铁路道床有砟-无砟过渡段动力特性的DEM-FEM耦合分析

针对铁路道床有砟-无砟过渡段的结构特点,采用离散元-有限元耦合模型分析散体道砟和无砟道床间过渡段的动力特性。散体道砟道床和无砟道床分别采用离散元方法 DEM和有限元方法 FEM模拟,而在过渡段将道砟颗粒嵌入无砟道床以增加道砟颗粒与无砟道床间的咬合力,并在离散元和有限元耦合区域实现了力学参数的传递。采用以上DEM-FEM耦合方法对有砟-无砟道床及其过渡段在列车荷载作用下的沉降过程进行了数值分析。计算结果表明,离散元方法中道砟颗粒间的力链呈现非对称梯形分布,其与有限元方法中的应力分布趋势一致;采用嵌入式道砟颗粒的方法可以增加有砟-无砟过渡段道砟间的咬合力,有效约束道砟颗粒的位移,减少有砟-无砟道床间的沉降差异。本文计算模型可以合理地分析有砟道床的力链分布以及无砟道床的应力分布,确定列车荷载下道床有砟-无砟过渡段的动力学行为。     

基于近场辐射声压信号的索力识别方法*

为准确、快速获取拉索结构索力,该文提出利用结构近场固定位置辐射声压信号对拉索进行索力测试的方法。基于动力学理论推导出结构振动加速度响应与其近场辐射声压响应的线性比例关系,并根据希尔伯特-黄变换推导了声压响应信号与结构频率的关系。对单根拉索依次施加3种不同工况的初始张拉力,并对结构中心表面处施加一瞬时脉冲力,使拉索受迫振动发声,通过对结构近场范围内拉索振动辐射声压进行测量,进而获得不同工况下不同位置声压响应信号,并探讨了在有高斯噪声干扰情况下通过希尔伯特-黄变换方法获取拉索固有频率的可靠性。数值模拟分析验证了该方法能较为准确地得到拉索固有频率并利用索力计算实用公式有效地计算出索力值,为实际工程中拉索索力测试提供了一种新的简单有效的方法。     

水性防污涂料的研究进展

海洋污损生物是海洋资源开发首先要面对的问题。防污涂料是防除海洋污损生物的关键材料。传统的防污涂料虽然发展成熟,但以油性溶剂为介质,存在挥发性有机物(VOC)排放过高、环境污染严重的问题。不释放VOC的水性涂料符合绿色无污染的环保要求,是防污材料领域研究的热点。本文对最重要的四种水性防污涂料(污损释放型水性低表面能防污涂料、自抛光型水性防污涂料、污损阻抗型水凝胶海洋防污涂料、强碱释放型水性硅酸盐防污涂料)从防污机理、制备方法和存在的问题等几个方面进行了综述,并对水性防污涂料的发展趋势进行了展望。     

内通道液冷镜湍流状态下弯道流阻影响因素分析

采用有限体积方法,研究了矩形内通道直角弯道流场及压力损失系数,主要分析通道尺寸、冷却液流速、冷却液浓度等因素对局部流场和压力损失系数的影响规律。结果表明:压力损失系数随流道宽度a和流道高度b的增大而逐渐减小,随流道间距e先下降后略微上升;弯道宽度c的变化会引起弯道局部流场和压力损失系数发生变化;液流流速越大,压力损失系数越小;冷却液浓度越大,压力损失系数越大。     

采用四象限探测器的光斑中心定位算法

为提高激光发射系统的监测精度,提出了一种基于四象限探测器的光斑中心定位算法,首先采用均匀分布的椭圆模型对光斑进行分析,根据四象限探测器工作原理,通过计算椭圆形光斑在四象限探测器上各对应区域所占面积进而推导光斑中心坐标表达式,然后采用解析几何的方法求取椭圆光斑的长轴与短轴,最后搭建四象限监测系统对算法进行实验验证;结果表明,所提算法能有效提高四象限探测器的光束监测精度,较传统方法精度提高21.3%。     

针对有砟道床动力特性分析的嵌入式离散元-有限元耦合方法

在离散元-有限元耦合方法中,离散元和有限元交界面处的耦合方式对整体有砟道床的力学行为影响显著.采用基于球形单元的镶嵌单元或粘结单元模拟有砟道床时,由于球形单元和有限单元表面的自锁能力较差,使道砟层在列车载荷作用下容易产生侧向滑移,导致数值模型不稳定.此外,在实际铁路道床中,底部道砟均不同程度地嵌入路堤.为此,发展了一种嵌入式离散元-有限元耦合方法,通过设置一层嵌入地基有限元模型中的球形颗粒传递离散元域和有限元域间的力学参数,实现离散元和有限元方法的耦合.数值结果表明,嵌入式离散元-有限元耦合模型能够有效降低有砟道床的侧向位移,数值结果更加稳定,在处理与有砟道床类似的连续介质与散体介质的耦合问题时推荐采用嵌入式耦合算法.     

基于离散元-有限元模型的冰激锥体海洋平台结构振动分析

冰荷载是影响海洋平台结构及其上部设备作业安全的重要因素。针对海洋平台与海冰相互作用的动力过程,采用具有粘接-破碎性能的离散元方法(DEM)对海冰的破碎特性进行分析,采用有限元方法(FEM)对海洋平台结构的动力响应进行计算;同时考虑海冰与海洋平台结构的耦合作用,将海冰的离散元方法与海洋平台结构的有限元方法相结合,建立了冰激海洋平台结构振动的DEM-FEM模型,并由此计算海冰作用下海洋平台结构的振动响应以及冰荷载特性。     

基于非结构/混合网格模拟黏性流的高阶精度DDG/FV混合方法

间断Galerkin有限元方法(discontinuous Galerkin method, DGM) 因具有计算精度高、模板紧致、易于并行等优点, 近年来已成为非结构/混合网格上广泛研究的高阶精度数值方法. 但其计算量和内存需求量巨大, 特别是对于网格规模达到百万甚至数千万的大型三维实际复杂外形问题, 其计算量和存储量对计算资源的消耗是难以承受的. 基于“混合重构”的DG/FV 格式可以有效降低DGM 的计算量和存储量. 本文将DDG 黏性项离散方法推广应用于DG/FV 混合算法, 得到新的DDG/FV混合格式, 以进一步提高DG/FV混合算法对于黏性流动模拟的计算效率. 通过Couette流动、层流平板边界层、定常圆柱绕流, 非定常圆柱绕流和NACA0012 翼型绕流等二维黏性流算例, 优化了DDG 通量公式中的参数选择, 验证了DDG/FV 混合格式对定常和非定常黏性流模拟的精度和计算效率, 并与广泛使用的BR2-DG 格式的计算结果和效率进行对比研究. 一系列数值实验结果表明, 本文构造的DDG/FV混合格式在二维非结构/混合网格的Navier-Stokes 方程求解中, 在达到相同的数值精度阶的前提下, 相比BR2-DG格式, 对于隐式时间离散的定常问题计算效率提高了2 倍以上, 对于显式时间离散的非定常问题计算效率提高1.6 倍, 并且在一些算例中, 混合格式具有更优良的计算稳定性. DDG/FV 混合格式提升了计算效率和稳定性, 具有良好的应用前景.      

复合式无遮拦激光扩束器的设计

为满足大功率激光发射的要求,提出研制一种基于卡塞格林系统的大口径激光发射的复合式无遮拦激光扩束器,消除卡塞格林系统中心遮拦,提高激光发射效率。依据卡塞格林系统原理及其结构特征,结合伽利略折射式扩束器的特点,设计一种发射口径为550 mm的复合式无遮拦激光扩束器,采用反射式扩束器和折射式扩束器结合的方式,在卡塞格林次镜中心开通孔,使中心被遮拦激光透过。后接伽利略式折射扩束器,对中心透过光束进行扩束,两光束共轴发射。对设计的新型复合扩束器进行激光透过率实验,实验结果表明,对于波长10.6μm激光,透过率大于95.21%,比传统卡塞格林扩束器提高22.12%。     

上转换纳米粒子结合DNA链式扩增技术在阿霉素光控释放中的应用

纳米技术的发展使得纳米材料可以通过不同的表面包覆和修饰而在生物医药中发挥应用。 构建简单、经济、药物释放可控的生物相容性纳米药物仍是纳米生物化学领域的重点。 我们构建的纳米载药体系(DDS)以NaYF₄：Yb/Tm上转换纳米粒子为载体,在其表面通过光致断键型小分子4,5-二甲氧基-2-硝基苯基乙酮(DMNPE)连接一段短单链DNA,利用DNA链式扩增技术(HCR)来调节纳米粒子最终修饰的双链DNA的总量,从而控制对抗癌药物阿霉素(Dox)的担载量,在980 nm激光照射下上转换纳米粒子发射可切断DMNPE连接的近紫外光,协同胞内DNA酶的作用达到对药物的可控释放。 由于近红外光照对生物组织具有较好的穿透能力,此体系能够对病灶位置有更好的光靶向性从而减少药物的毒副作用。