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第46卷,第11期
刊出日期:2018年11月
  • 含任意形状内开口的矩形板振动特性分析
    李天匀,张俊,朱翔,郭文杰 p1-6
    基于瑞利-里兹法对含有任意形状内开口的矩形板振动特性进行研究,选用切比雪夫级数为试函数,利用刚度不同的弹簧来模拟矩形外边界及曲形内边界上的复杂边界条件.计算曲形内边界弹性势能时对边界离散,然后将微段的弹性势能求和得到内边界的弹性势能.根据能量泛函变分原理得到振动系统的特征方程,求解特征方程即得固有频率.通过对比算例结果与有限元软件的结果验证了本方法的准确性,为实际工程问题提供参考.
  • 基于T型水翼模型优化的穿浪双体船仿真研究
    梁利华,苑佳,张松涛,刘彦文 p7-12
    以某一特定穿浪双体船为研究对象,基于计算机流体动力(CFD)仿真软件,模拟了船体在不同海况和航速下的运动响应,通过对缩减船的纵向运动程度的分析,初步确定了T型水翼的安装位置为距离船艏9~39 m处,并对不同安装位置和不同立柱高度的T型水翼进行了水动力仿真,依据T型水翼的减摇原理以及对其在不同条件下升力系数曲线的分析,得到了受船体约束的T型水翼的最佳安装位置为距离船艏29 m及最佳立柱高度为2.55 m.结果表明:与船体相适配的T型水翼减摇效果显著,有效地改善了穿浪双体船的耐波性能.
  • 新型舵防腐蚀电极空化性能的数值计算及试验
    叶金铭,于安斌,徐野,王友乾 p13-17
    采用结构化网格和SA-DES湍流模型,并考虑空泡水洞壁面效应,对舵防腐蚀电极的空化性能进行计算.对舵防腐蚀电极原结构的空化特性进行分析,总结空化发生机理,在此基础上提出一种新型船舵防腐蚀电极安装结构,并开展了模型舵空泡计算、模型舵空泡观测试验及实船舵空泡观测试验等一系列对比研究.结果表明:舵防腐蚀电极在较低航速下即先于舵下端面和舵面发生空化,影响了其防腐蚀效果和使用寿命;该船舵防腐蚀电极安装结构在模型尺度下的空化起始航速可提高8 kn以上,有效解决原防腐蚀电极的空化问题.
  • 三维圆柱体-弹性板非线性流固耦合数值计算
    李裕龙,储南洋,邓锐,牛丽霞 p18-22
    采用彼得罗夫-盖尔金有限元法离散不可压缩流体,并对大变形弹性结构体使用连续盖尔金有限元法进行离散.使用任意的拉格朗日-欧拉(ALE)方法处理流固网格的大幅变形,并且采用全解耦的隐式分区方法分别求解流固两相,进而将其应用于流固耦合问题的数值计算.根据一系列的网格划分方案,通过改流体和固体网格之间的网格数量系统地进行了网格收敛性测试,同时将开发的求解方法应用于三维标准的圆柱体-柔性板问题,并与文献中标准解进行对比.结果表明:开发的求解器在流固耦合问题中具有较好的准确性和可靠性.
  • 涡判据在翼端间隙涡流分析中的应用与评价
    郭嫱,黄先北,仇宝云,冯晓莉 p23-28
    水翼侧端的间隙涡流为研究对象进行数值模拟计算,将涡量、压力、速度梯度张量的第二不变量Q及特征值λ2、旋转强度和螺旋度准则用于涡流分析,以参考实验的间隙涡流特征为依据,评价了各类涡判据的适用性.结果表明:基于速度梯度张量的Q,λ2和旋转强度准则,对于间隙涡流的辨识效果总体较好.为提高涡判据在不同流场中的适用性,基于应变率张量与旋转率张量的比值构建函数,提出一种无量纲的涡识别准则,采用的判据可以有效识别局部旋转占优的流动区域.
  • 表底孔联合消力池三维流场数值模拟研究
    周招,王均星,梁砚,张文传 p29-35
    基于RNG k-ε紊流模型,针对消力池内纵向隔墩对比研究了常规隔墩式消力池与表底孔联合消力池三维流场的差异.数值模拟计算结果表明:拆除消力池内纵向隔墩有助于表底孔联合消力池利用表孔与底孔入池水流差异,使其在消力池上游区域激起强烈横向扩散和碰撞,形成由底至表不断发展的立轴旋滚,显著增强消力池内相邻水股剪切紊动耗散,尤其当底孔单独运行时消力池内过流宽度突变使入池水流形成显著三维水跃,沿程平均流速下降35%~49%,从而改善消力池内水流流态,取得较好的消能效果.
  • 考虑泄漏区的液力变矩器流场数值模拟
    闫清东,孟祥禄,魏巍 p36-40
    为研究液力变矩器泄漏区流动损失及其对液力变矩器原始特性的影响,分别建立了带泄漏区与无泄漏区的液力变矩器单流道模型,并进行稳态数值模拟.通过对比仿真结果与试验结果发现:考虑泄漏区时,变矩比和泵轮转矩系数的预测精度分别提高了3.1%和4.6%.仿真结果表明:随着速比的增大,主循环流量与泄漏流量逐渐减小,泄漏流量占液力变矩器主循环流量的4%左右;泄漏区存在明显的二次流现象,旋涡与过流截面的急剧变化导致了泄漏区的损失,且低速比时流动损失更大;相比无泄漏区仿真模型,泄漏区出口液流能够减小泵轮入口处的涡流黏度.
  • 冷轧工作辊表面微观形貌磨损行为研究
    李硕,李根,张勃洋,张清东 p41-46
    针对冷轧工作辊服役过程中表面µm量级磨损,在实际带钢轧制线上对应跟踪实测了工作辊上机前和下机后的表面微观形貌与特征,分析了整个服役周期内带钢粗糙度值随时间的变化规律.通过销盘实验模拟电火花毛化轧辊表面磨损行为,研究了磨损过程中表面三维形貌的演变和磨损量的变化,验证了关于轧辊表面磨损机制的假设,建立三种磨损机制的描述模型.基于元胞自动机方法,建立了冷轧工作辊表面微观形貌磨损演变行为的仿真模型,仿真结果再现了工业生产中工作辊表面磨损前期尖峰折断及中后期的微观切削过程,粗糙度变化规律与实测结果取得定性一致.
  • 沉没辊振动附加质量计算及试验研究
    王兴东,涂琪瑞,李友荣,胡溧 p47-52
    为准确分析热镀锌线沉没辊在液体中振动的附加质量,针对4根不同材质和壁厚的沉没辊(外形结构尺寸相同)分别进行空气与水介质中的自由模态试验;与空气中的试验结果相比,沉没辊模型浸没水中的各阶模态频率会降低,但不同振型的固有频率的降幅差异明显.采用有限元仿真方法,分别计算了沉没辊在空气与水介质中的模态和对应的附加质量,仿真结果与试验基本一致.结合试验与仿真结果分析了沉没辊的材质密度和壁厚对附加质量因数的影响,研究结果表明:其附加质量因数随着结构的壁厚和材料密度的增加而减小;在一定的壁厚范围内,材料为铝6063的沉没辊附加质量因数约为材料是Q235的2.79倍.
  • 轴向振动对液压胶管出口压力波动影响
    杨忠炯,李俊,周立强,蔡岳林 p53-58
    为了提升和改进硬岩掘进机工作时液压胶管内流体能量的传递特性,基于复合材料层合板理论和流固耦合理论,建立了缠绕式胶管轴向振动流固耦合模型.仿真和实验研究了振动参数、结构参数和流体参数对胶管出口压力波动影响.研究结果表明:当基础振动频率在40 Hz附近时,出口压力波动幅值最大,此时激振频率接近胶管固有频率,出口压力波动幅值在一定范围随振动幅值呈线性增长;胶管长度对出口压力波动影响强于胶管内径;随着流体流速增加,胶管出口压力波动幅值逐渐减小,流体黏度对压力波动影响较小.
  • 仿生机器鱼靠壁游动的壁面效应特性研究
    谢鸥,朱其新,蒋全胜,沈晔湖 p59-63
    为实现仿生机器鱼靠壁游动的工程实际需求,研究了机器鱼靠壁游动过程的壁面效应特性.首先建立了机器鱼运动学模型,然后采用计算流体动力学方法对机器鱼靠壁游动过程的水动力学和流场分布进行了数值仿真计算,最后对机器鱼在不同靠壁距离下的水动力参数进行了实验测试分析.结果表明:固体壁面会对机器鱼靠壁游动过程的水动力参数产生影响,靠壁距离越小,产生的偏航力矩和侧向力越大,从而导致机器鱼形成远离壁面的偏航游动.
  • 激振系统与平衡阀频率匹配问题分析
    吴万荣,王鑫,郝前华,袁鑫 p64-69
    针对液压激振系统工作频率对平衡阀启闭性能存在影响,为研究平衡阀与激振系统工作频率匹配的问题,对激振系统平衡回路、先导控制回路和主阀芯受力情况进行数学建模,利用AMESim仿真软件进行分析,并实验验证.仿真结果表明:在激振系统中平衡阀的工作存在非正常工作临界点,对设备安全运行存在较大隐患;非正常工作点出现的原因为单个激振周期小于平衡阀主阀芯启闭时间,其由先导控制腔建压与卸压的时间决定;先导控制回路阻尼孔3和系统控制压力对平衡阀频率匹配影响较大.实验结果与仿真结果相符合,验证了仿真分析的可靠性.
  • 月心矢量增强XNAV及其自适应滤波方法
    焦荣,甘伟,肖志红,吴银川 p70-75
    针对X射线脉冲星导航(XNAV)难以获取准确的过程噪声统计特性及导航精度低的问题,提出基于自适应差分卡尔曼滤波器(ADDF),融合地月夹角的多信息融合XNAV.首先通过处理从光学相机获得的月球图像得到视场角度和方向矢量的测量模型;然后将该测量模型和传统脉冲星计时观测模型集成到航天器轨道动力学中,以建立ADDF滤波模型;最后对所提方法进行仿真验证.实验结果表明:在相同的初始状态和初始噪声误差下,与无迹卡尔曼滤波器(UKF)和差分滤波器(DDF)相比,ADDF具有良好的噪声自适应能力,其导航位置估计精度提高60%以上,速度估计精度提高25%以上;较之传统计时观测XNAV,融合视场角和月球方向矢量的XNAV方法能够将导航精度提高50%以上.
  • 多径CD3S信号的混合卡尔曼滤波解调
    陈鹏,袁国刚,王永川,高喜俊 p76-80
    提出了一种基于混合卡尔曼滤波的CD3S信号解调算法,在多径衰落信道下,采用状态估计的方法解调混沌直接序列扩频(CD3S)信号.根据混沌系统映射方程建立了混沌码同步问题的状态空间模型,并利用无损卡尔曼滤波器实现了混沌码同步;根据信道参数与信息码相对于混沌码的慢变特性,建立了信道参数估计与信息码估计问题的状态空间模型,并利用两个卡尔曼滤波器分别估计信道参数与信息码.三个滤波器均把彼此的估计结果作为系统参数,交替工作,通过联合估计实现信息码解调.仿真结果表明:无论多径信道是时不变的还是时变的,算法均可以提高混沌码同步精度,降低CD3S通信系统误码率.
  • 多线阵相机系统位姿高精度校准方法
    刘源泂,周同聚,王兴东,刘钊 p81-86
    针对多线阵相机组合成像时相互位姿校准要求,设计了由黑白条纹区域、等腰三角形区域及细实线区域组成的专用校准板,基于分区域OTSU(最大类间方差法)阈值的二值化处理的垂直投影方法对线阵相机静态条纹图像进行宽度计算,逐步实现单个相机的扫描线与Y轴平行度、相机光轴与检测面垂直度及多相机之间共线度进行高精度校准和调整.实验结果表明:该方法可快速实现线阵相机扫描线与Y轴平行度精度0.449°,光轴与Y轴垂直度精度0.002°,两相机扫描线共线精度1.0 mm.进一步优化校准方案后精度可达平行度0.01°,垂直度0.002°及共线精度0.080 mm,校准板图案简单,兼顾校准效率和精度要求,能够满足高精度的视觉检测和测量.
  • 基于特定环境的面部活体检测
    李素梅,秦龙斌,胡佳洁 p87-91
    针对面部认证系统中活体检测正确率要求高的应用需求,设计出一套适于特定环境的面部认证系统,即先进行面部身份识别,再对识别后的面部图像进行活体检测,为特定个体建立特定的检测模型,具有很强的特指性.针对该特定系统中合法用户的面部图像,采用局部二值模式(LBP)、方向梯度直方图(HOG)、灰度共生矩阵(GLCM)和哈尔小波变换(HAAR)等方法进行特征提取,通过对不同个体建立不同支持向量机网络进行活体验证.在公开的NUAA数据库上进行验证,正确检测率可达100%,实验结果表明:基于特定环境面部认证系统的活体检测模块不仅检测准确率高,而且能够满足特殊定制应用环境的需求.
  • 近海大气环境下砖砌体组合墙抗震性能试验
    郑山锁,郑淏,牛丽华,明铭 p92-98
    为研究近海大气环境下构造柱-圈梁约束砖砌体组合墙的抗震性能,以4榀组合单墙片和4榀组合双墙片试件作为研究对象,对试件进行了室内加速腐蚀试验,进而对其进行低周往复加载试验,观察砖砌体组合墙试件的破坏过程与特征,分析腐蚀循环作用对其荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等抗震性能的影响.试验结果表明:试件破坏形式最终均为脆性剪切破坏;腐蚀循环作用对砖砌体组合墙试件的破坏形态有一定影响;随着腐蚀循环次数的增加,试件的极限承载力、初始刚度、耗能能力均表现出不同程度的退化;组合双墙片试件的抗震性能优于组合单墙片试件,其材料性能得以较为充分地发挥,墙体内应力分布更加均匀,刚度退化速率相对较慢.
  • 多种注浆材料耐久性能对比试验研究
    夏军武,张龙,杨远征,郁林利 p99-104
    从材料的微观结构出发,运用抗水溶蚀、抗渗性能及体积稳定性试验,对比研究了高水注浆材料与纯水泥浆液、水泥-水玻璃和胶砂等常用注浆材料的耐久性能.通过模拟地下动水对材料的侵蚀作用,研究其抗压强度的降低和由于剥离引起的质量变化,并测量该过程中溶蚀液电导率和溶解固形物总量的变化.采用规范规定的标准试验方法测定抗渗性能,体积稳定性则用干缩性能和早期开裂性能进行表征.结果表明:高水注浆材料和纯水泥浆在动水养护条件下强度损失和质量损失率均较小于其他类型的材料,具有较强的抗水溶蚀能力;渗透系数随着水灰比的增加而变大,随龄期的增加而减小,水灰比1.0,1.5和2.0范围内的高水注浆材料结石体28 d渗透系数均能达到1×10-10 m/s级;基于材料本身的充分反应和石膏等物质的掺入,高水注浆材料体积稳定性能也较为优异,伴随着水灰比的增加,其裂缝宽度逐渐减小,即早期抗开裂性能逐渐提高.
  • 甘肃陇南沥青路面高温温度场预估模型研究
    李萍,陈柯柯,念腾飞,刘洋 p105-110
    为建立甘肃陇南地区沥青路面高温温度场预估模型,选取陇南地区兰海高速典型路段,利用采集的实测沥青路面结构温度数据对陇南沥青路面温度场的分布规律进行研究,并采用回归分析方法分析了气温、太阳辐射强度和湿度等影响因素与路面温度的相关性,建立了以温度、湿度、太阳辐射强度和路面深度为主要参数的沥青路面高温温度场预估模型.研究结果表明:气温和湿度随着时间呈正弦变化,气温和太阳辐射强度对路面结构温度影响呈正相关,湿度对路面结构温度的影响呈负相关;气温和太阳辐射强度对路面结构温度有累积性和滞后性的特点,且随着路面深度的增加;由三种沥青路面温度场预估模型的模拟结果与站点采集的实测值对比分析可知,本研究建立的沥青路面高温温度场预估模型与路面结构温度有较高的相关性,能较好模拟陇南地区沥青路面高温温度场,为陇南地区沥青路面车辙防治工作提供技术支撑.
  • 开敞空间客车全尺寸火灾试验研究
    唐智,方正,王骏横,李琪 p111-115
    以中型客车为试验对象,试验模拟客车车厢起火场景,实时监测火场温度和热辐射强度等参数,对客车火灾的发展过程和水喷淋对客车火灾的作用效果进行观测和分析,对客车火灾的人员可用安全疏散时间以及火灾蔓延风险进行评价.结果表明:客车在点火后70 s时发生轰燃,人员可用安全疏散时间小于48 s,根据汽车被引燃的温度判据,客车火灾能引燃距其周边1.5 m处车辆;喷淋系统开启30 s后客车的明火基本被扑灭,说明了该系统对客车火灾的有效性.
  • 少耗水量滚筒式水玻璃旧砂湿法再生方法
    龚小龙,樊自田,刘富初,王黎迟 p116-120
    采用自行设计和研制的滚筒式水玻璃旧砂湿法再生脱水一体化设备,分析了再生转速、再生时间、耗水量、脱水时间和再生次数对水玻璃旧砂再生脱膜率的影响.采用扫描电镜和能谱分析对比了旧砂及再生砂微观形貌和表面成分.研究结果表明:水玻璃旧砂再生脱膜率随着再生转速的增大先增加后减小,在84 r/min时最大;再生时间、耗水量、脱水时间和再生次数的增加都可提高再生脱膜率;较优的再生工艺参数为一次耗水量30%、再生时间15 min、再生转速84 r/min、脱水时间90 s以及湿法再生3次(1 t旧砂再生总耗水量为0.9 t),此时再生砂表面比较光滑、没有残留粘结剂膜,再生脱膜率可达90.04%.
  • 纤维复合材料修复缺陷管道的失效分析
    陈如木,邱金水,刘伯运,任广鲁 p121-127
    为准确预测纤维复合材料修复缺陷管道的极限失效压力,基于管道钢材料、填充胶层和复合材料的极限失效状态,建立修复后缺陷管道的极限失效数值模型.以缺陷深度、轴向长度、环向长度以及修复层数来表征不同的修复工况,对不同的修复工况进行非线性数值分析.结果表明:对于未修复缺陷管道在单调递增内压力作用下,缺陷区域等效应力曲线可分为线弹性、塑性屈服和刚度退化三个阶段,且腐蚀程度对管道极限承压能力的影响极为显著;复合材料修复层在管道缺陷区域屈服后均能很好地抑制缺陷处的径向膨胀,起到加固修复作用,但对于同一缺陷工况,不同修复层数呈现出不同的失效模式,修复层数对复合材料修复性能具有显著影响;在相同修复层数下,修复后缺陷管道的极限承压能力随缺陷深度的增大呈较大的下降趋势,缺陷轴向长度和环向长度对复合材料修复性能的影响极为有限,但轴向和环向长度较大的缺陷管道其修复后的极限承压能力增量较大.
  • 热障涂层TGO热生长和TC烧结强化模拟
    刘建华,刘永葆,刘莉,贺星 p128-132
    为模拟涡轮叶片热障涂层在不均匀温度场作用下热生长氧化层(TGO)的热生长和陶瓷面层(TC)的烧结强化,采用时间和温度相关的TGO热生长模型,建立TC烧结强化的增量本构模型,并通过ABAQUS子程序CREEP和UMAT予以实现.结果表明:发生显著TGO增厚和TC弹性模量强化的区域与不均匀温度场的高温区域相符合.在0~200 h内,TC最大弹性模量增大了74.567 GPa,并使得叶盆和叶背中后部TC热应力水平明显增大;TGO最大厚度增加了2.29 μm,使得周向和径向抵抗热失配的承载截面增大,降低了TGO热应力水平;而TGO热生长和TC烧结对粘结层(BC)和合金材料的热应力几乎没影响.

主管:教育部

主办:华中科技大学

主编:李元元

刊号:ISSN 1671-4512

   CN 42-1658/N

邮发:国内 38-9

   国外 M 487

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