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.     

非均匀温度分布下温差发电阵列拓扑结构优化

利用热电材料实现温差发电技术已成为目前研究热点,但温差发电阵列热端温度分布不均将严重影响系统的输出功率和可靠性。为此,首先针对2×2温差发电阵列,研究其在不同热端温度分布情况下,温差发电阵列内部的连接方式与输出功率和可靠性的关系。其次,提出了一种温差阵列内部连接结构优化方法,通过改变内部连接方式以减少阵列功率损失,提高其可靠性。最后,通过温差实验平台,在不均匀温度下开展了4×4温差发电阵列实验,并与传统串并联阵列、网状阵列和桥型阵列等温差发电阵列进行了输出功率及可靠性比较分析。实验结果表明：在热端温度不一致的情况下,所提出的优化温差发电阵列比传统温差发电阵列可以更好地兼顾温差发电阵列的输出功率与可靠性。     

钢梁火灾下响应的虚拟仿真

根据火灾实验数据对结构的连续性、荷载大小及不同的连接结构对梁抗火性能的影响，进行了仿真计算，发现数值模拟得出的梁挠度-温度响应曲线与实验结果有极好的相关性，数值模拟能准确地预测结构出现急速变形的温度及时间．文中分析了连接结构的类型、轴向约束的强弱及载荷大小对结构抗火性能的影响．该研究诣在帮助了解结构的连续性及不同的连接形式对梁火灾下行为的影响并为开发简单，理性的设计方法提供研究基础．     

非均匀带电球面的电位分布及其应用

非均匀带电球面的电位分布及其应用马宇晓（榆林高等专科学校物理学系，陕西榆林７１９０００；作者，女，３９岁，副教授）在静电问题中，经常会遇到带电球面电荷面密度为极角θ余弦的函数的情况，因此，分析非均匀带电球面的电位及场强分布，对研究电荷分布有重要意义．...     

干井炉的轴向温度分布对现场温度校准影响的实验研究

针对干井炉易受被校温度探头长度尺寸的影响,无法满足其始终在井底部被测量的条件问题,实验选用FLUKE干井炉,在不同校准温度下,改变标准铂电阻插入干井炉的深度。研究发现,在同一校准温度下,轴向由井底到井口方向的温度梯度值会不断增加,靠近井口处的温度准确性差,尽量避免在该位置校准温度探头。此外,随着校准温度的升高,校准温度与环境差别增大,干井炉温度偏差通常会增加,其轴向最大温差也会升高。当校准温度比较高时,轴向温度的不均匀性对其测温准确性的影响比较大,不可忽略。     

火灾下轴向约束钢梁的样条有限元法

提出了一种同时考虑几何非线性和材料非线性的平面样条梁单元，并用其进行了火灾升温条件下沿截面温度分布不均匀轴向约束钢梁的受力分析．以节点的弯矩和轴力平衡为条件建立基本方程，可方便地考虑轴力的二阶效应和升温条件下材料的非线性，并可考虑温度沿截面的任意分布形式，避免了常规有限元法在单元刚度矩阵中考虑这些因素的复杂性．算例表明，该样条梁单元有足够的精度，且求解速度快于常规有限元法的壳单元．     

材料非均匀性对岩块极限承载能力的影响

为了研究岩石类材料非均匀性对岩块极限承载能力的影响,采用基于FPS4．0平台开发研制的REPFPA分析软件,通过建立计算模型进行数值模拟,找出了非均匀材料匀质度系数与极限承载能力之间的函数关系,同时研究了岩块声发射随着匀质度系数的变化规律。证明了应用数值模拟方法研究材料非均匀性对岩块极限承载能力的影响特别是解决对于岩体工程的宏观力学性能的研究问题是有效的方法。     

基于多重分形理论的壤土粒径分布非均匀性分析

土壤粒径分布是影响土壤水力特性最基本的土壤物理性质之一.为定量描述壤土粒径分布的非均匀特性,应用激光粒度仪对6个典型壤土土样测定了土壤颗粒的等效直径和分布规律,运用分形和多重分形理论描述了土壤粒径分布的非均匀性,计算了粒径分布的分形维数D和奇异性指数α及其相应的谱函数f(α),得到了壤土粒径分布的分形维数和多重分形谱曲线.结果表明:壤土的粒径分布具有分形和多重分形特征,单分形只能描述土壤粒径分布的整体特征,多重分形谱宽度Δα定量表征了土壤粒径分布的非均匀程度,Δα愈大,粒径分布愈不均匀;壤土粒径分布的非均匀程度受土壤中粘粒和砂粒含量的影响.多重分形方法为土壤粒径分布非均匀性的定量研究提供了一种精确的分析方法.     

叶顶间隙非均匀对大型轴流风机性能的影响

为了探索叶顶间隙沿周向非均匀变化对大型低压轴流风机性能的影响,以某民用大型低压轴流风机为研究对象开展研究,选择表征轴流风机周向非均匀间隙的两个关键参数——平均间隙水平、非均匀度为影响因素,通过定常、非定常的数值模拟,研究周向非均匀的叶顶间隙对风机外特性的影响,以及对叶顶间隙流动和流场变化的影响机理。结果表明：轴流风机平均间隙、非均匀度的增加均会造成风机效率和静压的下降,但平均间隙的改变对静压的影响明显大于非均匀度变化所产生的影响;叶顶间隙不均匀,会改变叶顶泄漏的起始位置和发展方向,在间隙较大处,叶顶泄漏不但有带涡核的主泄漏,还包括无涡核的附加泄漏,同时叶顶的泄漏流量会因受到前向叶片泄漏涡的卷吸而周期性地改变。该研究成果对低压轴流风机设计及高效运行具有一定的参考价值。     

火灾下钢梁温度场模拟及实验验证

对钢结构进行抗火设计时,需要对钢构件进行温升计算.对于重型钢构件或构件不均匀受火作用以及构件表面保护层不同时,其截面温度分布很不均匀,温差将对构件截面内的应力场产生很大影响,因而也就影响到构件和这个结构在火灾下的反应.由于构件截面边界形状复杂,且火灾升温函数任意     

简支钢梁火灾行为的试验研究

为了考察火灾作用下简支钢梁的破坏特征及结构性能,对2根采用国产轧制H型钢的简支梁在不同荷载水平作用下的抗火性能进行了试验研究.采用水平燃油炉对试件进行升温,给出了采用轧制H型钢的简支梁在火灾作用下的变形和截面温度分布.试验结果表明:在火灾作用下,荷载对简支梁的挠度影响较小,对梁破坏时的温度影响较大.试验结果为H型钢梁火灾行为的理论研究提供了依据.     

薄壁槽型钢-混凝土梁在标准火灾下的温升特性

对薄壁槽型钢-混凝土组合梁在标准火灾下的温度响应及耐火性能进行研究.采用在空间上运用有限单元与在时间上运用有限差分相结合的方法,应用ANSYS热分析程序,对薄壁槽型钢-混凝土构件在火灾下的温度场进行分析与计算.结果表明,在ISO-834标准升温曲线下,组合梁截面的温度分布是不均匀的,单纯地用给定临界温度来判定构件是否失效不合理.此外,填充混凝土能有效改善钢构件的温度场变化规律,在升温前期,填充混凝土的薄壁槽型钢-混凝土组合梁的温度显著低于未填充的型钢梁,降幅达30%~60%.     

防火涂料破损后钢柱的温度分布

为了研究防火涂料的局部破损对钢柱抗火性能的影响,采用有限元分析方法对防火涂料局部破损的钢柱进行了温度分布研究。研究表明:火灾下防火涂料破损段温度可以按照无防火保护的构件进行升温计算;在防火涂料破损的交界面附近,温度分布有较短的(约300mm)过渡区域,过渡区域之后钢柱的温度分布又趋于均匀,防火涂料未破损段可以按照有防火保护的构件进行升温计算;腹板防火涂料是否破损对端部翼缘破损的钢柱温度分布影响不大。     

纵向非均匀锈蚀梁的非线性有限元分析方法

针对实际工程中存在的受拉钢筋纵向非均匀锈蚀梁,从锈蚀钢筋混凝土本构关系入手,对锈蚀梁结构性能退化和破坏特征进行分析.建立锈蚀梁有限元模型,钢筋单元采用三维杆单元,混凝土单元采用8节点实体单元,钢筋与混凝土之间的粘结单元采用非线性弹簧单元.利用大型有限元ANSYS分析软件,对纵向非均匀锈蚀梁的受力性能进行模拟,模拟结果与其他非线性分析方法结果类似,说明采用非线性有限元方法分析纵向非均匀锈蚀梁受力性能正确有效.     

升降温条件对约束钢梁抗火性能的影响

采用有限元方法对约束钢梁的火灾性能进行模拟,并与试验结果进行比较,在验证仿真模型正确的基础上,研究不同升降温条件下钢梁的火灾响应,分析各参数对钢梁抗火性能的影响。结果表明:升温最高温度Tmax和形状系数Sc越大,升温速率越大,梁的耐火时间越短,变形越大;到达最高温度所用时间Tmax越大,升温越慢,且受火时间越长,变形越大,但相应的耐火时间也增长。短热模型较长冷模型耐火时间长,变形小,对抗火有利。降温段约束梁的挠度均有恢复,但升温时变形越大,降温后的残余变形也越大.     

钢筋非均匀锈蚀试验研究

设计了一种新的钢筋快速锈蚀试验方案,研究了钢筋非均匀锈蚀引起的混凝土保护层胀裂问题.试验现象表明,锈后试件的钢筋表面呈现明显坑蚀特点,且近保护层一侧的钢筋锈蚀更为严重;根据试验数据,利用统计回归分析的方法,给出了混凝土保护层出现可见裂缝时的钢筋锈蚀率与混凝土强度、钢筋直径及保护层厚度间的经验公式;数据分析表明,相对保护层厚度是决定混凝土开裂时钢筋锈蚀率的主要因素,而混凝土等级和钢筋直径对它的影响较小.     

考虑蠕变的约束钢梁抗火性能分析方法

高温和荷载共同作用下钢材产生明显的蠕变变形,对钢结构在火灾下的变形和受力性能产生较大的影响。在约束钢梁抗火性能分析中考虑蠕变的影响,引入钢材的高温蠕变模型,通过考虑蠕变产生的钢梁截面应变,建立考虑钢材高温蠕变影响的约束钢梁分析理论,并利用MATAB编写了计算机程序。采用该程序计算了火灾下约束钢梁的约束轴力和跨中挠度,计算结果和试验数据吻合较好。采用验证后的程序进一步分析了蠕变对简支钢梁和约束钢梁抗火性能的影响。研究表明:提出的分析方法可以准确考虑蠕变对钢梁抗火性能的影响;蠕变效应对简支钢梁耐火极限影响较小,而对约束钢梁影响较大。