的方法计算高效,升力系数误差在10％以内,能满足工程实际应用;CFD/CSD流固耦合计算与风洞试验结果更接近,升力线斜率较风洞试验低7％;变形后的纵向静安定性随迎角有增大趋势,与风洞试验结果一致;弹性变形对机翼扭矩影响较大.     

钻石背弹翼外形参数对气动特性的影响

定义了描述钻石背弹翼平面形状的2个几何参数,采用模块化方法设计了一组风洞实验模型,进行了风洞测力实验,研究了前、后翼条高度差及其间距对钻石背弹翼气动特性的影响.实验结果表明,前翼条高、后翼条低配置的钻石背弹翼的升力、升阻比比前翼条低后翼条高配置的钻石背弹翼的升力、升阻比大;前后翼条间距对钻石背弹翼气动特性的影响较小.     

易贡高速远程滑坡近程凌空飞行数值分析

研究了大型高速远程滑坡近程凌空飞行的空气动力学效应,建立了考虑地面效应的滑体运动微分方程组,并以易贡滑坡为例,使用数值分析方法研究高速滑体凌空飞行的运动规律.结果表明,高速滑体因空气动力学效应的影响而产生不断增大的水平推力和竖向抬升力,导致滑体的水平速度不断增大,但增幅不大,而竖向速度增幅减缓.因此,与忽略空气动力学效应的情况相比,高速滑体凌空飞行时间更长,飞行距离更远,更加符合滑坡的实际情况.     

某跑车尾翼外形变化对气动升力影响的仿真分析

为研究汽车行驶时,气动升力随着车速的提高,对汽车的操纵稳定性和动力性的影响,研究气动升力的附加装置.以一跑车模型的尾翼为基础,采用一种修正湍流模型的数值计算方法,探讨了外形、攻角、翼面凹坑以及支架形式对尾翼表现的影响.结果表明:后负升力翼产生的负升力与外形和支架形式有很大关系,且随着攻角的增大而增加,而翼面凹坑能起到增加负升力的作用.     

前掠翼模型低速气动力实验与仿真

基于一种高速前掠翼布局翼身组合体缩比模型,开展低速风洞纵向气动力实验研究,包括与相应后掠翼对比实验和细长边条前掠翼实验,实验攻角-4°～+36°,特征雷诺数4×10₅。结果表明：低速实验条件下,前掠翼升阻力特性与相应后掠翼基本相同,但前掠翼表现出良好大迎角气动性能发展趋势。翼根前加装面积仅为机翼面积5.2%的大后掠细长边条后,前掠翼升力特性明显改善,33°迎角时最大升力系数比基本前掠翼提高约40%。依据模型风洞实验实际条件,采用雷诺时均方程和FLUENT软件,进行前掠翼模型流场气动力数值仿真,仿真计算模型构建合理,能够支持分析风洞实验数据。     

高速列车行驶速度对隧道壁面气动压力影响的数值模拟

壁面气动压力长期循环作用是高速铁路隧道衬砌掉块的重要诱因，为研究高速列车行驶速度对壁面气动压力基本特征的影响规律，采用三维数值仿真模拟对隧道典型位置(入口段、洞身段以及出口段)壁面气动压力进行研究。结果表明:列车车头经过使得监测横断面气动压力差异性增强，表现出显著的三维特征。隧道入口段气动压力三维特征主要受压缩空气所占体积大小以及与隧道入口之间距离的影响，气动压力三维特征随着进入隧道入口距离的增加而减弱，并逐渐向一维特征转变。列车车头驶入隧道入口后，车尾驶出隧道出口前，洞身段不同测点位置的气动压力正峰值主要受车头进入隧道入口诱发压缩波的影响，纵轴中断面测点气动压力负峰值与峰峰值大于洞口段。车尾驶出隧道出口后，出口段测点气动压力负峰值大于入口段，正峰值小于入口段。隧道出口段气动压力三维特征与入口段相似，但列车行驶速度以及测点与隧道出口之间距离对气动压力三维特征的影响机制更为复杂。     

基于XFlow的仿生扑翼飞行器机翼气动特性分析

通过空间曲柄摇杆结构产生的急回特性来实现仿生飞行器扑翼运动.为了探究仿生扑翼飞行器的气动特性的影响因素,采用玻尔兹曼模型的粒子跟踪方法模拟扑动过程中气动特性,基于计算流体力学仿真软件XFlow对不同翼型、翼展、翼平面形状进行仿真分析并探究对升力和推力的影响.结果表明:翼型弯度和翼展的增大能够增加扑翼飞行器的升力系数,推力系数随着弯度的增大而变小;通过综合分析得到翼展长度在2.5倍弦长时,气动特性最佳;不同翼面形状的机翼具有不同的气动性能,相对于机翼后缘几何形状,前缘对气动特性的影响较大.研究结果为扑翼飞行器机翼的系统设计提供了有益的指导.