平板叶栅叶片转矩的计算及试验验证

对平板型喷嘴叶栅进行了试验研究,得到了4种不同来流条件下喷嘴叶栅的转矩变化规律,并对试验中的误差来源和误差水平进行了分析。通过试验对数值计算进行了验证。结果表明,数值计算结果与试验结果吻合良好,验证了采用数值计算方法进行喷嘴叶栅转矩预测的可行性。     

FRP部分预应力混凝土梁受力全过程数值分析

为对FRP部分预应力混凝土梁进行受力模拟分析和参数变化研究,对其现有不同可变形性指标进行对比及徐变变化研究,建立了可分析FRP有粘结或无粘结部分预应力混凝土梁全过程反应的数值计算方法,并编制了相应的计算程序。该数值分析方法是基于增量变形的混凝土受弯构件的非线性分析理论。在该数值计算过程中,有粘结非预应力筋及有粘结预应力筋可以是常规的钢筋或高强钢筋,也可以是FRP筋。与3个不同学者进行的相关试验梁的试验结果对比表明,数值计算结果与试验结果符合较好,是可行和可靠的。     

非饱和土体补水过程水分迁移数值分析

为了模拟地下水在路基中的上升过程,在室内对小型试件进行底部补水试验,动态观测土样含水量随时间及试件高度的变化过程,分析不同时刻湿润锋面上升速率与试件高度的关系,并通过建立一维非饱和土体水分迁移数值方程模拟该试验中土样含水量的变化状态。结果表明,水分迁移方程数值模拟的结果与实测值吻合较好;土体水分运动参数是影响数值模拟结果的重要因素之一。     

沥青混合料小梁蠕变试验与数值分析

蠕变性能是评价沥青混合料的重要指标之一。利用三分点小梁弯曲试验对沥青混合料的蠕变性能进行研究,探讨加载水平对蠕变曲线的影响。通过对试验蠕变曲线的拟合,获取沥青混合料的粘弹性参数,利用有限元方法对沥青混合料小梁的弯曲蠕变试验进行数值模拟,得出不同温度及不同荷载条件下沥青混合料小梁蠕变规律,并与试验结果进行比较。研究表明,同一温度下,随着应力水平的增大,永久变形会随之增大,且稳定期应变发展速率也会增大;粘弹性数值分析结果与试验结果吻合良好,可以反映沥青混合料蠕变前2个阶段的变形特征。     

基于OpenFOAM的矩形断面涡激振动数值模拟

针对结构涡激振动数值模拟问题,以开源流体动力学计算软件OpenFOAM 3.0为平台建立结构涡激振动数值模拟方法,即将结构涡激振动问题简化为单自由度振子模型,采用Newmark-β法进行结构振动方程求解,应用OpenFOAM动网格求解器进行动网格计算与更新。以宽高比为5的矩形断面为例,首先采用3种不同的雷诺平均(RANS)湍流模型(即SST k-ω,k-ε和k-ω模型)进行风攻角为a=0°,2°,4°,6°时静止绕流计算,以检验不同湍流模型的计算精度;然后对矩形断面在0°风攻角下竖向涡振响应进行了数值模拟,并与已有文献和试验结果进行比较。研究表明:3种湍流模型的计算结果总体较为接近,且与试验结果较为吻合,其中SST k-ω湍流模型的计算结果与试验结果吻合相对最好;对于升力系数和升力矩系数,3种湍流模型的计算结果都与试验结果存在一定的差异;总体而言采用OpenFOAM的SST k-ω湍流模型所得静止矩形断面绕流计算结果与试验结果吻合较好。矩形断面涡激振动响应数值模拟结果与试验结果相比锁定风速区间有一定前移,且最大涡振振幅较试验结果略偏大。     

预应力CTRC板加固预载梁弯曲性能的数值研究

对预应力CTRC板加固预载梁的弯曲性能进行了试验和数值模拟研究。根据预载梁的卸载水平和持载水平设置了6个试验工况。试验和数值模拟结果表明,加固梁极限承载力的数值模拟结果与试验结果接近。与未加固的模拟梁相比,加固梁的极限承载力模拟值明显提高,极限承载力模拟值提高的最大比例为74.0%,但卸载水平和持载水平对加固梁的极限承载力影响较小。试验结果和数值模拟结果的对比证明了预应力CTRC板加固预载梁数值模拟的有效性和准确性。     

Numerical Simulation on Tri-component Force Coefficient of Bridge Section

应用数值模拟方法研究桥梁断面的雷诺数效应,采用计算流体力学(CFD)软件FIUENT中的3种不同的湍流模型,即标准κ-ε模型、雷诺应力方程模型及Spalart-Allmaras模型,对流线形桥梁断面的三分力系数随雷诺数的变化进行数值模拟计算,并将数值计算结果与高雷诺数风洞试验结果进行比较.计算结果表明:数值模拟结果与风洞试验结果非常接近,阻力系数的最大误差不超过4％;升力系数的计算结果比试验结果要大,相对误差不超过3％;当雷诺数小于6.0×105时,升力矩系数的计算结果比试验结果要小,雷诺数大于6.0×105时,升力矩系数的计算结果比试验结果大,计算误差不超过6％.研究进一步证实了流线型轿梁断面存在着三分力系数的雷诺数效应.对于流线型桥梁断面,宜采用标准κ-ε模型对其三分力系数进行数值模拟计算,计算结果能够符合精度要求.     

沉井基础基底接触应力分布规律分析

基底接触应力分析是研究沉井基础承载能力的基础。为确定沉井基础基底接触应力在不同荷载下的分布规律,制作5组不同宽度和埋深的基础模型进行静载试验,研究沉井基础在加载过程中基底接触应力的分布及变化规律,并基于极限平衡理论提出不同荷载阶段下基底接触应力的简化计算公式,将计算结果与试验结果及数值模拟结果进行对比。结果表明:基础边缘土体尚未屈服时,基底接触应力沿基础中心线对称呈均匀分布或抛物线形分布,基础边缘应力大于基础中心应力;基础边缘土体屈服后,基底接触应力峰值逐渐向基础中心移动,整体分布呈马鞍形;提出的基底接触应力计算方法结果与模型试验和数值模拟的结果大致相同。     

新疆伊犁河大桥大型群桩基础试验与数值研究

依托新疆伊犁河大桥,基于其单桩静载自平衡试验结果,通过单桩有限元数值模拟与静载试验反演分析,确定土性参数,对大桥施工阶段群桩承载性状作了现场监测,并用ANSYS对承台群桩基础与土体共同作用进行三维弹塑性有限元分析,数值模拟所得群桩中各单桩桩顶和桩底反力与现场监测成果较一致。在用静载试验和现场监测成果验证数值分析的正确性下,用数值分析对群桩在各荷载工况下的单桩反力分布情况、承载变形曲线作了深入分析。结果表明,群桩基础受力处于合理的范围,几乎无不均匀沉降,基础下不同部位桩的受力随上部荷载的增加而有所调整,但最大与最小轴力差相对变化不大。所得结果可为类似的设计工作提供可靠的理论依据和参考。     

长短组合桩工程特性的数值模拟研究

以江苏省常州市某拟建新厂区软弱地基上的长短桩复合地基为背景,在现场单桩静载试验的基础上,运用ABAQUS有限元软件对长短桩复合地基的承载性能进行了数值模拟,并将现场试验和数值模拟结果进行对比。结果表明:数值模拟结果与现场单桩静载试验结果十分接近,验证了ABAQUS建模的合理性和可行性。     

低净空全套管灌注桩机研制及施工影响分析

针对常规全套管灌注桩机施工作业无法满足4 m以下低净空条件的问题，研制出一种能够解决因施工空间的限制导致无法进行全套管灌注桩施工问题的低净空全回转全套管灌注桩机，并进行了数值模拟和试桩施工影响分析。①通过改变钻进和取土方式，降低了设备机架高度及施工作业高度，实现了低净空全套管灌注桩施工作业；②通过试桩过程中孔隙水压力测试、深层水平位移监测、地表沉降观测和地下水位监测，明确了低净空全套管灌注桩施工对周围地层的影响范围；③通过数值模拟分析施工扰动，明确了实际下穿工程中低净空隔离桩的施工对既有桥梁结构的影响。研究结果表明:通过钻进和取土系统的结构创新，低净空全套管灌注桩机可以实现桐泾路北延隧道工程3.6 m极限高度下的隔离灌注桩的施工，且隔离桩施工基本不影响既有高铁桥梁结构的稳定与安全性。     

浅埋顶管沉井周边土体的三维破坏形状及沉降研究

为研究顶管沉井及周边土体在顶进力作用下的形变范围与大小，以加固旋喷桩作为沉井周围加固体建立ABAQUS软件计算模型，并将模拟结果与工程实例、PLAXIS 3D软件所得结果进行对比分析。同时，采用广州地区花岗岩残积土进行室内沉井模型试验，并通过试验结果对数值模拟结论进行验证，得出结论如下： 1）在开挖基坑前达到设计强度的旋喷桩能有效减小基坑周边土体塌陷变形、坑底隆起。2）在施加工作顶推力下，前侧主动区首先出现贯通裂缝，竖向位移斜率增大出现明显拐点；继续增大顶推力，土体位移会急剧增大导致地表沉降严重。3）对于后背土体，在顶推力作用下，地表破裂线的切线角度从0°逐渐增大至45°+φ/2，导致破裂范围也不断扩大；达到45°+φ/2处后，继续施加顶推力会导致短轴方向破坏范围扩大的速度较长轴方向的速度更快；三维空间中被动区破坏土体在地表处产生形状为椭圆的破坏面，椭圆长轴方向为顶推轴线方向，被动破坏体呈现为牛角状椭圆楔体。     

柴油机螺旋进气道稳流试验与CFD计算的对比分析

对某柴油机螺旋进气道进行传统的气道稳流试验,得到了涡流比和流量系数。在与试验条件对等的边界条件下,应用仿真软件FIRE建立了气道的三维仿真模型,对不同气门升程下进气道内的流场进行了CFD计算;对比试验与计算的结果,两者吻合良好。结果表明,仿真计算省时,成本低,便于方案对比,可以获得气道内的流场分布规律;在柴油机螺旋进气道设计开发与性能评价中具有实用价值。     

常泰长江大桥主航道桥桥塔基础选型研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m公铁合建斜拉桥,桥塔基础采用沉井方案。为降低沉井自重和减少桥墩局部冲刷,采用理论分析、数值模拟与水槽冲刷试验相结合的方式对沉井基础型式进行研究。结果表明:在圆端形、梭形及矩形3种截面型式的沉井中,圆端形截面沉井的水流阻力系数最小;台阶型沉井相比传统沉井可以削弱墩前向下旋辊及减小墩侧高流速区的范围;台阶型沉井台阶宽9.0~10.0 m、台阶顶埋深位于0.6 H(H为沉井周边水深)处、挡墙高度为0.15 H时,可以起到较好的减冲刷防护效果。根据研究结果最终确定该桥采用圆端形截面台阶型沉井基础,其底面尺寸为95.0 m×57.8 m(横桥向×顺桥向),圆端半径28.9 m,台阶宽9.0 m,埋置在床面以下0.6 H处,台阶顶构造采用直角挡墙方案(挡墙高约4 m)。     

高速铁路填方路基粗粒土细观力学性质的离散元模拟

基于离散元方法,建立一个表征填方路基粗粒土细观力学性质的颗粒流模型。同时,利用三维颗粒流程序PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,真实地模拟了粗粒土的颗粒级配曲线。通过大量的颗粒流数值模拟试验,准确地标定了表征粗粒土细观力学性质的相关细观参数。计算结果表明:离散元模拟结果和室内土工试验结果基本一致,粗粒土呈现出较大的体缩和体胀性,同时分别对比了不同围压下,路基粗粒土离散元模拟与室内三轴试验下的应力-应变曲线,其变化规律基本一致。     

某超深沉井不排水开挖数值模拟分析

南京某沉井项目采用了下沉式竖井掘进施工方法（VSM）,为国内的首次运用。本文基于MIDAS GTS NX有限元分析软件,对其掘进过程进行了数值模拟,模拟结果与监测数据吻合良好,为以后此工法的运用提供了参考。     

桥梁闭口箱梁三分力数值识别中的湍流模型比选

对以苏通桥断面为例的桥梁闭口箱梁模型进行了三分力系数CFD数值识别。分别采用不同湍流模型及近壁条件进行数值模拟,并将数值模拟结果与风洞试验值进行比较。同时使用层流模型采用加密网格进行数值模拟,对不同湍流模型模拟结果进行压力等值线的比较,通过识别得到的三分力系数和压力等值线,确定出闭口箱梁绕流数值计算最合理的湍流模型。     

并联结构换热器模块中冷却空气流量的分配

为提高车辆换热器模块的匹配设计能力,针对冷却风在并联结构换热器模块中的流量分配进行数值模拟和试验研究。在计算中把复杂的翅片结构简化为多孔介质模型,并采用RNGk-ε湍流模型进行模拟。通过换热器模块的风洞试验对数值计算结果进行验证。结果表明由于各换热器的阻力特性不同,流量的分配与设计时的理想状态存在较大的差异,阻力小的换热器中风速高,相对流量变大。     

旋转气流的数值模拟及试验验证

用稳流气道试验台对切向引入式的标准旋流筒进行了稳流试验,并用CFD软件对旋流筒内的三维流场进行数值模拟。提出数值模拟与稳流试验对比的方法,验证了模拟的正确性。     

不同雷诺数下车辆队列尾车发动机舱盖气动特性研究

数值仿真与模型风洞试验相结合研究了典型工况下两车队列中尾车发动机舱盖气动特性和两车间隔区域的流场,对比了缩比模型和实车模型对应雷诺数下车辆队列的流动形态。缩比模型仿真结果与风洞试验结果一致表明采用数值方法的可行。对比不同雷诺数下车辆队列气动特性发现,缩比模型与实车模型发动机舱盖表面平均静压分布基本相同,但在纵向对称面上,实车模型的前车尾迹比缩比模型更加上扬,底部区域气流速度更高。非定常条件下,实车模型前车尾涡相对尺度明显小于缩比模型,且扩散得更充分,尾迹区涡的分布状态更加混沌,发动机舱盖表面脉动能量的分布更加混乱。涡在两车间隔区域的运动并非简单的移动,而是一个由涡破裂、涡配对和涡融合构成的复杂过程。