基于流固耦合效应的梯级泵站输水管道振动特性分析

为解决管道结构固有振动特性分析中选取高精度流固耦合模型的方法问题,以景电工程中梯级泵站输水管道为研究对象,运用附加质量法和直接耦合法原理,建立不同的流固耦合模型,对其进行固有模态特征提取,并将求解结果与SSI法模态辨识结果对比。结果表明:直接耦合法模型的结果与SSI法辨识结果吻合得较好,最大误差为3.62%,同阶次的计算精度均优于附加质量模型,频率间隔小,弥补了附加质量模型出现的模态缺失现象;直接耦合模型的计算结果在模拟阶数和精度方面都优于附加质量模型,能较好地反映管道结构的固有振动特性,可在复杂管系结构的动力特性分析中应用。     

水电站进水塔结构分析方案研究

水电站进水塔结构的安全直接关系到整个电站的安全和效益。采用三维有限元法分别建立了实体单元模型和梁单元与实体单元混合模型,开展了静、动力分析研究,对两种模型的计算结果进行了对比。结果表明,水电站进水塔采用两种模型计算的结果呈现出相同的规律。水电站进水塔结构分析可采用以实体单元模拟的成果作为结构分析的基础,在前部拦污栅框架部分的内力分析和配筋计算上以梁系与实体联合模拟的成果作为有效补充,为工程设计提供更为科学合理的参考依据。     

等效力学模型下的渡槽动力响应分析

针对大型渡槽在水体晃动作用下的结构动力响应问题,以结构动力学及流体动力学原理简化槽内水体与槽壁间的晃动阻尼作用,建立了渡槽等效力学分析模型,并以EL-centro波横向输入,采用三维有限元及实程分析技术,对不同过水量下结构动位移及应力进行了计算分析。结果表明,渡槽水体晃动动水压力对槽身横向动位移影响较其它方向更为显著;相比附加质量法计算结果,通过等效力学模型计算得到的结构动力响应均有不同程度降低,其中横向减幅最为显著;在大型渡槽结构设计中,考虑液体阻尼效应的等效力学模型相比附加质量法更接近实际情况,为工程实际提供参考依据。     

广蓄B厂尾水闸门三维有限元分析

针对广蓄B厂尾水平面闸门,建立了以板壳单元为主的有限元模型,采用NASTRAN软件计算了闸门的应力和变形,根据规范校核了闸门的强度和刚度,并验证了工程算法计算主梁弯、剪应力是有效的,而计算位移及复杂部位应力则有局限性。应用“虚拟流体质量法”分析了水体对闸门自振特性的影响,结果显示流固耦合作用不容忽视且不同振型受影响程度不同,另外增加约束可以提高闸门抗振性能。     

混流式水轮机固定部件动力特性分

提出了一种混流式水轮机固定部件动力分析附加质量的计算方法,通过引入质量单元将附加质量添加到固定部件结构的有限元控制方程,使用附加质量模型简化计算部件结构的流固耦合效应。与基于压力－位移格式的计算模型相比较,基于本文附加质量的模拟方法是可行的。     

三峡水库运行诱发地震机制研究

基于断裂力学的理论,对断层应力强度因子进行了复合及分析,研究了库区断层在库水荷载(包括库水荷栽所产生的附加应力场和超孔隙水压力)和区域构造应力场叠加作用下,发生诱发地震时所产生的能量及震级,并建立了相应的计算公式及得出相应影响参数,证明了在水库运行过程中水位频繁变动加大地震诱发可能性的结论正确性.     

模型驾驶室的声学灵敏度分析

车身的声学灵敏度是指施加于车身的单位力产生的内部声压，是一种提高车辆NVH特性的很有效的途径。本文以一拖拉机驾驶室模型为研究对象，建立了其声振耦合模型，计算了该驾驶室模型的声学模态和声振耦合模态。并根据声振耦合特性和声学灵敏度分析方法，计算分析了在悬架接触点处振动激励引起的驾驶员耳旁的噪声灵敏度。     

基于离散元的秸秆-土壤复合体载荷传递研究

针对目前玉米秸秆-土壤混合介质下土壤应力传递特性不明确的问题，以黄淮海麦玉一年两熟区土壤为研究对象，借助离散元仿真软件EDEM中Hertz-Mindlin with JKR接触模型，建立了0、30%、40%、50%含量的秸秆-土壤混合介质离散元模型。以室内平板载荷试验为基础，对建立的秸秆-土壤混合模型进行离散元模拟仿真，通过控制加载板的施加力大小和作用时间记录不同加载状态下4种秸秆含量土壤颗粒的运动规律；同时，对土壤剖面进行分割，取土壤模型的3个不同深度土层，深度分别为40、90、140mm,进一步从仿真的角度揭示秸秆含量对土壤应力传递的影响。仿真结果表明：在秸秆-土壤混合介质中，秸秆通过减小土壤颗粒间接触面积来减小土壤间摩擦力以及改变土壤颗粒的运动方向等方式对土壤应力的传递起到阻碍作用；秸秆的添加会导致应力垂直传递减少，在40mm处各应力值比无秸秆时分别降低了21.7%、52.9%、67.2%;在同一施加力情况下，土壤应力随着作用时间的增加呈先降低后增加趋势，随秸秆含量的增加呈先增加后降低趋势。综合而言，适量的秸秆含量能够显著改善土壤的力学行为，当秸秆还田比例为10%～30%时土壤应...     

流域河流系统水文-水动力耦合模型研究综述

流域和河流属于复杂巨系统,通过水文-水动力耦合的方式可建立起2者之间的水力联系,同时弥补了模型各自的不足,提高了水文预报的精度。系统概述了水文-水动力耦合模型在国内外的应用情况,归纳总结了耦合模型的基本理论框架以及模型耦合与评估的一般方法,并从学科发展与应用角度提出了耦合模型的应用难点与发展趋势,以期为流域河流系统的精细化水文模拟与预报研究提供一定的借鉴和参考。     

基于邓肯-张模型的堆石坝有限元分析

随着堆石坝坝高的增加,坝体应力变形分析已成为坝体设计中不可缺少的一部分,有限单元法是进行应力变形分析的一种有效方法。基于ANSYS研究平台,对ANSYS进行二次开发,利用参数化设计语言APDL编写程序,建立邓肯-张本构模型,模拟堆石坝施工程序,分层填筑坝体,逐步施加荷载。利用邓肯-张模型分析堆石坝坝体应力应变随时间的变化过程。计算过程中,为使大坝的填筑和蓄水过程更接近工程实际情况,程序把每一荷载步计算完成后的终了应力输出,作为下一荷载步的初始应力。由于初始应力的引入会造成附加位移,采用约束荷载平衡法消除这一位移对坝体变形的影响。利用二次开发程序对均质和非均质堆石坝分别进行研究,结果符合堆石坝坝体应力应变分布规律,程序具备相应的可靠性。该程序基于参数化设计,使用方便,可普遍应用于堆石坝工程的应力应变分析。     

基于悬架刚柔耦合模型的汽车平顺性

基于多体动力学理论,应用机械系统分析软件ADAMS/Car,建立了计及悬架下摆臂、纵向推力杆和横向稳定杆柔性的刚柔耦合整车模型,其中柔性杆件的模态通过有限元分析获得.对车身、下摆臂垂直加速度功率谱密度以及悬架动行程和轮胎动位移进行了分析.并与多刚体模型的仿真结果进行了比较.研究结果表明:与刚体模型相比,刚柔耦合的作用使车身垂直加速度功率谱密度的幅值降低了21.5%,下摆臂垂直加速度功率谱密度的峰值减小71.3%,轮胎动载荷减小约10%,悬架动行程增大15%～20%;刚柔耦合模型之间的差异随车速提高,悬架构件的柔性在汽车平顺性分析中不可忽视.     

白鹤滩进水塔底板混凝土多层浇筑秋季施工温控方案优选

为研究白鹤滩进水塔秋季施工的温控防裂问题,采用三维有限单元法对进水塔秋季施工过程与温控措施进行模拟。运用ANSYS软件将保温、通水时长、绝热温升、浇筑温度等对秋季多层混凝土施工期温度和温度应力的影响进行了仿真计算。以底板为例,分析比较各方案下底板特征点的温度应力和最小抗裂安全系数,得到结论:多层混凝土浇筑施工过程中通水时间不宜过长,否则会增大混凝土前期应力;降低浇筑温度能使混凝土的温度均匀降低,而选择低热混凝土对于不同部位的温降效果不同。     

基于鱼形颗粒群追踪的贯流泵鱼类撞击损伤特性研究

叶片撞击是鱼类过泵损伤的最主要因素，为了研究鱼类通过贯流泵的撞击损伤特性，基于CFD-DEM耦合方法，通过修改耦合接口代码优化曳力计算模型，研究贯流泵中鱼体与叶片及壁面撞击后的运动行为及受力损伤。以简化的平板撞击鱼类为数值模拟的切入点，分析了鱼体受到撞击损伤的影响因素，并预测鱼体的过泵损伤死亡率。结果表明：通过数值模拟与实验拟合，得到导致鱼体长度与叶片前缘厚度之比(L/d)为2时鱼类死亡的撞击力阈值为2 446 N;减小叶片前缘倾角、减小鱼体撞击速度、增大叶片前缘厚度，可降低鱼体与叶片前缘碰撞受力来降低鱼体的受力损伤；贯流泵中鱼体与叶片前缘碰撞产生的撞击力最大，撞击损伤最严重，是贯流泵装置中造成鱼类死亡的主要部件；泵站来流中鱼体尺度越小，叶片撞击概率越低，减小L/d,可以降低前缘撞击力，从而提高鱼类过泵存活率。     

考虑损伤作用的岩体流固耦合分析

结合岩石全应力应变过程中渗透性变化特点,综合已有的各种岩体渗透系数变化关系,根据岩体弹塑性状态的不同,分别建立渗透系数随应力和损伤变化的函数,给出了更为符合实际情况的渗透系数动态演化模型,同时考虑岩体塑性损伤本构,建立塑性损伤流固耦合分析模型,为岩体流固全耦合分析提供了一种有效的途径。利用ABAQUS的二次开发接口编制了相应的USDFLD用户子程序,应用于某引水隧洞围岩的稳定性分析中,得到一些有益的结论。     

岩溶塌陷水动力-力学耦合过程数值模拟——以武汉市青菱乡为例

岩溶塌陷是近年来我国频发的主要地质灾害之一,地下水是影响岩溶塌陷的重要因素,基于Terzaghi固结理论和GMS软件建立水动力-力学耦合模型,在GMS软件模拟流场的基础上编制了力学计算程序,实现了水动力-力学耦合模拟,因此本文的研究具有十分重要的理论与实际意义。以武汉市青菱乡烽火村地质条件为背景,通过建立的水动力学-力学耦合模型,对武汉市青菱乡重点塌陷区的岩溶塌陷进行了模拟及预测评价。结果表明与定性分析的影响因素一致,降雨加速了土体破坏变形,加快了土洞破坏;工程建设排水发生流砂现象,使砂层发生破坏;长江水位波动所引起的力学效应对土洞的发育具有明显影响。     

基于Cosserat理论的仿生鱼骨连续型机器人静力学分析

连续型机器人具有良好的灵活性、柔顺性和人机安全性等优点,受生物鱼骨结构启发,提出了结构紧凑、质量轻、灵活性高的仿生鱼骨连续型机器人。但多节垂直交叉的刚柔软耦合结构模式使仿生鱼骨连续型机器人静力学的精确建模难度增加。本文基于Cosserat理论考虑了驱动绳索和弹性骨干的耦合作用对该机器人进行静力学分析,建立了仿生鱼骨连续型骨干的Cosserat-rod模型和驱动绳索的Cosserat-string模型以及二者的耦合模型,预测了一节仿生鱼骨单元以及垂直交叉串联布置的两节仿生鱼骨单元的变形规律。理论与实验结果相比,理论值误差在1.5mm之内,为其长度的1.2%。本文为绳索驱动的刚柔软耦合连续型机器人的静力学建模提供了理论参考。     

机车轴箱双列圆柱滚子轴承损伤-振动模型及有限元模型的建立

课题组梳理、分析了前人对轴承退化过程的研究,在此基础上有针对性地提出了机车运行损伤-振动的耦合过程。通过振动微分方程导入可量化的损伤因子,初步得到与损伤相关的振动退化模型;对轴承退化过程进行了详细分析,包括轴承游隙与载荷分布的相互影响关系、内圈裂纹对轴承载荷分布的影响、载荷分布对内圈裂纹扩展的影响。同时利用VB语言编制了轴承载荷分布计算程序,提高了研究效率。根据运行的高速铁路轴箱轴承样品相关参数,建立了研究对象的损伤有限元模型,并得到了初步仿真结果。仿真结果表明：损伤裂纹两端出现了最大边缘应力值,内外圈滚道两端也有应力尖峰;裂纹改变了原有滚道接触应力走势与最大应力值,对接触应力造成直接影响。     

基于ANSYS的双料箱施肥机搅刀结构优化设计

为了提高双料箱施肥机搅刀的强度,在对搅刀结构及工作原理分析的基础上,建立三维模型并基于EDEM进行离散元仿真分析得到刀片所受力的变化;然后,通过单因素静力学仿真试验,建立了搅刀参数与最大等效应力之间的单因素数值拟合模型;在此基础上,通过正交仿真试验及回归分析,建立了多因素的数值拟合模型,并将数值模型的理论值与正交试验值进行比较,验证了模型的准确性;最后,以最大等效应力的最小值和搅刀质量的最小值为优化目标,基于遗传算法进行参数优化。仿真结果表明:优化后的搅刀最大等效应力减小了8.25%,质量降低了1.55%,满足优化设计要求,为双料箱施肥机搅刀设计改进提供了参考。     

云谷川倒虹吸压力钢管焊接工艺与残余应力研究

以青海省云谷川倒虹吸为工程背景,采用有限元分析软件ANSYS,建立考虑热-固耦合效应的压力钢管全熔透坡口焊三维焊接有限元模型,选用单向顺序耦合法,对输水压力钢管进行数值模拟分析,提出合理的焊接工艺,计算不同焊接工艺的压力钢管焊接残余应力和残余变形分布。焊接热源采用内生热率热源模型,多道施焊过程采用热源生死单元法模拟焊接全过程,从压力钢管施焊后内部残余应力与残余变形的大小及分布等方面进行对比分析,提出压力钢管制作的焊接工艺建议,为实际工程压力钢管制作提供技术依据,为类似工程提供技术参考。     

超磁致伸缩执行器全耦合非线性动态有限元模型

超磁致伸缩执行器在高频率下工作时,能量损失不仅包括磁滞损失、Terfenol-D棒涡流损失,还包括执行器导磁回路的附加涡流损失,同时执行器上存在磁场、电场、温度场及机械应力场四场之间的耦合.本文考虑超磁致伸缩执行器Terfenol-D棒质量、预压应力、偏置磁场、磁滞和涡流损失,从电场、磁场和机械应力场三场耦合角度,建立超磁致伸缩执行器三维非线性动态有限元模型.超磁致伸缩材料磁滞特性由Berqvist和Engdahl磁滞模型来描述.应用FEMLAB建模分析并与实验结果对比,发现模型与实验结果吻合较好,验证了所建立三维动态FEM模型的正确性.