数学建模在梯形明渠水力计算中的应用

通过对梯形明渠水力计算公式进行适当变换,建立了2种水力计算的数学模型,并借用Matlab数学软件进行编程计算,计算结果表明,该法不依赖图表,计算便捷且精度很高,可供工程实际参考应用。     

增负减时夹逼下农科大学土木水利类力学结构系列课程教学改革与实践——以工程力学教学为例

在大学生合理增负及专业基础课时压缩的背景下,针对农科大学理工科学科单薄的问题,以工程力学教学为例,重点讨论了农科大学土木水利类卓越工程师培养中力学结构系列课程教学改革应遵循的原则及措施。原则上应以问题(发现问题、分析问题、解决问题)能力培养为宗旨,以专业培养目标为导向,科学制定专业培养方案及系列课程教学大纲,搭建安全耐久的知识结构,培养批判性思维方法。措施上以系列课程体系为单元制定模块化教学大纲,打通各门课程壁垒、加强课程间的有机衔接,强化系列课程系统中的重点和难点、淡化各门课程自身体系完整及所有知识点全面,实现从单一学科教学向问题引导聚焦研讨教学的转变,从离散知识点传授向综合创新能力培养的转变,从单门课程重点讲授向系列课程关键难点剖析的转变;同时,也要配合相应的系列课程教学内容、教材建设及教学过程的组织及教学方法优化。这样才能真正实现增加大学本科课程难度、拓展课程深度、扩大课程的可选择性及创新能力培养,激发学生的学习动力和专业志趣,让课程变的具有挑战度,全面提升农科大学卓越工程师的培养质量。     

冻土与扩大台基相互作用的有限元分析

以冻土与扩大台基作为一个整体结构,将各向弹性模量及泊松比随温度、水分、应力变化的冻土视为正交各向异性的非线性材料;将冻土冻胀系数作为负线膨胀系数,按结构温度应力的计算方法,应用结构非线性分析的有限元法,对冻土与扩大台基之间的相互作用进行了数值计算,获得其应力场、位移场及冻土与扩大台基之间的各种作用力;理论分析结果与模型试验吻合,并提出了一种求解冻土与基础相互作用的通用数值分析方法。     

弧形钢闸门空间框架体系可靠度分析

根据《水利水电工程钢闸门设计规范》、结构可靠度理论及弧形钢闸门空间框架的失效模型,提出其空间框架体系可靠度计算的串联模型及计算方法;在对钢闸门基本构件可靠度研究的基础上,应用该串联模型及计算方法,分析了弧形钢闸门空间框架体系的可靠度。结果表明：按现行规范设计的双支臂弧形钢闸门空间框架体系的可靠度指标最低为３．４（１６Ｍｎ钢）或３．２（３号钢）,比基本构件的可靠度指标小０．８５,与建筑《设计标准》的     

弧脚梯形衬砌渠道抗冻胀及水力合理断面的分析

【目的】推导出适宜于季节性冻土区弧脚梯形衬砌渠道的断面形式。【方法】根据冻土力学、水力学、工程力学理论,分析弧脚梯形渠道砼衬砌冻胀破坏机理及破坏特征,指出对季节性冻土区弧脚梯形渠道最优断面的设计,要从结构抗冻胀和水力学两方面考虑,以砼衬砌体同时满足水力最佳及抗冻胀性能最优为原则,对弧脚梯形渠道断面的最优形式进行推导。【结果】根据工程实践中常用的取值范围,在综合考虑水力最佳断面及砼衬砌板抗冻胀性能最优的基础上,得到最优断面的几何参数,即水力最佳和抗冻胀性能最优的弧脚梯形最优断面为:渠底宽是设计水深的0.53倍,坡脚圆弧半径是设计水深的0.3倍,坡脚圆弧中心角即边坡板的倾角为51°。【结论】此断面形式不但能适应季节性冻土区渠道防渗抗冻胀工程的实践要求,而且便于机械化施工。     

基于光热地资源的特色农业精细区划指数模型 ——以韩城市花椒种植为例

以陕西韩城市的特色农业——花椒种植为例,依据特色农作物生长发育所需光、热、地资源,选取年均太阳辐射量、日照时间、多年平均日气温、≥10℃活动积温、坡度、坡向作为适宜性区划评价指标,借助韩城及周边共计10个气象站的气象资料和数字高程模型(DEM),采用多元回归分析、空间插值、地形因子修正、指标量化分级等方法,构建了光热地...     

方形喷洒域摇臂式喷头流道优化及内部流场数值仿真研究

针对圆形喷洒域摇臂式喷头喷洒重叠多和超喷漏喷普遍,现行方形喷洒域摇臂式喷头机构复杂、旋转能耗大、局部水头损失大、喷洒形状与标准正方形偏差大等问题,该文通过对流量调节器喉口断面菱形化和流道流线化,对方形喷洒域摇臂式喷头流量调节器的形体进行优化,减少了不利的水头损失,实现了精准方形喷洒的目标。根据水动力学的能量方程及动量方程推出了流量调节器局部水头损失的计算公式;并运用三维软件Pro/E建立流量调节器及喷头的三维内流道几何模型,利用CFD软件建立其流体力学RNG k-ε湍流数值模型,对流量调节器及喷头的内流场进行数值模拟,获得了压强、流速的动态分布规律,进而求得优化前后方形喷洒域喷头不同旋转姿态时的水头损失及流量,结合同型号喷头的出口流量与射程关系计算出优化前后的射程,进而对优化前后方形喷洒域喷头不同旋转姿态时的水头损失、流量、射程及喷洒形状等性能进行全面评价,验证方形喷洒域摇臂式喷头流道优化成果的可靠性。结果表明:优化后的方形喷洒域摇臂式喷头结构简单、水力自控、节能耐久、喷洒形状标准、水头损失小;在额定工作压力范围内优化后的摇臂式喷头水头损失降低25.8%,流量增大12.87%,喷洒形状系数提高15.6个百分点,为方形喷洒域摇臂式喷头的设计制造及应用推广提供理论参考。     

基于弹性地基梁理论的梯形渠道混凝土衬砌冻胀力学模型

冻胀破坏是寒区渠道衬砌破坏的主要方式,建立合理的冻胀力学模型是渠道衬砌抗冻胀设计的基础。该文基于Winkler假定,将渠道基土的冻胀效应等效为一组相互独立且垂直或平行于衬砌板的弹簧。冻胀量通过弹簧的伸长量体现,冻胀力通过弹簧被压缩产生的反力体现。结合梯形渠道冻胀时衬砌板的受力特点,应用SL23-2006《渠系工程抗冻胀设计规范》冻胀量的计算成果,建立基于弹性地基梁理论的梯形渠道混凝土衬砌冻胀力学模型,其合理性通过与甘肃省靖会总干渠梯形渠道的前人试验和数值模拟结果进行比较验证。结果表明,该文模型计算的冻胀量和冻胀反力的分布规律与前人的试验和数值模拟基本吻合;计算的冻胀量和试验结果整体相对平均误差为4.72%,计算结果合理。该文模型与现行规范推荐的冻胀量计算成果有机衔接,可为寒区渠道抗冻胀设计提供参考。     

季节冻土区衬砌渠道换填措施防冻胀数值模拟

为了防治季节冻土区衬砌渠道的冻胀破坏,对渠基易冻胀土体进行换填的防冻胀措施效果进行研究,考虑实际边界条件,建立浅层冻土相变温度场数学模型,应用有限元软件对沈阳市浑北灌区渠道进行不同换填深度的热力耦合分析,结果表明：渠道阴坡、渠底、阳坡表面下1.670 m、1.128 m、1.547 m处为冻融活动区;换填厚度与冻深近似呈正比关系;随着换填深度的增加,砼衬砌渠道的法向冻胀量减少;渠道阴坡、阳坡及渠底的换填率分别为53.9%、58.2%、79.8%时,砼衬砌板的法向位移分别减少96.9%、95.54%、96.83%;法向位移0.6～0.7 cm,在规范允许值(0.5～1.0 cm)内,有效地消减了渠道的冻胀破坏,可为工程换填优化设计提供理论参考。     

考虑水分迁移及相变对温度场影响的渠道冻胀模型

冬季渠基冻土中水分迁移及相变产生的巨大潜热对温度场影响显著,由此,该文建立了考虑水分迁移与相变潜热的渠基土体冻胀模型。模型将冻土视为低温膨胀性材料,将相变潜热作为材料的等效热容加入热传导方程中;根据Clapeyron方程和达西定律建立饱和冻土冻结锋面处水分迁移表达式,并以迁移水相变潜热作为热传导方程热源项;采用COMSOL对模型算例求解,与不考虑相变和水分迁移的模型比较发现：相变作用对渠道温度场和变形场影响较大,考虑相变后,冻深推进缓慢,且冻深减小,衬砌板变形整体减小,较不考虑相变的模拟结果更接近实际情况,验证了本模型的合理性,为寒区工程冻胀设计提供参考。