专题

    图片丢失啦 《上海交通大学学报》2022年“船舶海洋与建筑工程”专题

    该专辑汇总了2022年《上海交通大学学报》出版的12期文章中船舶海洋与建筑工程领域的文章,以期更好服务于高校师生及众多研究所科研人员,促进最新学术成果的传播。
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    1. 孔隙率对环形阵列圆柱结构局部冲刷的影响
    刘诗航, 娄晓帆, 唐国强, 王滨
    上海交通大学学报    2022, 56 (5): 664-674.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.346
    摘要794)   HTML15)    PDF(pc) (8169KB)(551)    收藏

    通过物理实验研究了群桩结构在单向流作用下的局部冲刷问题,重点关注群桩结构孔隙率对局部冲刷的影响作用.物理实验设置中,在群桩模型外直径固定的条件下,通过改变单桩的数量改变群桩结构的孔隙率,主要研究群桩孔隙率对局部冲刷平衡深度、范围及时间尺度的影响作用.结果表明:模型的孔隙率对群桩周围的冲刷有着显著的影响作用.当孔隙率p>0.7时,冲刷主要由单元桩周围的冲刷决定;当p<0.5时,冲刷趋向于与群桩外直径相等的单桩冲刷的模式;当 0.5<p<0.7 时,冲刷结果呈现由局部到整体的过渡模式.此外,平衡冲刷深度为p0.67.

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    2. 疏浚泵内泥沙颗粒的瞬态追踪数值方法
    郭涛, 刘明明, 曹蕾, 胡京招, 洪国军, 尤云祥
    上海交通大学学报    2022, 56 (5): 656-663.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.437
    摘要806)   HTML19)    PDF(pc) (14885KB)(712)    收藏

    为求解疏浚泵内沙粒的瞬态运动,以ANSYS Fluent的离散相模型为基础实现了一种修正算法.在稠密流动中以Lagrangian方法追踪沙粒时,引入用欧拉方法描述的粒-液两相求解得到的粒相体积分数以及Huilin-Gidaspow曳力模型,将先更新叶轮网格再求解沙粒运动的过程转变为叶轮网格与颗粒同步旋转后再求解颗粒相对运动的过程,以避免粒子在运动壁面上碰撞判定及反弹速度计算的错误.对比数值结果发现,改进算法能够在相近的计算时间下显著提高泵内颗粒运动的追踪精度.改进算法预测叶轮上的冲蚀磨损主要发生在叶片前缘偏上部位,冲蚀率峰值达7×10-5 kg/(m2∙s)以上,这与真实磨损的位置和程度相近,验证了修正算法的有效性.

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    3. 六自由度波浪补偿平台的神经网络自适应反馈线性化控制
    丁明, 孟帅, 王书恒, 夏玺
    上海交通大学学报    2022, 56 (2): 165-172.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.424
    摘要1683)   HTML32)    PDF(pc) (1175KB)(697)    收藏

    六自由度波浪补偿平台所采用的大长径比非对称液压系统在深海区需完成大跨度、高速度的波浪补偿任务,这为控制系统的控制精度和抗干扰能力带来严峻的挑战.引入径向基神经网络(RBFNN)辨识,提出一种自适应反馈线性化控制策略.首先,建立六自由度波浪补偿平台非对称液压系统的非线性模型.然后,基于RBFNN辨识利用反馈线性化设计自适应控制器.最后,利用MATLAB/Simulink开展五级海浪(90°遭遇角恶劣工况)作用下和外力干扰下的仿真分析.结果表明:相比于经典比例系数-积分系数-微分系数(PID)和滑模控制,新型控制器控制精度和抗干扰能力明显提高,更适合用于复杂海况下六自由度波浪补偿平台的控制,且具有很好的跟踪效果和较强的稳健性,可为深海区六自由度波浪补偿平台控制系统设计提供参考.

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    4. 海洋平台风载荷试验不确定度分析
    代燚, 陈作钢, 王飞
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 361-367.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.066
    摘要4087)   HTML76)    PDF(pc) (2064KB)(564)    收藏

    海洋平台上层建筑一般形状复杂,风洞试验是获得风载荷最为可靠的方法.现阶段海洋平台风载荷不确定度分析流程及要点鲜有探讨,各因素影响程度尚不明确.率先针对某型海洋平台风载荷试验,基于国际拖曳水池会议(ITTC)推荐规程确立了不确定度分析流程,并进行风洞试验结果不确定度分析.根据试验流程梳理误差源,计算各相对不确定度分量大小.按其值对误差源进行等级评定,提出降低试验不确定度的方法.研究结果表明:风剖面、模型精度、气压测量以及天平测量状态对风载荷测量有较大影响,占总合成不确定度比例达到了96.13%.采用适当简化模型、合理校测风剖面、提高气压测量精度以及稳定测量状态等手段能有效降低试验不确定度.

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    5. 冰柱冲击问题的数值仿真分析
    王超, 杨波, 张媛, 郭春雨, 叶礼裕
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 368-378.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.278
    摘要4043)   HTML71)    PDF(pc) (4968KB)(895)    收藏

    为研究近场动力学(PD)方法在冰力学行为领域的应用特性及在冰破坏数值预报过程中的参数敏感性,采用常规状态型近场动力方法系统地计算分析了冰柱冲击破坏过程,并进行了参数敏感分析.结果表明:该方法模拟冰冲击过程与试验对比结果基本一致,在选定的时间步长和粒子间距下本文的计算结果收敛.海冰冲击速度、泊松比、弹性模量对海冰冲击过程影响明显,而海冰尺寸和断裂韧度对冲击过程影响较小.文章创新之处在于将状态型PD方法应用于海冰冲击问题中,弥补了键型PD方法限制海冰泊松比的缺点.

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    6. 基于FloMaster-Simulink联合仿真的大流量海水冷却系统控制方案优化
    王宁, 付云鹏, 李艇, 李铁, 依平
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 379-385.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.023
    摘要3704)   HTML91)    PDF(pc) (1498KB)(759)    收藏

    大型船用设备长时间工作会出现过热现象,需要建立冷却系统,保证设备在安全温度范围内工作.为满足某大型船用设备冷却要求,基于FloMaster仿真平台,构建海水冷却系统仿真模型,开展动态工况的仿真研究.根据换热器前后冷却液(乙二醇溶液)的温度,改变泵的转速或阀门开度,实现海水流量的自动控制.提出3种有效控制方案,利用FloMaster-Simulink联合仿真方法,计算得到变工况下系统的响应特性和运行特点.结果表明:开环和闭环共同作用,同时控制泵的转速时,冷却系统控制效果最优,能耗较小,为实际冷却系统工程问题提供了参考.

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    7. 双钢板混凝土单元平面内屈服准则
    黄城均, 朱天怡, 宋晓冰
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 422-430.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.347
    摘要1700)   HTML137)    PDF(pc) (2007KB)(681)    收藏

    针对承受平面内薄膜内力的双钢板混凝土(Steel-Concrete-Steel, SCS)单元,基于固体力学的3个基本方程(平衡条件、变形协调条件以及本构方程),提出了满足钢板Tresca屈服准则的SCS单元平面(主)应力空间的屈服准则.提出了一种结合试验数据确定SCS单元屈服荷载的计算方法,并将该方法应用于SCS单元双向拉压试验,分析9个不同配钢率和不同拉压比的SCS单元试件,将SCS单元的屈服准则与试验结果进行对比.此外,采用Ozaki的7个剪切单元试件进行进一步验证.结果表明,SCS单元的屈服准则与试验结果具有较好的一致性.

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    8. 成层广义Gibson地基中桩的水平动力响应
    邱杰凯, 丁肇伟, 宋春雨, 陈龙珠
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 431-442.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.382
    摘要1940)   HTML148)    PDF(pc) (1931KB)(503)    收藏

    为直接求解桩周土切变模量随深度线性变化情形下的单桩水平动力响应问题,基于成层广义Gibson地基,引入Adomian分解法,提出了一种求解非均质地基中桩水平动力响应的方法.相较于初参数法和传递矩阵法,该方法无需对非均质地基进行离散化处理.与数值方法相比,具有计算成本低、精度高和收敛速度快等优点.通过将本文方法和分层方法、均质地基解析方法、数值方法的计算结果进行对比,验证了本文方法的正确性和合理性.分析了桩底边界条件、地基土参数及桩身长细比对桩水平动力响应的影响.结果表明:在非均质地基中,桩土刚度比是影响桩水平动力响应的重要因素,随着地基土切变模量的增大,桩身水平位移幅值减小且分布趋于平缓.此外,相比于其他参数,土层泊松比和阻尼比对桩的水平动力响应影响较小.

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    9. 饱和孔隙-裂隙黏土双层地基的一维固结分析
    胡亚元, 王啊强
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 443-453.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.019
    摘要1956)   HTML122)    PDF(pc) (2021KB)(456)    收藏

    为研究双孔结构饱和黏土双层地基的一维固结特性,在一维完全侧限条件下根据混合物理论建立了饱和孔隙-裂隙介质的固结控制方程.采用Fortran语言编制了饱和孔隙-裂隙黏土一维固结的有限元程序,利用单层地基研究成果验证本文模型和程序的正确性.运用有限元程序分析压缩模量、渗透系数及土层厚度等因素对饱和孔隙-裂隙黏土双层地基固结特性的影响.结果表明:增大上层较软土的压缩模量和渗透系数能更显著地加快地基的固结速率;裂隙和孔隙中的超孔压具有不同的消散规律,地基底部孔隙超孔压的消散滞后于裂隙超孔压,滞后效应随上层土渗透系数而增大.对于饱和孔隙-裂隙黏土双层地基,改良上层较软孔隙-裂隙黏土性质可较好地改善整个地基的固结特性.

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    10. 地铁变频荷载循环作用下饱和软黏土累积塑性变形
    李泽垚, 周洁, 田万君, 裴万胜
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 454-463.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.036
    摘要1596)   HTML130)    PDF(pc) (1469KB)(611)    收藏

    地铁在地铁站附近的加减速运动会对地基土产生一定的影响.土体经过倾斜削样后使用动三轴进行不排水动力测试以研究地铁进出站作用下进出站距离、加速度、动应力幅值及固结围压对饱和软黏土累积塑性变形的影响.结果表明:进出站变频荷载循环作用下软黏土累积塑性应变曲线可大致划分为爆发增长-较快增长-逐渐稳定3个阶段.距地铁站越近、动应力幅值越大、固结围压越小,土体进入逐渐稳定阶段所需的进出站次数越少,土体竖向变形越大,剪切变形越小.进出站加速度值越大,土体竖向变形越小、剪切变形越大.对于实际工程而言,地铁运营初期,进站区间土体的沉降变形、出站区间土体水平位移、较大加速度工况下的水平位移、较小加速度工况下的沉降、高动应力幅值的工况及低固结应力的土体区域是工程地质灾害防治的重点.

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    11. 高性能平纹织物纱线抽出力学行为及其移动机制
    陈建稳, 吴善祥, 张若男, 陈务军, 范进, 王明洋
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 464-473.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.419
    摘要2420)   HTML162)    PDF(pc) (8452KB)(494)    收藏

    为探究平纹织物纱线移动响应机制,以典型平纹机织织物为对象,进行多加载工况下纱线移动行为的数值模拟,系统考察摩擦因数、模型尺寸及预应力对纱线移动响应的影响规律,进而深入探讨了抽出纱线断裂长度、抽断强度、纱线间摩擦性能及基布所受预应力间的耦合关系.结果表明:该平纹机织织物峰值抽出载荷与摩擦因数、模型尺寸及预应力呈正相关,预应力由200 MPa增至700 MPa,峰值抽出载荷提升34.49%.纱线屈曲明显时,其抽出荷载提升明显.该机织织物纱线抽断强度随预应力及摩擦因数的增加逐渐增大,摩擦因数从0.1增至0.2时,纱线抽断强度增幅达16.48%.该机织织物纱线的抽断长度与实际所处应力环境相关,应力均匀化是纱线抽断长度增加的重要因素.

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    12. 基于Kerr地基模型的基坑开挖引起下卧既有隧道受力变形
    冯国辉, 徐兴, 侯世磊, 范润东, 杨开放, 管凌霄, 徐长节
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 474-485.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.067
    摘要1986)   HTML147)    PDF(pc) (2027KB)(597)    收藏

    基坑开挖导致的土体卸载作用会引起邻近下卧既有隧道隆起变形,甚至会干扰隧道的正常运营.提出了一种基坑开挖引起下卧隧道纵向变形的简化计算方法,将隧道简化成无限长Euler-Bernoulli梁搁置在三参数的Kerr地基模型,提出了剪切层弯矩的计算假设,利用有限差分法并结合隧道两端的边界条件得到隧道纵向变形差分解.结果表明:与既有文献中有限元数据和实测数据对比,证明了Kerr地基模型的准确性;与将隧道简化成Euler-Bernoulli梁搁置在Pasternak地基模型相比,Kerr地基模型更具有优越性.地基模量、隧道埋深的增大会引起隧道纵向位移及内力的减小;隧道刚度的增大会引起隧道纵向位移的减小但会引起隧道内力的增大.

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    13. 沿海组合地层人工冻结过程中的水分迁移及变形特性
    周洁, 任君杰
    上海交通大学学报    2022, 56 (5): 675-683.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.057
    摘要737)   HTML15)    PDF(pc) (5190KB)(541)    收藏

    在沿海上软黏下粉砂组合地层中进行人工地层冻结法施工时,粉砂土和软黏土在冻结过程中表现出的水分迁移和变形特性上的差异性不可忽略,是目前较多冻结法工程事故的根源.为了探明两者之间的差异性,通过自制单向冻结仪对原状上海第②3层灰色粉砂土及重塑上海第④层淤泥质软黏土分别进行冷端温度为 -20、-15、-10 ℃的冻结试验,分析两种土在冻结过程中水分迁移及变形特征的差异.结果表明,粉砂土及软黏土的总变形曲线和分层变形曲线可按土性分为 I 类陡变型曲线(粉砂土)和 II 类缓变型曲线(软黏土),软黏土分层变形曲线在某些分层中还表现出较大的波动性.表明冻结过程中, 软黏土内部水分迁移充分发展,而粉砂土内部大部分水分迅速冻结,迁移不显著.两种土性表现出的变形曲线的差异性和冻结前后的水分分布曲线存在一致对应性.该研究成果可为沿海上软黏下粉砂组合地层冻结法实践中应对冻胀等工程问题的相关措施提出针对性建议.

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    14. 参数空间变异性下坝基防渗墙地震反应
    张富有, 周强强, 杜鹏程
    上海交通大学学报    2022, 56 (5): 684-692.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.242
    摘要730)   HTML18)    PDF(pc) (4705KB)(570)    收藏

    堆石坝覆盖层土体类型复杂,结构松散且有时存在透镜体,使得覆盖层材料参数存在空间变异性,地震作用下对坝基防渗墙应力变形存在不可忽视的影响.在蒙特卡罗框架下,采用Cholesky分解的高斯空间随机场离散方法,利用Python对Abaqus进行二次开发,实现了覆盖层材料空间变异性的“非侵入式”随机有限元分析.研究结果表明:考虑覆盖层材料空间变异性的情况下防渗墙不同部位的应力变形均有不同程度的超标,且动应力的变异系数大于动位移的变异系数,显示覆盖层材料参数的变异性对防渗墙在地震作用下的应力变化更敏感.因此在设计阶段应考虑这种不确定性,以确保坝基防渗墙的安全运行.

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    15. 平面单元和壳单元在复合有限条法中模拟加劲肋的应用
    侯彦果, 李占杰, 龚景海
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 710-721.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.071
    摘要974)   HTML449)    PDF(pc) (10465KB)(794)    收藏

    有限条法是一种经典的分析薄壁构件屈曲的方法,传统的有限条法在长度方向采用三角函数,无法分析沿长度方向间隔布置加劲肋的构件的屈曲问题,而复合有限条法恰好能弥补这一缺陷.基于复合有限条法,使用平面单元和壳单元分别模拟加劲肋对分析结果的影响.相比于壳单元,平面单元的自由度数量更少, 矩阵组合更简便.而壳单元因为考虑到面外的位移自由度而更全面.分别采用两种加劲肋单元分布带加劲肋的构件,发现壳单元和平面单元对屈曲结果的影响甚小,两者之间差异的绝对平均值在0.75%以内,并且屈曲承载力和模态与有限元结果皆能良好吻合.两种形式的复合有限条法与有限元差异的绝对平均值控制在5%以内.平面单元加劲肋的精度已经满足预期要求,有助于减少程序计算量和简化分析的复杂程度;在划分单元较密的情况下,能显著提升计算速度.

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    16. 同步实施的相邻基坑相互作用机理
    杨其润, 李明广, 陈锦剑, 吴航
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 722-729.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.149
    摘要748)   HTML31)    PDF(pc) (1386KB)(499)    收藏

    采用数值方法建立基于小硬变硬化(HSS)本构模型的相邻基坑模型,将其与单个基坑模型和不考虑墙土摩擦的相邻基坑模型进行对比分析,得到了同步实施的相邻基坑的受力变形特性,揭示相邻基坑相互作用机理.结果表明:坑间土体中存在两种土拱效应,一种是由墙体不均匀变形引起的土拱效应,另一种是由墙土摩擦引起的土拱效应,两者共同影响作用在围护墙上的土压力.随着基坑间距的减小,前者减弱,导致开挖面附近土体向被支撑土体的土压力转移减弱;后者增强,导致作用在相邻围护墙上的土压力减小.在两者的作用下,随着基坑间距的减小,作用在相邻墙体上的土压力先由R型分布向线性分布发展,再向R型分布发展,非相邻墙体水平位移最大值增大,相邻墙体水平位移最大值先增大后减小.

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    17. 一种分析膜面在积水荷载作用下响应的数值模型
    王沙沙, 张翔宇, 邱国志, 龚景海
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 730-738.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.152
    摘要758)   HTML23)    PDF(pc) (20233KB)(717)    收藏

    结合光滑粒子流体动力学(SPH)方法和膜材非线性本构,提出了一种分析膜面在积水荷载作用下响应的数值模型.通过不同应力比的双轴拉伸试验得到膜材的应力-应变响应面,建立膜材的非线性本构模型,并使用SPH粒子模拟水,建立膜面与水的流固耦合数值模型.通过网格收敛性分析确定了文中采用的网格尺寸,分析了加载时长对计算结果的影响.同时分析了膜面的应力和应变的分布规律.结果表明,加载过程随加载时长的增加越来越稳定,且100 s能满足分析需求.将数值模拟结果与平膜积水试验结果进行比较,膜面的最大竖向变形吻合较好,验证了所提方法的可靠性.

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    18. 强降雨条件下考虑气压和渗流作用的边坡稳定性
    姚茂宏, 陈铁林, 樊容, 杨子力, 石野
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 739-745.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.302
    摘要802)   HTML22)    PDF(pc) (1020KB)(683)    收藏

    降雨入渗分析是预测工程灾害的重要手段之一.为了有效分析强降雨条件下边坡入渗过程,在经典Green-Ampt模型的基础上,建立了初始含水率在天然非均布条件下,考虑饱和带渗流和气压作用的边坡降雨入渗模型,并推导了相应的边坡稳定性系数表达式.研究表明:降雨入渗受边坡尺寸的影响明显,一方面,湿润锋迁移速率随坡长的增加而增加;另一方面,当考虑气压作用时,坡长越小,达到相同的湿润锋深度所需时间越长,当坡长增大到一定程度后,差别不大.此外,渗透力对边坡稳定性的影响比气压大,因为前者在降雨过程中逐渐增大,而后者基本不变,所以渗透力影响越来越大,气压影响越来越小.

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    19. 狭长空间火灾烟气传输的准稳态时间模型
    汪金辉, 黄意钧, 崔欣, 张少刚, 张睿卿
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 746-753.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.062
    摘要832)   HTML21)    PDF(pc) (1102KB)(635)    收藏

    火灾烟气传输延滞行为是火灾早期烟气传输过程中的重要特性之一,直接影响到火灾探测器动作响应时间.为了研究狭长空间中火灾烟气传输延滞行为与准稳态之间的定量关系,根据弱羽流理论和狭长空间火羽流研究现有成果,从理论上提出了火灾烟气传输延滞时间计算的时间链表法,依据准稳态假设成立的判别条件,建立了狭长空间非稳态火准稳态假设成立的临界时间模型,并给出了临界时间计算方法.案例分析表明: 在相同工况条件下,狭长空间中顶棚给定纵向距离处烟气传输达到准稳态的临界时间比在开放空间中的长.而对于开放空间羽流,由于贴顶棚羽流较薄,卷吸空气量较小,保持了相对较高的流速,导致相同工况条件下狭长空间中的烟气传输延滞时间比开放空间中的更长.

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    20. 基于统一强度理论的螺纹桩承载力计算方法
    马甲宽, 罗丽娟, 任翔, 时航, 尹怡墨
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 754-763.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.077
    摘要1079)   HTML25)    PDF(pc) (1180KB)(611)    收藏

    基于统一强度理论及太沙基极限平衡原理推导了螺纹桩极限承载力,提出了螺纹桩螺牙单独承载破坏与圆柱形剪切破坏两种模式下临界螺距的确定方法和极限承载力计算方法,讨论了统一强度理论参数b与螺纹桩关键参数对极限承载力的影响.结果表明:螺纹桩的极限承载力是同外径圆桩的1.5~2倍,螺牙提供的极限承载力主要由土体黏聚力、内摩擦角及埋深决定.当b从0增加到1时,螺纹桩极限承载力理论计算值增幅约48%,考虑中主应力对土体强度的影响会使得螺纹桩承载力理论计算结果更加准确.螺纹桩的参数中,螺牙高度bh对其极限承载力影响最大,而螺牙厚度t对承载力基本无影响.设计螺纹桩时可适当增加螺牙高度,以提高螺纹桩极限承载力.

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    21. 开式呼吸蛙人专用氧气瓶声散射特性
    张培珍, 林芳
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 764-771.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.078
    摘要774)   HTML28)    PDF(pc) (8690KB)(532)    收藏

    解决开式呼吸蛙人所携带的氧气瓶目标强度对目标全体散射的贡献问题,为掌握蛙人的精确特性预报和识别奠定基础.构建非轴对称激励下三维目标的二维有限元轴对称模型,运用声固耦合-频域多物理场接口计算不同方位声波照射目标散射远场的频率特性数值解,解释频率响应共振频率亮条纹产生的原因和估计公式.在线性声学的假设下,将有限元数值解作为系统函数,同带宽线性调频信号为系统输入信号,根据时域卷积定理得到时域回波仿真结果,结合亮点模型和弹性环绕波理论给出距离-角度时域回波的精确预报模型.结果表明: 影响氧气瓶回波强度的主要因素为目标的镜反射和角反射,气瓶阀门和球冠等精细结构产生的附加亮点和环绕波对不同方位散射频率响应特性的影响不可忽略.通过收发合置的湖试实验,验证回波机理和散射指向分布共振频率特性预报的正确性.

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    22. 螺旋桨脉动压力作用下自航船舶艉部振动数值研究
    秦广菲, 姚慧岚, 张怀新
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1148-1158.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.175
    摘要933)   HTML27)    PDF(pc) (15563KB)(671)    收藏

    为研究静水中航行的船舶在螺旋桨脉动压力作用下的艉部振动特性,基于雷诺平均(RANS)方法,结合剪切应力输运(SST) k-ω湍流模型进行船桨自航数值模拟.将得到的船体表面脉动压力作为外激励,并通过结构有限元模型耦合流场边界元模型进行声固耦合计算,建立了螺旋桨表面力激励自航船舶艉部振动数值预报方法.通过分析螺旋桨表面力在时域与频域内的变化规律,发现叶频分量的幅值远大于其他频率分量的幅值.对于右旋桨,螺旋桨上方的右舷侧压力幅值高于左舷侧压力幅值.通过研究螺旋桨表面力、结构固有特性与振动响应结果之间的对应关系,发现船艉结构耦合模态固有频率应当远离螺旋桨激励力频率,以降低振动响应.通过探究相同激励作用下船艉结构变化对振动响应的影响,发现增加板厚或者安装加强筋可以改变结构固有特性,从而避开共振,达到减振效果.

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    23. 基于计算流体力学的90° 弯管气液两相流数值模拟及流型演化
    王志伟, 何炎平, 李铭志, 仇明, 黄超, 刘亚东
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1159-1167.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.185
    摘要1004)   HTML40)    PDF(pc) (11131KB)(921)    收藏

    为研究竖直上升管内气液两相流通过90° 弯管后的流动演化特性,分别采用流体体积多相流模型以及Realizable k-ε湍流模型对其进行数值模拟,重点分析气液两相流通过90° 弯管后的速度变化、压力分布、截面含气率及流型演化规律.结果表明:不同气液两相流流型通过 90° 弯管后会产生不同程度的二次流现象,并且切向速度呈现双峰分布,随着流动发展最终耗散成为单峰分布;气液两相流入口速度越大,则弯管外壁面所受压力越大.截面含气率的变化与流型转化相关,泡状流流过弯管后演化成为细长段塞流,截面含气率减小;段塞流、搅动流及环状流通过弯管后演化成为分层-波浪流,截面含气率变化较小.研究结果可为气液两相流输送弯管设计开发及诱导应力预测提供一定的理论支持.

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    24. 冰与斜面结构作用过程的离散元模拟与分析
    王延林, 郭麒, 孙珊珊, 魏思浩, 许宁
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1168-1175.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.182
    摘要724)   HTML21)    PDF(pc) (4028KB)(597)    收藏

    斜面结构是冰区海洋结构的重要形式之一.斜面倾角变化会改变海冰的主要破坏模式,使结构所受冰荷载的峰值有较大变化.为了更好地模拟平整冰破碎的随机性特点,构建了具有黏结-破碎功能的非规则分布的扩展圆盘单元海冰模型,并基于该模型模拟了平整冰与斜面结构作用的动力过程.通过将数值模拟所得冰力峰值与实测冰力峰值进行比较,对该模型进行了验证,分析了斜面倾角对冰荷载及海冰破坏模式的影响规律.结果发现:数值模拟的冰荷载随结构倾角的变化趋势与二维理论模型计算的变化趋势基本一致,斜面倾角的增加会导致弯曲破坏所占比例减小,并造成冰荷载峰值及发生概率都呈增大趋势,斜面倾角是影响海冰破坏模式变化以及冰荷载大小的重要因素.该研究工作可以为海冰的离散元数值模拟及斜面海洋工程结构的抗冰设计提供借鉴和参考.

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    25. 风机叶片结冰对其一体化结构动态响应影响的数值分析
    闯振菊, 李春郑, 刘社文
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1176-1187.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.258
    摘要950)   HTML24)    PDF(pc) (10181KB)(692)    收藏

    基于美国可再生能源实验室的导管架式一体化海上风机模型,将计算流体力学(CFD)方法与风机一体化分析方法进行耦合,研究叶片结冰过程及其结冰后对风机整体动态性能的影响.首先将一体化分析得到的叶片运动姿态输入到CFD中,采用离散多相模型和融化-凝固模型进行三维风机叶片覆冰增长模拟,然后应用k-ε湍流模型计算结冰前后的气动性能,最后将叶片覆冰后的气动载荷结果返回到一体化分析方法中,分析叶片结冰对风机整体响应产生的影响.计算结果表明,叶片沿叶展方向结冰呈线性增加,结冰主要集中在叶片前缘,叶尖处积冰最厚;覆冰后叶片各剖面翼型升力系数降低、阻力系数升高.叶片结冰会降低整机功率、转子的转矩和转速,叶尖和塔顶产生额外振动响应,风机达到额定功率所需风速增大.

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    26. 半浸桨不同半径切面入水的水动力特性
    丁恩宝, 常晟铭, 孙聪, 赵雷明, 吴浩
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1188-1198.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.169
    摘要856)   HTML22)    PDF(pc) (5876KB)(577)    收藏

    为探究半浸桨无因次切面位置对半浸桨杯型切面入水过程水动力特性的影响,选择了半浸桨0.6、0.7、0.8无因次半径处的杯型切面进行建模.通过求解RANS方程模拟杯型切面入水过程的同时,结合流体域体积方法以及重叠网格技术,建立可靠的数值方法,研究不同切面位置的半浸桨杯型切面入水过程的水动力特性.分析不同切面位置对半浸桨杯型切面入水过程的自由液面形式、通气腔形式、流场以及表面压力分布的影响.结果表明:随着无因次半径剖面位置越靠近半浸桨的梢部,完全通气状态与部分通气状态之间的过渡状态会发生在较大的进速系数下,横向力系数和敞水效率也会有所增加.

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    27. 水泥净浆弹性模量的纳米压痕表征与多尺度计算
    陈小文, 韩宇栋, 丁小平, 侯东伟
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1199-1207.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.089
    摘要861)   HTML17)    PDF(pc) (1695KB)(721)    收藏

    基于微观力学测试和复合材料理论,计算水泥基材料的多尺度弹性参数,是水泥基材料基于性能的精细化设计理论基础之一.本研究对不同水灰比的硬化水泥净浆试样进行微观弹性模量的纳米压痕测试和孔隙结构压汞试验,基于多相材料均质化理论,建立考虑孔隙影响的水泥净浆弹性模量多尺度计算方法,并比较稀疏法、自洽法、Mori-Tanaka法、相互作用直推法和多层次均匀化法的适用性.计算结果表明,考虑孔隙作用的多相、多尺度计算方法与水泥净浆试件的宏观弹模测试结果吻合良好,除多层次均匀化法外,其他复合材料均匀化方法的计算结果相近.

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    28. 冲击荷载作用下含黏结界面混凝土破坏特征与应力应变分析
    赵洪, 谢友均, 龙广成, 李宁, 张嘉伟, 程智清
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1208-1217.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.343
    摘要752)   HTML18)    PDF(pc) (12231KB)(606)    收藏

    为研究冲击荷载下板式无砟轨道结构蒸养混凝土与自密实混凝土层间界面的破坏行为,利用分离式霍普金森杆(SHPB)对含黏结界面混凝土进行冲击试验,并就其破坏特征和应力应变全曲线特性以及损伤本构方程进行探讨.结果表明:含黏结界面混凝土在动态冲击荷载作用下存在界面脱黏分离和整体破碎两种失效模式.界面脱黏分离失效模式下,随着应变率的增加,含黏结界面混凝土的动态抗压强度、强度动态提高因子(DIF)、峰值应变、冲击韧性均增加,具有明显的应变率敏感性;整体破碎失效模式下,界面脱黏变形和破碎变形同时存在,随着应变率的增加,裂纹向界面区域累积、拓展,界面起到了能量缓冲的作用,此时含黏结界面混凝土动态抗压强度、DIF基本不变,而峰值应变和冲击韧性增加.所建立的基于Weibull分布的本构模型与试验结果吻合较好,尤其对峰前应力应变曲线有很好的匹配性.

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    29. 强竖向渗透济南红黏土的微观孔隙特征及CT渗流试验
    路林海, 武朝军, 孙捷城, 才昊, 叶冠林
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1218-1226.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.234
    摘要597)   HTML14)    PDF(pc) (34551KB)(488)    收藏

    由于济南市泉域地层的特殊性和复杂性,第四纪沉积层虽然以黏土、粉质黏土为主,却表现出强富水、强透水的特征,在基坑工程施工中出现降水异常困难、结构渗漏水严重等一系列难题.为了明确济南红黏土层强透水的成因,从济南红黏土微观孔隙结构角度开展研究,首先对现场取样的原状红黏土开展基本物理特性试验,利用扫描电子显微镜 (SEM)获取红黏土的微观粒子排列方式.然后研发了基于计算机断层 (CT) 扫描的土体渗流装置,通过不同渗流阶段的CT扫描获取了红黏土内部孔隙三维结构并实现了孔隙水的流动可视化.最后建立孔隙网络模型(PNM)对渗流过程中土体内部孔隙和喉道的数量及体积占比进行了量化分析.结果表明:济南红黏土水平截面的颗粒搭接更为松散,孔隙结构以竖向发展为主,并存在孔径较大的联通通道;水在红黏土中优先沿着既有的大孔隙通道流动,并导致渗流通道扩张,土体内部孔径较大的联通孔道是导致土体强竖向渗透的主要原因.

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    30. 基于门式抗浮框架的基坑开挖下卧隧道变形控制
    吴怀娜, 冯东林, 刘源, 蓝淦洲, 陈仁朋
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1227-1237.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.006
    摘要784)   HTML15)    PDF(pc) (11913KB)(487)    收藏

    隧道上方基坑开挖卸载不可避免引发隧道上浮变形,门式抗浮框架作为一种抗浮措施,其抗浮机理尚不明确.以某隧道长距离共线基坑工程为依托,对门式抗浮框架施作过程以及基坑大面积开挖对下卧盾构隧道的影响进行数值模拟研究,探究门式抗浮框架与地层相互作用机制及抗浮效果,最终提出抗浮框架结构优化设计建议.结果表明:门式抗浮框架施作过程竖井开挖可引发隧道上浮变形,通过竖井跳挖及回填可有效控制其引起的隧道变形;基于门式抗浮框架的基坑开挖使隧道上浮量从无抗浮框架的19.5 mm减小至15 mm;抗浮板和抗拔桩连接处在基坑开挖阶段存在应力集中,属于结构薄弱部位,应做局部加强处理.

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    被引次数: CSCD(1)
    31. 减振垫层温频变动力性能对无砟轨道振动特性影响
    牛振宇, 刘林芽, 秦佳良, 左志远
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1238-1246.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.030
    摘要656)   HTML16)    PDF(pc) (1995KB)(487)    收藏

    以减振垫层为研究对象,首先通过动态力学性能试验,基于高阶分数阶导数FVMP模型并结合温频等效原理,表征减振垫层的温频变特性;然后将该模型应用于车辆-CRTSIII板式无砟轨道垂向耦合系统中;最后分析了减振垫层温频变特性对轨道结构振动响应的影响.结果表明:温度和加载频率对减振垫层的动态力学性能有显著影响,高阶分数阶导数FVMP模型能准确表征这种动态力学行为.在时域响应中,轨道板位移和加速度在FVMP模型下计算的峰值明显大于Kelvin-Voigt(K-V)模型下的峰值.FVMP模型在各参考温度点下轨道板位移的响应呈现出随着温度的降低而减小的趋势,而轨道板加速度则呈现随着温度的降低而增大的趋势.在中高频段内,轨道板的响应表现为FVMP模型下的频域响应大于K-V模型下的频域响应,FVMP模型各参考温度点在该频段内轨道板的响应表现为随着温度的降低而减小的趋势.因此,为提高对轨道结构预测的准确性,有必要考虑减振垫层的温频变特性.

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    32. 含复合材料结构的非黏结柔性立管弯曲特性
    刘庆升, 薛鸿祥, 袁昱超, 唐文勇
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1247-1255.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.144
    摘要839)   HTML20)    PDF(pc) (3186KB)(593)    收藏

    非黏结柔性立管常用于将海底油气资源输送到平台,有时因设计需要会包含复合材料圆柱壳层结构.以一类8层的非黏结柔性立管为研究对象,分析了含有复合材料圆柱壳层结构的非黏结柔性立管的弯曲特性.提出了一种作用于非黏结柔性立管的轴对称载荷和弯曲载荷联合作用的理论模型,同时建立了计及详细几何特性的非黏结柔性立管数值模型进行了验证.分析了两种典型复合材料及其纤维体积分数对非黏结柔性立管弯曲特性的影响.理论与数值结果吻合较好,计算结果表明:非黏结柔性立管的弯曲特性受复合材料圆柱壳层轴向弹性模量影响较大,轴向弹性模量较大的复合材料会较大地增强完全滑移阶段的非黏结柔性立管的弯曲刚度.非黏结柔性立管的轴向抗拉刚度和完全滑移阶段的弯曲刚度都随着复合材料圆柱壳层的纤维体积分数增大,接近线性增强.

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    33. 开挖引起的隧道位移动态多目标优化反演预测
    何维, 孙宏磊, 陶袁钦, 蔡袁强
    上海交通大学学报    2022, 56 (12): 1688-1699.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.282
    摘要615)   HTML16)    PDF(pc) (3483KB)(510)    收藏

    控制基坑开挖对邻近既有隧道的扰动对设计与施工至关重要.基于多目标优化方法,融合基坑开挖中的多类型监测数据,反演识别关键土体参数,量化修正隧道位移的时间效应.同时,为提高动态代理模型的优化效率,提出一种基于自适应加点准则的动态多目标优化(DMO-AIC)方法.该方法考虑了工程优化中动态代理模型的计算冗余,设计了自适应加点判别策略,能够自主识别寻优路径上代理模型的无效更新.结果表明,该方法在保证算法寻优性能和收敛速度的同时,显著减少了训练代理模型所需的数值模型调用次数,有利于动态代理模型在工程优化中的应用.虚拟数值算例结果表明,DMO-AIC能考虑挡墙侧移、隧道位移等多目标响应并同时对其进行更新.将DMO-AIC方法应用于上海外滩596基坑工程,合理更新了时间效应,准确预测了基坑分步开挖引起的既有隧道竖向位移.

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    34. 峰前和峰后循环荷载下岩石断裂损伤特征
    唐建辉, 陈徐东, 白银
    上海交通大学学报    2022, 56 (12): 1700-1709.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.119
    摘要572)   HTML13)    PDF(pc) (10992KB)(474)    收藏

    在岩体开挖过程中,循环荷载可能发生在峰值前,也可能发生在峰值后.为获得岩石在峰前和峰后循环作用下的断裂损伤演化特征,采用数字图像相关法和声发射技术,进行了三点弯曲开口花岗岩梁的断裂试验.采用割线模量、声发射能量、有效裂缝长度分别构建了岩石断裂损伤指数DEDAEDL,并对岩石的断裂损伤过程进行了定量分析.结果表明:岩石试样的损伤指数存在明显的率效应,在相同循环次数下,加载速率越大,其损伤指数越小.对于峰前循环加载条件,采用DE可以较好地反映岩石由弹性阶段向弹塑性阶段的断裂变化过程.而在峰后循环加载条件下,采用DL可以更好地表现岩石从阶梯上升到持续破坏的断裂损伤过程.

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    35. 基于FAHP法和区间数改进TOPSIS法的盾构隧道下穿建筑物风险评估
    陈仁朋, 王志腾, 吴怀娜, 刘源, 孟凡衍
    上海交通大学学报    2022, 56 (12): 1710-1719.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.018
    摘要545)   HTML16)    PDF(pc) (1682KB)(475)    收藏

    为评估盾构隧道施工对邻近建筑物的影响,提出一种基于模糊层次分析法(FAHP)和区间数改进优劣解距离(TOPSIS)法相结合的风险评估方法.通过调研建立基于土体性质、建筑物因素、隧道因素、盾构掘进参数等影响因素为主的风险评估体系,基于专家打分利用FAHP判断因素权重.利用传统TOPSIS法,根据因素分级标准选取6个典型样本,确定非等分风险等级判断标准.首次将区间数改进TOPSIS法运用到盾构隧道下穿建筑物的风险评估中,采用区间数描述工程情况.该评估过程均采用量化方式,比传统风险评估方法的准确性更高,受主观因素影响较少,客观性更强.利用该方法对某砌体建筑物进行风险评估,结果与实际情况相符,证明了该方法的有效性,可为类似工程风险评估提供参考.

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    被引次数: CSCD(7)