黄土高原坡沟系统重力侵蚀数值模拟研究

采用有限差分软件FLAC3D对黄土高原坡沟系统重力侵蚀机理进行探索,对坡沟系统应力场和位移场进行数值模拟,分析了不同侵蚀基准面抬升高度对坡沟稳定性及重力侵蚀的影响。结果表明,随侵蚀基准面逐渐抬升,坡沟系统逐渐稳定,最大位移、安全系数及滑塌概率的变化符合指数函数分布规律。拟合方程精度较高,可应用于坡沟重力侵蚀的定性分析与定量计算。凹形边坡整体几何形态能够有效降低应力集中,减缓重力侵蚀的发生程度;坡沟系统上部位移是以"沉降"模式为主,梁峁顶和梁峁坡是重力侵蚀最为强烈的部位。随侵蚀基准面逐渐抬升,各方向位移均有不同程度降低。     

聚合物基复合材料发动机体的模态试验分析

该文针对复合材料发动机的振动问题,进行了试制的复合材料发动机体的模态试验研究,并利用计算机模态分析系统获得其前5阶模态参数及振型。试验表明,复合材料发动机机体的固有频率较金属机体高,同时因为机体复合材料属高内阻尼材料,它的黏弹性能有助于增加振动阻尼,因此,复合材料发动机机体具有优良的减振降噪性能;复合材料发动机机体的横向振动是比较严重,需要采取措施改善横向振动特性。试验结果为其结构的改进设计提供了依据。     

库水位下降条件下残积土边坡的力学响应

为了进一步认识库水位下降对残积土边坡力学响应的作用机理,基于饱和—非饱和渗流以及非饱和土力学理论,采用有限元软件,分析了库水位下降条件下残积土边坡的渗流场、应力场和位移场分布特征。结果表明,库水位下降过程中,路基内浸润线随下降速率的不同而差异较大,但随时间增长趋于一致;路基内孔隙水压力及位移均随水位下降持续时间及下降速率的增大而增大,坡体土有效应力逐渐增大,但总应力不变;边坡安全系数随时间呈现出先下降后上升的变化趋势,建议在水库泄洪管理方面,适当控制泄洪速率,同时加强路基坡体排水,以有利于库岸边坡稳定。     

用图像法分析茄子在冻干过程中的水分动态运移规律

为研究真空冻干果蔬内部水分扩散及运移过程和规律,以茄子为研究对象,运用图像处理技术建立水分运移微位移场并以微位移量对真空冻干过程中果蔬内部水分扩散及运移规律进行表达和定量分析。使用CCD(charge coupled device)相机每隔1 h采集茄子样本在真空冻干过程中横截面图像,直至6 h冷冻干燥完成终止。用自动阈值分割法、K均值聚类算法、伪彩色图像处理法可准确提取出原始图像中未冻干区域,再用Sobel边缘检测法提取得到水分边界。将6幅边界图像叠加并以物料几何中心为原点建立微位移场,用Harris角点检测法提取水分边缘与坐标轴相交的各个角点及其坐标值,计算得到每隔1 h各角点的位移量。通过对角点位移量与物料含水率相关性分析可知,模型显著性检验概率0.000 1,决定系数达0.999 8,说明模型检验极显著且拟合精度高。回归参数的检验结果表明,四个角点的微位移量对物料含水率平方的响应极显著,说明物料干燥水分边界微位移场变化量与含水率的关系可用该回归模型预测,物料含水率可用表达水分边界的微位移场参数来表示。该研究为果蔬冻干水分在线检测提供了一种新的方法,同时也为探索冻干机理和低能耗冻干工艺提供了参考。     

水土保持措施对黄土高原小流域重力侵蚀的调控机理研究

采用有限差分软件FLAC3D对有无植被及淤地坝的黄土高原小流域重力侵蚀机理进行探索,揭示了主要工程措施(淤地坝)和生物措施(植被)对重力侵蚀的调控机制。通过对比分析无治理措施和实施淤地坝及生态恢复治理措施条件下,小流域位移场、应力场和塑性屈服区分布,揭示了淤地坝和植被措施减缓重力侵蚀的作用。结果表明:植被可使梁峁顶处位移减9.8%,沟坡中下部位移减小11%,淤地坝只能使坝址处位移减少10%;植被可使塑性区体积减少46%,淤地坝可使塑性区体积减少11%。淤地坝增加了流域的凹形边坡,而根系加固作用改善了坡面浅层土体应力,二者均有效降低了坡面土体的应力集中,减少了塑性屈服区体积,但均未改变小流域以剪切破坏为主的屈服模式。小流域小尺度范围内,淤地坝减蚀作用强于植被,而大尺度范围内,植被减蚀效果优于淤地坝。研究成果可为小流域水土保持措施的合理配置提供科学依据。     

履带式行走机构粘弹性悬挂机构的刚度-阻尼特性分析

针对传统履带式拖拉机行走系易受剧烈振动冲击的问题,开发出一种新型的粘弹性悬挂机构。用复刚度理论,建立起该机构的运动微分方程,对其刚度-阻尼特性进行了分析。依据能量转换的观点,分析了机构中粘弹性阻尼材料的静、动态对振动能转换率的影响。对开发后的应用在240kW履带式拖拉机粘弹性悬挂机构上进行了刚度曲线设计和性能分析,并在电液伺服试验机上对实际产品进行了性能试验     

黄土高原小流域重力侵蚀稳定性评价

为评价黄土高原小流域重力侵蚀稳定性,采用有限差分FLAC3D软件对黄土高原王茂沟小流域概化模型进行了研究。对小流域平衡状态时位移场和应力场和塑性屈服区进行数值模拟,并结合Rosen-blueth矩估计方法对流域重力侵蚀破坏概率可靠度进行了分析。结果表明,剪切塑性区域主要分布于坡面和沟坡大部分区域,张拉塑性区域主要分布于梁峁顶和梁峁坡上部;该流域重力侵蚀处于不可接受的风险水平,需采取有效的工程措施以提高其稳定性。Rosenblueth法可有效地将传统安全系数与概率分布相互结合补充,为建立流域稳定性与重力侵蚀可靠度的指标评价体系提供了一种好的方法。     

基于离散元法的贯入圆锥对沙土颗粒运动特性分析

为了预测土壤颗粒在圆锥指数仪贯入沙土过程中的运动特性,该文通过建立一个三维长方体料床模型用离散元法模拟了圆锥贯入沙土的全过程,讨论了料床指定初始位置上颗粒的运动轨迹,还将料床的位移场按照位移量大小分成4个区,分析了料床的横向、纵向以及合成的位移场,最后给出了不同贯入深度的料床速度场及力链分布规律。研究结果显示:受到圆锥向下贯入和左右壁面阻挡的共同作用,大多数颗粒在圆锥贯入过程中以纵向移动为主,横向上体现为近似线性梯度的受限扩散式移动,尤以锥尖附近的横向位移最明显;颗粒在纵向上均经历了先向下运动再向上运动的过程,在圆锥贯入过程中料床的纵向位移场,作为向上和向下位移区的分界线,一条"衣领"带状区域的颗粒近似静止;越靠近锥尖附近的颗粒接触力和速度越大,且随着贯入深度的增加,锥尖处的接触力增大。该文的研究为土壤圆锥指数实地测量时测量点间距的取值提供理论依据。     

淤地坝减轻坡沟系统滑坡侵蚀的数值模拟

基于边坡分析软件及有限元软件,通过建立陕北绥德县关地沟4号坝上游典型坡沟系统的概化模型,应用概率统计和数值仿真分析方法,从坡沟系统的力学稳定和受力破环的角度,得到了随淤地坝坝地的逐渐淤高坡沟系统的稳定性、滑塌概率和滑塌量分别增强、减弱和减少,其随坝地淤高的变化分别满足二项式、二项式和直线规律.应用有限元强度折减法原理,对坡沟系统的应力场和位移场进行了仿真分析,指出了稳定系数最小,滑坡概率最大时坡沟系统濒临滑坡侵蚀时的最大应力和位移分布区域:(1)X方向的最大位移是沟坡中下部位垂直向坡体内约15 m的范围;(2)y方向的最大位移是从峁顶向两侧各延伸10 m左右的扇形区域;(3)拉应力最大值区域是从峁顶经峁坡向沟坡坡缘线向坡体内延伸9m左右的带形区域.研究结果可为坡沟系统水土保持工程措施的配置及生物措施的实施提供有益的参考,并为评价坡沟系统的稳定性提供一定可靠度的依据.     

波纹型推土板减粘降阻的有限元分析

对波纹型几何非光滑推土板与土壤相互作用进行了二维有限元分析，并通过表面应力、位移及土体中的应力场分析了其减粘降阻原因。为非光滑表面的减粘降阻机理的研究提供定量依据。     

柴油机机体-冷却水套流固耦合系统传热仿真

为了改善发动机热负荷高这一现代发动机发展的主要障碍,该文就算例柴油机的机体及冷却水套作为耦合系统,采用流固耦合的方法实现整体耦合传热计算,从而将单独计算比较难确定的部分边界条件转变为系统的内部边界,在Fluent软件中进行数值计算。计算得到的收敛结果与采用热电偶法测量的机体及冷却水的温度试验数据较为吻合。根据机体及冷却水温度场分布,对机体和水套结构作适当改进来增加冷却水套的降温效果,再次做耦合系统的传热计算,发现A、B 2种改进方案较原模型相比分别将机体最高温度降低到了152℃和122℃,验证了结构改进的合理性,最终有效地改善了发动机热负荷。     

多体动力学建模方法对发动机主轴承载荷计算影响

使用模态综合法,在ADAMS中建立刚柔混合的4100QB柴油机多体动力学模型,研究了多体动力学建模方法对发动机主轴承载荷计算的影响。通过比较不同模型间主轴承载荷的差异,探讨了发动机曲轴和机体的柔性、发动机安装方式和联轴节等建模因素对主轴承载荷计算的影响。结果表明:曲轴、机体柔性及发动机安装方式对轴承载荷计算影响显著;柔性联轴节对主轴承载荷的影响可以忽略。最后利用实测的气缸体表面节点振动数据验证了多体动力学计算结果的有效性。     

水体-结构-地基耦联的泵站出水塔地震响应分析

泵站出水塔是一种连接泵站压力管道和下游输水渡槽的塔式结构,为保证结构安全运行,有必要对其进行地震响应分析。该文以景泰川二期六泵站出水塔为研究对象,考虑流固耦合效应,依据弹性波理论,建立出水塔结构无质量地基模型和粘弹性边界模型,进行出水塔体系有无水体2种工况下的研究,根据泵站出水塔现场实测数据,提取结构的固有工作频率,并与流固耦合模型干湿模态结果进行对比分析,验证所建流固耦合模型的合理性及流体对出水塔体系的影响。分别对无质量地基模型与粘弹性边界模型进行地震波输入,对比分析相应的动力响应,探讨水体-结构-地基耦联系统相互作用的影响规律。研究表明:出水塔结构工作基频为3.3 Hz;结构内水体降低出水塔的固有频率,增加出水塔的地震响应,在进行地震计算分析时,不应忽略;粘弹性边界模型在地震计算中能够考虑辐射阻尼效应,与无质量地基模型计算结果相比,出水塔特征点的位移响应最大值降低38.5%,应力幅值降低37.8%,因此地基建议选用粘弹性边界。研究成果可为后续出水塔结构模态辨识及地震分析提供理论指导。     

利用不同轴承计算模型预测发动机振动噪声的比较

为研究不同轴承计算模型对发动机振动噪声预测的影响,该文以493ZLQ柴油机为例,分别建立了带HD （hydro-dynamic）、EHD（elastic hydro-dynamic）以及TEHD（thermal elastic hydro-dynamic）轴承计算模型的发动机多体动力学模型;分析了不同模型下最大油膜压力、最小油膜厚度,发现相对TEHD轴承计算模型,HD轴承计算模型最小油膜厚度和最大油膜压力的相对误差为-68%、130%,EHD轴承计算模型的相对误差为84%、-9%;以不同模型的多体动力学计算结果为边界条件预测了发动机机体的声学性能;分别将振动计算结果与声学计算结果与试验结果进行了对比,发现HD、EHD以及TEHD轴承计算模型得到的振动噪声计算结果的最大误差分别为7、4.5和4.2 dB,声功率级计算结果的最大误差分别为13、6.1、3.8 dBA。研究表明,考虑轴承的弹性变形以及热变形的发动机多体动力学计算模型在发动机振动与噪声计算方面具有很高的计算精度,是目前分析轴承受力以及发动机噪声领域最为准确的计算模型之一。     

柴油机燃用水乳化柴油着火时刻的化学动力学特性

以4100QBZL-2型增压直喷柴油机为研究对象,利用美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的正庚烷第三版详细模型进行化学动力学计算,对被测发动机上燃用纯柴油,体积分数为:10%。、20%、30%的水乳化柴油时缸内的着火时刻进行模拟研究,并将化学动力学计算结果与试验结果及计算流体力学与正庚烷简化模型(CFD-SKLE)的耦合计算结果进行对比分析。研究结果表明:水乳化柴油所引起的着火时刻延迟是由于乳化燃料中的水分在缸内的物理现象所引起。从化学动力学的角度来分析,乳化燃料内的水分可以促进H、O、OH、HO2等自由基在低温反应(冷焰)阶段的大量生成,为随后的高温(热焰)反应提供了条件,最终使着火时刻提前。通过对掺水后正庚烷氧化反应的敏感性分析可知,水分会在正庚烷氧化的低温反应时期对过氧烷基的异构化过程与过氧化氢酮的分解过程产生了促进作用,从而加速正庚烷氧化的链式反应的进行。     

Mathematical simulation and calculation of the soil compaction under dynamic loads

The deformation and compaction of loamy sandy soddy-podzolic soils under linear dynamic changes in the compressive stresses and in the course of the soil creeping were studied in field experiments. The rheological properties of these soils occurring in the viscoelastic state were described by a first-order differential equation relating the compressive stresses, the rates of their changes, and the velocities of the relative vertical compressive deformation. Regression equations were derived for the viscoelastic properties of the studied soil as functions of its density, moisture, and linear compaction velocity. Methods were proposed for the calculation of indices of the stress-strain state and the compaction of soils under specified conditions of changes in their compressive stresses with time and in the course of the soil creeping after the initial linear increase in load. Corresponding computer programs were developed. The effect of the main factors due to the linear increase in the compressive loads and in the course of the soil creeping on the rheological properties, the stress-strain state, and the density of soils was quantitatively estimated. The calculation showed that the values of the soil deformation and the density under compressive stresses lower than the ultimate strength were stabilized with time, and the properties of the viscoelastic soil approached elastic ones.     

顾及尺度效应的矿粮复合区耕地非粮化空间异质性及其关联因素

深入研究耕地非粮化空间异质性及其关联因素,有助于科学管控耕地非粮化和有效保障粮食安全。该研究以矿粮复合区德兴市为例,从尺度效应和空间近邻效应出发,综合采用莫兰指数、最小二乘法、空间自相关等方法,借助空间自相关模型探讨了耕地非粮化在不同尺度下关联因素的变化情况。结果表明：1）矿粮复合区的耕地非粮化存在3种形式,整体非粮化分布呈现强空间自相关性和强空间异质性,多数尺度下呈现显著的空间溢出效应;2）矿粮复合区耕地非粮化空间异质性存在明显的尺度效应,依据情况可以划分为4个区块尺度等级;3）耕地非粮化关联因素在不同尺度上呈现的显著性不一致,小尺度等级下耕地非粮化回归结果的显著率为90.2%,拟合度平均值为0.236,优于其他尺度等级,集水区尺度优于行政村尺度;4）耕地非粮化的关联因素强弱程度也具有明显的尺度效应,在小尺度下最显著,主要因素的回归系数平均值均大于0.250,显著率达到92%。研究结果可为耕地非粮化管控和农业高质量发展提供依据。     

发动机冷却水套穴蚀机理分析与试验

为研究柴油机冷却水套内空化现象的产生机理,该文使用计算流体力学(CFD)方法研究施加壁面振动的不同入口流速、不同流场温度时冷却水套内部流体的流动特性及空化特性,同时设计并搭建可施加壁面振动的可视化空化试验台,对计算结果进行了验证。研究结果表明:空化现象主要发生在圆弧壁最小间隙位置,并在下游区域发展壮大;冷却水入口流速的增加会使得空化现象略有加强,但并不明显;当冷却水温为50℃时,空化现象较强,当水温逐渐升高时,空化现象反而减弱;当圆弧壁面有振动时,空穴现象明显加强,并且其产生的空化效果明显强于冷却水温及入口流速等因素的变化所产生的空化波动。此研究的结果将有助于控制发动机冷却水套中空化现象的发生,并降低冷却水套穴蚀的发生风险。     

耦合法用于柴油机冷却系统传热的研究

在研究柴油机冷却系统的流动和传热问题时,边界条件的确定往往成为难点。该文将某六缸柴油机活塞-缸套-冷却液-机体组成一个固流耦合传热系统进行整体传热仿真计算,解决了单独研究固体部件和流体传热时无法确定其边界条件的问题;通过缸套内壁轴向一些试验测点温度的计算值与实测值对比,研究了网格对模拟计算精度的影响;在结合了计算资源与计算精度的条件下,仿真计算得到冷却系统温度场分布、流场分布、压力损失等信息,这些信息对柴油机的设计具有指导意义。