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力學分析的方法范文

時間:2023-06-13 16:14:48

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力學分析的方法

第1篇

關鍵詞:工程結構;工程力學;評價;實訓教學;

中圖分類號:TB12-4 文獻標識碼:A 文章編號:1674-3520(2014)-08-00-02

工程力學是人們對工程實際問題的分析研究、不斷的總結經驗而逐步發(fā)展起來的一門自然科學理論。《工程力學》教科書中,從工程力學的基本概念、基本公理講起,逐步深入。例題也是經過簡化抽象出的力學模型,其結構、約束、載荷都是典型化、標準化的,而沒有說明力學模型是如何從工程實例中簡化抽象出來的。目前,國內高等院校中的機械工程、土木工程、航空工程及相關專業(yè)普遍開設工程力學課程,所用教材大同小異,不同程度地存在理論脫離實際的問題。學習了工程力學課程后的大學生們,能夠基本理解和掌握工程力學的基本概念、基本理論和基本方法。但是,當遇上工程實際問題時,就會感到茫然不知所措。因為工程實際問題都是較為復雜的結構,不是教科書中的標準拉桿、標準簡支梁,各結構間的連接方式有焊接、鉸接,不是書中標準的約束形式,載荷也不是給出的,需要去調查或實測,無法直接應用工程力學理論去分析研究,不知如何下手。這也是新畢業(yè)大學生就業(yè)難的原因之一。

理論脫離實際,大學生們缺乏解決工程實際問題的能力這個問題,明顯地擺在各工科高等院校面前,擺在高校各級領導、廣大教師和學生面前,急待解決。

通過專業(yè)課學習解決理論關系實際問題當然是一個有效途徑。但是,受到教學時間、教學內容等諸多因素的限制,只靠在大學后期階段的幾門專業(yè)課學習是解決不了問題的,而且已顯為時較晚。那么,強調要在大學教學的全過程中貫徹落實理論聯系實際的思想并硬性規(guī)定,在技術基礎課中安排一定學時的工程實訓教學,是完全必要的。

一、問題

如何搞好工程實訓教學?這個問題又擺到了任課教師的面前。

如何做到從工程實際中簡化抽象出力學模型是搞好工程力學實訓教學的關鍵一環(huán),也是最基本的內容。而在普通工科高等院校中,過去和現在都沒有搞過這類實訓教學,無可借鑒。但我們可從以下三方面去探索:第一,聽取老大學生的實際工作經驗;第二,認真分析已有力學與工程實際的關系;第三,借鑒相關學科知識。經過邊探索、邊實踐、邊總結,歸納總結出了從工程結構分析開始,從中離散出簡單構件,再簡化抽象出力學模型,進而進行力學分析計算,得到結論及給出對原工程結構設計的評價及改進意見,這樣一個對工程結構進行工程力學分析全過程的方法?,F以流程圖的方式表達如下:

工程結構力學分析流程圖

對上述流程圖簡要說明如下:

㈠在對工程結構進行力學分析、對構件、約束、載荷進行簡化抽象時,應遵循以下原則:

1.分清主次,注意轉化。既要抓住主要因素,略去次要因素;同時要注意,在一定條件下,有些次要因素可能轉化為不可忽略的重要因素。

2.雅俗對照,約定俗成。即要把理論(雅)的東西和工程實際(俗)的相關東西進行比對,形成相應的簡化關系;特別是有些已經形成定式的簡化結果(如木結構連接就簡化成鉸接),就不能再變了。

3.由繁而簡,先分后和。工程結構都比較復雜,直接對構件整體作力學分析是很困難的。一般應先分析結構的構成及各構件間的連接方式;然后,將構件間的連接方式作為相互的約束進行簡化處理,離散出簡單構件;進而對構件及相關載荷進行簡化,得到力學模型。在對力學模型進行力學分析后,再回到整個結構中,作綜合的分析處理。

㈡力學模型三要素。簡化抽象出的力學模型必須具備三個要素:構件、載荷和約束,缺一不可。

㈢力學分析三要點。應用力學理論和方法進行分析研究有三個出發(fā)點:強度、剛度、和穩(wěn)定性,并分別給出結論。

㈣綜合評價三方面。對各構件分析后,再回到對工程結構整體的分析評價,應用工程標準和力學標準進行安全性、經濟性和科學性三個方面的評價。

㈤在得出了對原工程結構的評價之后,自然會產生對原設計的改進意見。

依據上述分析方法,我們“掛壁床”、籃球架、綱目結構橋、吊扇、桌連椅等多種工程結構進行了工程力學分析研究;更準確地說,也是在進行分析時,不斷地歸納、總結、完善分析方法?,F以“掛壁床”為例,說明分析的全過程。

“掛壁床”是煙臺南山學院學生宿舍中普遍使用的學生用床,如圖所示。

該床由三部分組成:兩個床頭、一個床身。床頭是一根50×50×4的角鋼彎成直角的兩邊,與一根外徑35mm圓鋼管彎成直角的兩邊焊接成的矩形框架,框架中還焊有3根外徑為20mm的圓鋼管。床身是2根40×40×3的角鋼由5根外形為20×20的方鋼管焊接在一起而形成。由4根M8的螺栓將床身和床頭連接在一起形成了整床;又各用2個膨脹螺栓(M16)將床頭固定在墻上,形成了“掛壁床”。

根據床的結構和連接方式,拆開4個M8的螺栓,即可將床離散為三個簡單構件,即兩個床頭和一個床身。這是第一步。第二步,將已離散出的較簡單構件轉化為力學模型。先看床頭,它一端固定在墻上,相當于固定端,另一端自由;當人坐在床沿上時,人的體重將由床身傳至與之相連接的床頭自由端處;于是就得出了在自由端作用有集中力的懸臂梁。床身即可視為兩端鉸支、受有幾個集中力作用的簡支梁。考慮到幾個人同時坐在床沿上的情況較多、而且此時床沿角鋼比墻邊角鋼承受更大載荷,處于較危險狀態(tài),應予重點分析??紤]到兩根角鋼要同時發(fā)生彎曲變形,而且變形之差比連接兩角鋼的方鋼管尺寸小得多(約1%),兩角鋼間的相互作用很小,可以略去。于是就得到了以床沿角鋼為簡支梁、其上有幾個集中力作用的力學模型。到此即完成了力學模型的簡化抽象工作。

接下來的是對載荷的分析。當一個人坐在高度為0.5m的床沿上時,兩腳放在地面上,地面會分擔體重的20%左右,墻邊角鋼也會分擔體重的20%左右,余下的60%由床沿角鋼承擔。常見的較嚴重的情況是4個學生同時坐在床沿上。由于床板的作用,會使4個人的體重的60%平均地分配到5根方鋼管與床沿角鋼的焊接處。以每個大學生體重為600N計,則可視為簡支梁上作用有5個290N的集中力;而總重量的一半以集中力的方式作用在懸臂梁的自由端,約為720N。

載荷確定后,即可進行強度及剛度分析計算。對于懸臂梁,集中力對固定端處的彎矩Mmax = 612N?m,由此引起對固定床頭的上部螺栓的拉力1.5KN。據查,該螺栓的許可拉力為21KN,可見其強度儲備很大。對于簡支梁,最大彎矩Mmax=304N?m,角鋼的抗彎截面系數W2 = 1.23×10-6 m3,則σmax = 245MPa,梁中點的最大撓度ω=13 mm。我們還對4人坐床沿時的變形進行了實測:懸臂梁自由端撓度為2.1 mm,簡支梁中點撓度為15 mm。上述實測撓度值與計算結果完全吻合。由此可以認為,我們所進行的力學模型的簡化抽象以及對載荷的估計是基本正確的。

根據上述分析,可對“掛壁床”作出評價及提出改進意見。

二、評價

設計思想新穎,結構合理,經濟實用,安全可靠。床頭結構設計巧妙,既有很高的承載能力,又是很好的床頭護欄;而且用于固定床頭的膨脹螺栓有很大的強度儲備。床身的強度和剛度能滿足一般正常要求,但在嚴重情況下(如4、5人同時坐在床沿上),強度和剛度都顯不足;而且變形較大且不均勻時,會引起很大噪聲,影響休息。

三、改進建議

針對上述例子分析,為增加“掛壁床”強度和剛度,提出下列建議:

1.將床沿角鋼由40×40×3改為40×40×4,既不改變外觀情況,又可增大強度和剛度,可使4人同時坐床沿時的最大應力降至190MPa,最大撓度降至10mm。

2.將固定用螺栓穿墻雙掛。即把相鄰兩宿舍的兩張床背靠背地用同一根螺栓固定在同一面墻上,既節(jié)省材料,又大大提高了防地震能力。

以上只是對工程結構的力學分析方法和工程力學實訓教學的初步探索。還需要逐步提高水平,把實訓教學活動提升到實訓教學課的高度上來。

參考文獻:

[1]蒙曉影.工程力學[M].大連:大連理工大學出版社,2008

第2篇

關鍵詞:直升機;概念設計;飛行力學分析方法;配平;飛行性能;參數分析

中圖分類號:V212.4 文獻標志碼:A 文章編號:1005-2615(2015)02-0259-07

直升機概念設計的主要任務是根據直升機的設計要求,選擇總體參數以及氣動布局參數,確定滿足設計要求的初步方案,為初步設計提供初始方案,是從無到有的設計過程。因此在概念設計階段要慎重地進行參數選擇,直升機設計參數的依據是設計技術要求,為了正確選擇參數首先必須清楚直升機設計參數與飛行性能之間的關系、影響規(guī)律。

第3篇

[關鍵詞]高層建筑;結構力學;分析方法

中圖分類號:O342 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)06-0126-01

1 引言

建筑業(yè)的飛速發(fā)展,高層建筑的數量日益劇增,而其內力和側移則隨著結構高度的增加而增加。當達到一定高度時,側向位移很大。因此,水平荷載產生的側移和內力,則是確定結構體系、材料用量和造價的決定因素?,F實中,高層建筑結構的設計是靠剛度支配的,而不是靠結構材料的強度,剛度的大小取決于結構體系。所以選擇經濟有效的結構體系,則是高層建筑結構設計的重點,實質上就是說對其系統進行有效的力學分析。

2 數學分析方法

1)有限條法和樣條函數法分析方法。對于半解析法來說,它是解析與離散相結合的方法,以數學力學的方法可大大減少有限元方程組的階數,能避免有限元“過分”計算,防止有限元法中經常遇到計算污染(即病態(tài)方程組),引起計算結果惡化。在高層建筑的分析計算中,經常會遇到幾何形狀和物理特性沿高度方向比較規(guī)則的情況,該種結構體系,采用有限條法很有效。分析計算中只需沿著某些方向采用簡單多項式,其它方向則為連續(xù)、可微、且事先滿足條端邊界條件的級數。采用此法時,合理地選擇結構計算摸型,等效連續(xù)體的物理常數和條元的位移函數,這是提高精度、簡化計算的關鍵。樣條函數是分段多項式的一種,與一般有限單元法相比,位移模式曲線擬合度好、連續(xù)性及通用性強,系數矩陣稀疏、計算量小,且具有緊湊、收斂、完備和穩(wěn)定等方面特征。其計算結果與試驗結果吻合性良好,是一種較好的分析方法,它在高層建筑中得到了廣泛應用。以三次B樣條子域法為例分析開洞剪力墻,它是先將該結構分為n個子域。作子域分析,要建立子域剛度矩陣和荷載列陣,然后對結構進行整體分析,以獲得樣條結點參數,進而求出結構的位移和內力。

2)常微分方程求解器分析方法。在高層建筑結構分析中,現在開發(fā)研制出了相當有效的常微分方程求解器(ordinary deferential equation solver),其功能很強,尤其自適應求解,可以滿足用戶預先對解答精度所指定的誤差限。清華大學包世華教授和袁駟教授在高層建筑結構分析中應用此方法,有效解決了高層建筑結構考慮樓板變形時靜力計算、動力計算和穩(wěn)定計算。假若用離散化方法求解,計算量是相當巨大的。用微分方程求解器法求解,因方程組數目少,顯示出了很大的優(yōu)越性。袁教授利用有限元技術,并借助能量泛函的變分,將控制的偏微分方程半離散化為用結線函數表示的常微分方程組,然后用高質量的常微分方程求解器直接求解,即有限元線法。這種具有吸引力和競爭性新方法,它在解一般力學計算問題上取得了良好的結果。而包教授把這種半解析-微分方程求解器方法 (有限元線法) 應用到高層建筑筒體結構的靜力、動力和穩(wěn)定分析中,也取得了較好的效果。

3)分區(qū)廣義變分原理與分區(qū)混合有限元分析方法。有限元(特別是雜交元和非協調元)的發(fā)展,大大促進了分區(qū)廣義變分原理的研究。清華大學龍馭球教授在分區(qū)混合廣義變分原理基礎上,提出了分區(qū)混合有限元法。基于分區(qū)廣義變分原理的分區(qū)混合有限元法是繼位移法、雜交元法之后的新方法。該分析法將彈性體分成勢能區(qū)和余能區(qū)。勢能區(qū)采用位移單元,以結點位移為基本未知量;余能區(qū)采用應力單元,以應力函數作為基本未知量,而區(qū)交界面通過引入附加的能量項在積分意義下滿足位移和力的連續(xù)條件,這樣保證了收斂性,最后通過取總能量泛函為駐值建立分區(qū)混合有限元法基本方程。采用分區(qū)混合有限元法,具有適應性強、分區(qū)靈活,能保證收斂性,用于計算框支剪力墻和托墻梁結構,以及框支剪力墻角區(qū)應力集中的工程計算中難辦的問題,其有獨特之處。顯而易見,其分區(qū)混合有限元法在高層建筑結構分析中應用前景看好。

3 彈塑性動力分析方法

高層建筑結構的彈塑性動力分析(亦稱時程法)的研究和應用得到了迅速的發(fā)展。該方法是將地震波記錄直接輸入結構,考慮結構的彈塑性性能,依據結構彈塑性恢復特性建立動力方程,再用逐步積分法直接求出地震過程中位移、速度和加速度的時程變化,從而描述結構在強震作用下,彈性和非彈性階段的內力變化,以及結構構件逐步開裂、屈服、損壞直至倒塌的過程。這種方法從理論上講有不少優(yōu)點(如能夠發(fā)現結構的薄弱環(huán)節(jié),對結構的變形、延性的分析比較符合實際,預計的破壞形態(tài)與實際震害比較接近等),但這種方法的前提條件與實際較難符合。若要擬建場地實際強震記錄,實際上很難收集到。當前,國內外研究人工隨機地震波作為輸入地震波取得很大進展。在結構的計算模型中,應用較多的是層模型。在考慮樓板變形影響,采用并列多質點計算模型的方法正在研究中,有的考慮了基礎的平移和轉動,將土體、基礎和上部結構共同考慮的耦合振動,并取得了一定的成果??紤]扭轉振動,斜向輸入雙向地震波的動力分析法也取得了積極的進展。目前對采用時程法仍有不同看法,采用大型高速計算機,典型地震波本身不一定代表要發(fā)生的真正地震,所以在研究時程法同時,一些簡化的近似方法也應加以研究。各國在抗震規(guī)范修訂本或修訂草案中,正越來越多的要求作直接動力分析。許多國家的規(guī)范在設計超高層建筑時,要求選擇適當的地震波,進行直接動力分析。

4 最優(yōu)化理論的結構分析方法

結構最優(yōu)化設計,則是把數學上最優(yōu)化理論結合計算機技術應用于結構設計的一種新型設計方法。應用此法,設計者能從被動的分析、檢驗,進入主動“設計”。對于一定的空間要求,高層建筑結構的優(yōu)化設計應以最小重量產生最大剛度,框架剪力墻結構中剪力墻的最優(yōu)數量和最優(yōu)布置,則是優(yōu)化設計在高層建筑結構中應用的一個主要問題??蚣芗袅Ω邔咏ㄖ校袅偠炔皇窃酱笤胶茫怯幸粋€合適的剛度。在此分析剪力墻剛度與地震作用相互內在關系的基礎上,把確定框架剪力墻高層建筑結構在地震作用下剪力墻合適剛度問題歸結為結構優(yōu)化設計問題,建立確定剪力墻最優(yōu)剛度的數學模型。為此,一些研究學者第一次提出了不同的度量指標,提出了以單位建筑面積上剪力墻慣性矩作為高層房屋不致破壞的度量指標。因該觀點能夠緊緊抓住問題的本質,所以目前仍處于研究和開發(fā)階段的建筑結構優(yōu)化設計正火熱的進行中。它從理論上比較嚴謹地解決了該問題,并建立確定的剪力墻最優(yōu)剛度的數學模型較為合理,所得到的剪力墻數量也是最省的,充分證明了該方法應用的前景仍是看好的。

5 結束語

如今高層建筑結構力學分析仍在利用現有的計算理論進行被動設計的階段,仍不能從根本上滿足未來高層建筑朝著技術功能先進和藝術完美相結合的方向發(fā)展。所以,對高層建筑的結構力學分析,仍需要大量的實踐來進行改進和發(fā)展,以促進高層建筑結構的設計更加完善。

參考文獻

[1] 高層建筑結構方案優(yōu)選[M].中國建筑工業(yè)出版社,1996,6.

[2] 建筑結構荷載規(guī)范(GB50009-2001)[s].北京:中國建筑共業(yè)出版杜,2001.

第4篇

關鍵詞:大跨度鋼結構;施工過程;向量式有限元;張拉索單元;千斤頂單元

中圖分類號:TU311.4;TU393.3 文獻標識碼:A

文章編號:1674-2974(2016)03-0048-07

早期的施工力學問題主要存在于橋梁[1-3]和高層建筑[4]中,隨著大跨空間結構、復雜結構的蓬勃發(fā)展,結構施工的周期和復雜性都大大增加,而且施工過程與結構最終成型狀態(tài)關系更加密切,施工力學問題在大跨度鋼結構中受到了充分的重視,但國外在大跨度鋼結構施工力學問題方面公開發(fā)表的文獻較少[5-6].國內對施工力學的研究則主要基于時變力學理論[7],將施工過程離散為若干施工階段進行分析,常采用生死單元法和分步建模法[8],將連續(xù)的施工過程進行離散化求解.生死單元技術采用一次性建模,然后按照實際施工步驟逐步“殺死”或“激活”單元來模擬整個施工過程結構的受力及變形狀態(tài),避免了單元網格的重新劃分,只需建立一次整體模型,但其缺點是單元被激活后可能發(fā)生漂移而與實際的安裝位形不符,出現較大偏差甚至求解不能收斂;分步建模法是按照施工步驟邊建模邊求解,可精確控制施工過程中構件的安裝位形,不存在生死單元技術由于“死”單元的“漂移”而導致剛度矩陣病態(tài)的問題,其缺點是每個施工步驟都需導入上個施工步分析的應力狀態(tài)作為本次分析的初始應力狀態(tài),重復建模.而且傳統有限元方法在大變形、大變位等這類施工過程中經常涉及到的非線性問題求解方面往往存在較大困難.

向量式有限元[9-11]是一種基于動力學求解的數值方法,它從傳統的牛頓力學出發(fā),建立起一套完整的理論.此方法可以應用于所有符合牛頓定律的力學問題求解,不需求解聯立方程組,不存在非線性求解的收斂問題,尤其適合于動力問題.國內已有部分學者將其引入到結構分析中[12-16],可以完成諸如大變形、大位移,甚至是剛移等一系列非線性分析.本文利用向量式有限元理論計算與時間的依存性,進行大跨度鋼結構施工力學分析,為大跨度鋼結構的施工力學分析提供了一種新的手段.

1 向量式有限元概述

向量式有限元的理論構架不同于經典結構力學,選擇了一組不同的概念描述和簡化假設.在向量式有限元基本理論中了傳統結構力學中的一些簡化假設,例如剛性桿件、運動和變形的分解以及路徑獨立的過程和靜態(tài)解,桿件的變位量和變形量是沒有限制的,而把時間也作為分析的一個變量來考慮.因此,向量式有限元能夠考慮運動進行的全部過程,處理作用力和操作環(huán)境持續(xù)變化的真實狀況.同時,向量式有限元引入了數值計算方法,避免了多層次的迭代計算,求解過程中不形成剛度矩陣,因此不僅能夠方便地處理大變形、大變位等幾何非線性問題,也能夠處理材料非線性和狀態(tài)非線性等不連續(xù)行為.

1.1 求解過程

根據牛頓第二定律,對于每個質點有:

2.2 千斤頂單元

大跨度鋼結構在安裝過程中采用支撐胎架,為便于卸載,一般使用千斤頂作為臨時支撐與結構之間的連接,千斤頂在卸載施工中有較大的承載能力,且便于控制.基于千斤頂工作中受壓而不受拉的特點,可采用與張拉索單元類似的模擬方法,建立千斤頂單元的內力計算公式.不同的是,千斤頂單元只能受壓不能受拉,因此,當fA2B2>0時,E0=0.

3 大跨度鋼結構施工力學分析

施工力學分析方法主要包括有限單元法、時變單元法和拓撲變化法等.時變單元法是指離散網格不變,通過單元大小的變化來實現求解區(qū)域的變化,但存在數值積分穩(wěn)定性問題.拓撲變化法應用拓撲學原理用數值手段實現求解區(qū)域的變化,但要求時變次數不能太多,否則計算效率不高.有限單元法因為理論成熟,易于程序化,得到了廣泛的應用.但對于大變形、大變位甚至剛移等非線性過程的求解往往很難收斂.本文采用向量式有限元方法,可根據實際施工順序通過確定新增單元或節(jié)點,直接建立新增構件加入初始模型進行分析.由于向量式有限元求解本身即為動態(tài)求解過程,因此不需調整參數,真實模擬實際施工順序,跟蹤受力和變形過程.

3.1 算例1

如圖3所示的懸臂梁結構,分為4段施工,僅考慮自重荷載,后續(xù)構件的安裝按照切線的方式進行.懸臂梁截面規(guī)格為H1400 mm×500 mm×10 mm×22 mm,材料彈性模量為2.06×105MPa,密度為7.85×103 kg/m3.

采用大型通用有限元軟件ANSYS中的生死單元法和本文方法分別計算各階段節(jié)點撓度,結果如表1所示.考慮在施工過程中,兩者均按照切線方式進行下一步施工,對比生死單元法和本文方法可知,兩者結果相差不大,這表明本文方法是有效的.

3.2 算例2

如圖4所示兩端為鉸支座的索桁架初始態(tài),拉索均為無應力長度,粗實線表示鋼拉桿Φ102 mm×6 mm,彈性模量2.06×105MPa,細實線為拉索Φ20,彈性模量1.6×103 MPa,密度均為7 850 kg/m3,不考慮自重影響.通過張拉AD和CD兩根拉索對索桁架進行預應力張拉,直至最終態(tài)(見圖5).

建立向量式有限元模型,其中桿件BD采用桿單元,拉索AB和CB采用索單元,拉索AD和CD采用張拉索單元.對拉索進行張拉有兩種模擬方式:一是設置阻尼系數,采用擬靜力分析的方法,拉索長度一次變更到原長,忽略拉索長度變化及預應力建立的過程,得到最終成形狀態(tài);二是設阻尼系數為零,采用動力分析的方法,拉索長度以一定的速度逐漸變化至原長,這樣可以跟蹤模擬預應力在整個結構中建立的過程.

圖6和圖7分別給出了采用這2種方法得到的單元內力和節(jié)點豎向位移時程曲線,其中阻尼系數為0時,拉索提升速度為4.06 mm/s.

由圖6和圖7可知,當阻尼系數為20時,拉索原長突變,內力和位移曲線均產生振動,但隨著阻尼力的作用逐漸趨于最終結果;當阻尼系數為0時,因為拉索原長以緩慢的速度變化,產生的振動較小,而內力和位移均緩慢增加,最終也達到了平衡狀態(tài).算例表明,采用兩種方法得到的最終結果是一致的,內力為6 933.4 N,豎向位移為250 mm,且與理論解一致.

4 工程實例

南京水利科學研究院河口海岸深水航道試驗大廳屋蓋采用大跨度張弦桁架結構體系,跨度達119.8 m,上部鋼屋蓋支承于下部型鋼混凝土框架柱,一端簡支一端滑動(圖8).屋蓋由18榀張弦桁架組成,單榀桁架采用倒三角截面立體管桁架形式,矢高7 m,垂度5 m,總高12 m;下弦拉索采用PES7-163纜索,彈性模量1.95×1011MPa,施加預應力1 190 kN.根據工程特點及施工條件,采用單榀桁架帶胎架張拉,支撐胎架與桁架之間通過千斤頂連接,支撐胎架卸載后,桁架沿軸向累積滑移技術進行鋼結構安裝.支撐胎架采用2.0 m×2.0 m格構式標準節(jié),高22.0 m.立桿采用L152×6,橫桿采用L75×6,斜桿采用L100×6,柱頂連梁采用I20a,如圖9所示.

根據實際施工過程,首先在胎架上拼裝上部剛性管桁架,然后掛索并進行張拉,利用向量式有限元可以首先將拉索的彈性模量設為零,分析上部管桁架自重作用下的受力狀態(tài),然后改變索長進行張拉模擬.由于本工程為單榀張拉施工,本文對鋼結構屋蓋端部的第一榀張弦桁架施工張拉過程進行模擬分析,跟蹤結構位形及內力變化.

建立向量式有限元模型,管桁架使用梁單元模擬,撐桿為桿單元,考慮張拉過程實際情況,假定拉索的端部索段為原長可以改變的張拉索單元,以此模擬張拉過程,中間索段為只受拉不受壓索單元.桁架下部采用雙拼格構式支撐胎架,桁架與支撐胎架之間通過千斤頂單元連接.時間步長取為0.000 12 s.

圖10和圖11分別為上部鋼桁架跨中豎向位移和支座節(jié)點水平位移時程曲線,圖12和圖13分別為拉索內力和千斤頂內力時程曲線.0~1.2 s為鋼桁架拼裝階段,設阻尼系數為30,擬靜力計算跨中位移逐漸達到靜態(tài)穩(wěn)定;1.2~13.2 s為預應力張拉階段,令阻尼系數為0,進行動態(tài)分析,位移和內力逐漸增大,但在6.6 s左右時跨中位移和內力均有突變,這是由于在6.6 s時千斤頂內力變?yōu)?,由圖13可知,此時鋼桁架脫架.當時間為13.2~18.0 s時,令阻尼系數為30,位移和內力趨于穩(wěn)定.最終得到跨中豎向位移為212.4 mm,支座節(jié)點水平位移為-77.1 mm,拉索內力為1 193.4 kN,千斤頂內力為零.

圖14和圖15均為采用大型通用有限元軟件ANSYS程序根據目標索力進行找力之后的分析結果,跨中豎向位移和支座水平位移分別為211.0 mm和-76.6 mm.拉索索力為1 190 kN,臨時支撐可以脫架.

5 結 論

1)本文基于向量式有限元的基本理論,推導了張拉索單元和千斤頂單元兩種新型單元,實現了施工力學實時分析,編制了含有張拉索單元和千斤頂單元的結構計算分析程序,實現了預應力張拉過程分析.

2)編制了大跨度張弦桁架張拉施工分析程序,并針對具體工程進行了模擬,驗證了理論推導和程序的有效性.但自編程序的計算效率與傳統有限元相比還有待提高,可優(yōu)化程度較大.

3)施工力學分析的難點在于施工過程中,結構的幾何、材料和邊界條件等均有可能隨時間變化.相對于傳統有限元分析方法來說,本文提出的分析方法從動力學方程出發(fā),能夠適應大變形、大變位等復雜非線性條件的分析,具有較強的適用性,且能夠跟蹤施工過程中的內力和位移變化情況,得到整個施工過程中內力和位移的動態(tài)時程曲線,監(jiān)控施工過程的安全,對內力和位移較大的桿件與節(jié)點進行預警.

參考文獻

[1] 向中富.橋梁施工控制技術[M].北京:人民交通出版社,2001:1-10.

XIANG Zhong-fu.Control technique for construction of bridge[M]. Beijing: China Communication Press, 2001:1-10.(In Chinese)

[2] CHIU H S. Long-term deflection control in cantilever prestressed concrete bridge I:control method[J]. Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 1996, 122(6):489-494.

[3] 楊孟剛, 陳政清. 自錨式懸索橋施工過程模擬分析[J]. 湖南大學學報:自然科學版, 2006, 33(2): 26-30.

YANG Meng-gang, CHEN Zheng-qing. An analysis of construction stages simulation for self-anchored suspension bridges[J]. Journal of Hunan University:Natural Sciences, 2006, 33(2): 26-30.(In Chinese)

[4] 李瑞禮,曹志遠.高層建筑結構施工力學分析[J].計算力學學報,1996,16(2):157-161.

LI Rui-li, CAO Zhi-yuan. Construction mechanics analysis in tall buildings [J]. Chinese Journal of Computational Mechanics, 1996,16(2):157-161.(In Chinese)

[5] LEVY M P.The Georgia dome and beyond achieving lightweight-long span structure[C]//Proceedings of IASS-ASCE International Symposium.New York:ASCE, 1994:560-562.

[6] GEIGER D H.The design and construction of two cable domes for the Korean Olympics[C]// Proceedings of IASS-ASCE International Symposium on Shells,Membranes and Space Frames.Osaka:ASCE,1986:265-272.

[7] 王光遠.論時變結構力學[J].土木工程學報,2000,33(6):105-108.

WANG Guang-yuan. On mechanics of time-varying structures[J]. China Civil Engineering Journal, 2000,33(6):105-108.(In Chinese)

[8] 劉學武,郭彥林.考慮幾何非線性鋼結構施工力學分析方法[J].西安建筑科技大學學報:自然科學版,2008,40(2):161-169.

LIU Xue-wu, GUO Yan-lin. Construction mechanics analytical procedures for steel structures in view of the geometric nonlinearity[J]. Journal of Xi’an University of Architecture & Technology:Natural Science Edition, 2008,40(2):161-169.(In Chinese)

[9] TING E C,SHIH C,WANG Y K.Fundamentals of a vector form intrinsic finite element: part I. basic procedure and a plane frame element [J]. Journal of Mechanics, 2004, 20(2): 113-122.

[10]TING E C,SHIH C,WANG Y K.Fundamentals of a vector form intrinsic finite element: part Ⅱ. plane solid elements[J].Journal of Mechanics, 2004, 20(2):123-132.

[11]SHIH C,WANG Y K,TING E C.Fundamentals of a vector form intrinsic finite element: part Ⅲ. convected material frame and examples[J]. Journal of Mechanics, 2004, 20(2):133-143.

[12]WANG R Z,CHUANG C C,WU T Y,et al. Vector form analysis of space truss structure in large elastic-plastic deformation[J]. Journal of the Chinese Institute of Civil Hydraulic Engineering,2005, 17(4): 633-646.

[13]WANG C Y, WANG R Z, CHUANG C C, et al. Nonlinear analysis of reticulated space truss structures[J].Journal of Mechanics, 2006, 22(3): 199-212.

[14]向新岸. 張拉索膜結構的理論研究及其在上海世博軸中的應用[D]. 杭州: 浙江大學建筑工程學院, 2010:114-124.

XIANG Xin-an. Theoretical research of cable-membrane structures and application on the EXPO axis project in Shanghai [D]. Hangzhou:College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, 2010:114-124.(In Chinese)

[15]朱明亮, 董石麟. 向量式有限元在索穹頂靜力分析中的應用[J]. 工程力學, 2012, 29(8):236-242.

ZHU Ming-liang, DONG Shi-lin. Application of vector form intrinsic finite element method to static analysis of cable domes[J]. Engineering Mechanics, 2012, 29(8):236-242.(In Chinese)

[16]ZHU Ming-liang, DONG Shi-lin,YUAN Xing-fei. Failure analysis of cable domes due to cable slack or rupture[J]. Advances in Structural Engineering, 2013,16(2):259-271.

第5篇

關鍵詞:機械專業(yè);分析力學;教學內容;授課方法

中圖分類號:O342 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)11-0174-02

一、分析力學課程特點和內容

分析力學是經典力學的一個分支,其嚴格定義目前尚未有一致性結論[1]。一般認為分析力學是以廣義坐標為手段,虛位移原理和動力學普遍方程為理論基礎,運用數學分析的方法研究力學問題的一門學科[2]。1788年,拉格朗日重要著作《Mécanique Analytique》的出版,標志著分析力學的初步形成。之后在各國學者的推動下,分析力學取得了長足的發(fā)展,并且有了更豐富的內涵和外延。

分析力學學科具有以下特點:(1)以標量的“能量”以及廣義坐標、廣義力為中心;(2)不考慮理想約束力,因此比起牛頓力學,更適于處理約束系統;(3)高度數學化,有理論深度;(4)應用廣泛,已超出經典力學范疇。

分析力學學科包含如下內容:拉格朗日力學、哈密頓力學、動力學變分原理、微振動理論、剛體動力學、天體力學、穩(wěn)定性理論、Noether定理、Birkhoff系統、幾何力學等。其中,傳統工科分析力學的授課內容一般為前三部分,而理科分析力學的內容要更為廣泛一些。

二、機械專業(yè)分析力學課程存在的問題

對于機械專業(yè)來講,其研究對象為受約束的機構,研究內容為機械振動和機構動力學等。對于機械振動,分析力學可使其建模方法更加規(guī)范化;對于機構動力學,由于其存在大量的約束,采用分析力學方法建模更加便捷。因此,機械專業(yè)分析力學課程的開展是非常必要的。

目前對于機械專業(yè)的分析力學課程,還存在一些值得探討的問題。首先,這門課程一般只作為選修課,課時有限,授課時必須有所取舍和側重;其次,工科學生的數學基礎相對理科學生略顯薄弱,但課程中存在一些數學背景深厚的概念,因此需要在課程的嚴謹性和易懂性之間取得一定的平衡;最后,分析力學即使在力學課程中也是一門基礎學科,因此在授課時應注意將其知識與其他力學課程中的知識串聯在一起,而不是孤立地講授。

下文針對這些問題,討論了機械專業(yè)分析力學課程內容的設置,并闡述了筆者在講解一些重要內容和知識點時相比傳統的授課方法進行的具體改進。

三、機械專業(yè)分析力學課程的內容設置和講授方法

上文提到,機械專業(yè)分析力學的應用領域主要在結構和機構動力學,因此,課程的設置應偏重于拉格朗日力學,尤其是第二類拉格朗日方程。

(一)第一章 緒論

講述近代力學發(fā)展史、分析力學的大致定義、分析力學的特點。在近代力學發(fā)展史講授中,要突出分析力學尤其是拉格朗日力學的地位,提高學生對課程的重視性。講述分析力學特點時,要明確指出其最大特點是適合處理約束系統,以區(qū)別理論力學所學的知識。

(二)第二章 分析運動學

這部分屬于基礎知識,授課內容靈活性不大,講授內容包括:約束、等時變分、虛位移和自由度、廣義坐標、運動學問題的分析法。

對于第一部分約束,筆者相比其他一些傳統教材,加入了判斷微分約束是否可積的方法。因為學生在接觸到微分約束不一定是非完整約束這個結論的時候,很自然地會產生一個問題:究竟哪些微分約束才是可積的?該部分的內容填補了這個空白。

第二部分內容等時變分實際上在這里講授顯得較早,但是該部分內容作為基礎,可以使得下一部分內容虛位移中變分符號的出現不顯得太過突兀。另外通過學習變分的運算法則,學生才能夠從坐標的約束方程得到各虛位移之間的約束方程。

第三部分內容與傳統授課相比,筆者主要針對自由度這個概念將學生所學知識橫向比較。對于自由度的概念,學生在許多課程中都有學習,但不同課程由于研究對象不同,對其定義也會有所偏差。例如,振動力學由于不涉及非完整約束,就可以把自由度定義為描述系統位形的最少坐標數。另外還要對學生強調,自由度數與所研究的問題側重點有關,例如四連桿機構有一個自由度,但如果考慮連桿的彈性振動,則有無限個自由度。

第五部分內容運動學問題的分析法是大部分傳統教材所沒有的,內容主要參考了教材[3]。通過學習這部分內容可以基于坐標之間的關系得到速度之間的關系,避免了采用理論力學的基點法。這樣一來,即使學生理論力學基礎較差,也不會太過影響這門課程的學習。

(三)第三章分析靜力學

這部分內容設置靈活性同樣不大,講授內容包括:廣義力、虛位移原理、拉格朗日-狄里克雷定理。

第二部分虛位移原理的使用范圍本應是“理想約束、雙面約束、實位移是虛位移中的一個”。但是學生對于“實位移是虛位移中的一個”這個表述一般不易理解。因此可以放寬為“理想約束、雙面約束、定常約束”,這樣并不影響學生應用該原理。對于例題的設置,可以選用一些材料力學和結構力學求解梁支座約束力的題目,以體現分析力學的基礎性。

第三部分拉格朗日-狄里克雷定理是虛位移原理在保守系統中的具體應用。對于平衡穩(wěn)定性的概念,可以引入材料力學的壓桿穩(wěn)定性和流體力學中繞流物體的穩(wěn)定性進行類比,使學生認識到這是一個具有普遍意義的概念。

(四)第四章分析動力學

傳統分析動力學需要講授哈密頓正則方程及相關概念,但是哈密頓正則方程主要優(yōu)勢在于研究物理領域,對于機械振動和機構動力學,正則方程用處較小。而正則方程延伸出的諸多概念如正則變換、泊松括號等,學生學習起來太過抽象。因此筆者認為機械專業(yè)可以不講授哈密頓正則方程相關內容。因此這一章的講授內容包括:動力學普遍方程、第二類拉格朗日方程、動能的結構、微振動、初次積分、第一類拉格朗日方程、Routh方程。

本章第二部分第二類拉格朗日方程是分析力學課程最重要的內容。第二類拉格朗日方程的推導過程較為煩瑣,學生會感到枯燥,但仍然不可或缺。因為這部分公式的推導為接下來的內容如動能的結構、初次積分等打下了基礎,同時對學生的邏輯思維能力也是一個提升。在例題方面,筆者建議設置一些電路系統和機電耦合系統,這樣可以使學生意識到該方程的普適性。另外,學生在學習這部分內容時,常犯的一類錯誤就是眼高手低,尤其是求導、正負號等很容易出錯。因此一定要讓學生獨立完成一定量的課堂練習。

第三部分內容動能的結構雖然略顯抽象,但考慮到旋轉機械動力學是機械領域的一個重要研究方向,仍然有必要進行講授。這部分內容也為第四和第五部分內容打下了基礎。

第四部分內容微振動主要講授如何得到非線性振動的線性化方程。筆者發(fā)現在許多工科的振動力學教材中,雖然都提到了把動能寫成速度的二次型,勢能展開為坐標的二次型,就可以得到線性化的振動方程,但并沒有給出一種規(guī)范的方法,因此添加了這部分內容。這部分內容主要參考了理科教材[4]。

第五部分內容是分析力學求解動力學方程的古典方法。雖然目前求解動力學方程往往采用數值方法,但并不代表該部分內容就不重要了,因為初次積分代表系統存在守恒量,在一些特殊條件下代表具體的力學量的守恒,如能量守恒、角動量守恒等,具有明確的物理意義,而不僅僅是數學上的抽象概念。另外需要對學生強調初次積分和約束的區(qū)別,雖然形式相似,但前者是由動力學方程得到的,而后者是純粹的運動學概念。

(四)第五章動力學變分原理

動力學存在多種形式的變分原理,筆者在授課時只選擇了工程中常用的兩個變分原理,一是高斯最小拘束原理,二是哈密頓原理。前者在機構分析中應用較多,而后者在彈性振動中應用廣泛。這一章的講授內容包括:高斯原理、泛函與變分法、哈密頓原理。

第二部分泛函與變分法的講授主要是為哈密頓原理打基礎。雖然學生只需記住公式便可運用哈密頓原理,但實際上對于接觸最多的有限自由度系統,直接使用第二類拉格朗日方程會比哈密頓原理方便得多,因此哈密頓原理主要是講述一種思想而非具體方法,所以一定要講授泛函和變分法的概念。對于哈密頓原理,其泛函的宗量較為抽象,可以引入簡支梁的應變能(宗量為撓度)作為類比,便于學生理解。

第三部分的哈密頓原理與第二類拉格朗日方程等價,但使用起來需要分部積分,沒有直接采用后者方便,學生往往會有一種印象,認為哈密頓原理用處不大。因此筆者授課時引入了簡支梁的振動方程作為例題,雖然推導過程比較煩瑣,但可以使學生了解到,哈密頓原理可以處理第二類拉格朗日方程不能處理的問題,而不僅僅是數學形式上更簡潔。

四、結論

分析力學作為一門古老的學科,內涵外延非常豐富,針對不同本科專業(yè)的授課內容應具有不同的側重點,授課方式也應有所不同。本文針對機械專業(yè)分析力學課程存在的一些問題,闡述了教學內容和方法上的具體改進。在教學內容中,充分考慮機械專業(yè)工科特點,刪減了一些偏理科專業(yè)的內容。在教學方法上,一方面注重與其他課程的聯系,突出分析力學的基礎性。另一方面兼顧了課程的嚴謹性和學生的理解能力。實踐證明收到了良好的教學效果。

參考文獻:

[1]梅鳳翔.分析力學的定義和內容――分析力學札記之二十五[J].力學與實踐,2015,37(2):238-242.

[2]力學詞典編輯部.力學詞典[M].北京:中國大百科全書出版社,1990.

第6篇

【關鍵字】現代教學初中物理優(yōu)化分析情景模式

引言

傳統物理教學模式中存有一定的弊端因素,采用灌輸式的教學方式,使得學生對物理失去了原有的興趣。其次在物理實驗編排方式上沒有合理性的依據,甚至沒有對物理進行實驗編排,造成學生對物理知識不能進行深層次程度的理解。而在新課標現代物理教學模式中,采取了有效措施,其中在講解方式上不在是原有以教師為中心,而是轉化至以學生為中心的教學模式。物理實驗編排方式要有所依據性,內容由淺入深,依次遞進。

一、現代初中物理教學現狀

物理本身具有一定的抽象性,沒有一定的實驗指導。并且教師在教學方式中沒有以學生為中心,而是以自身為主導位置。即使學生在物理教學中存有問題,也不愿意在課堂中提出相關問題。其次物理課本存有的公式較多,針對不同的情況,采用不同的物理公式,并且針對不同的推導公式,最后導出了結果也具有一定的偏差。其中在物理熱學推導公式中,Q=I2Rt,該公式適用于存電阻電路的推導定理,已知量為電路中存在的電流、電阻以及在該電路流經過的時間t便能求出在等效時間內求出的功耗熱值。在一般的推導公式中,已知電壓U和電流I也能求出損耗的熱值。針對不同的已知量選用的熱值公式也不盡相同,但初中學生不能進行透徹的理解,隨意用電路實驗中的數據信息,導致推導的結果與原有的實驗數據存有較大的數據差距。其次便是在物理實驗組織策略上也存有盲目性,有些物理教學一定要參考適當的物理實驗,這樣才能讓學生更好的理解。例如:在初中物理浮力教學案例分析中,F浮=ρgh2*S-ρgh1*S,該公式適用于物塊完全浸沒在水中所受的浮力大小。假設教師沒有進行實驗指導,只是單憑讓學生知道求解浮力的推導公式,其中在高度h上便存有理解上的錯誤,針對大多數學生理解為物塊的高度,實際上是在水中沉浸的高度,所以傳統物理教學方式無論是在教學模式還是在教學推導公式順序上都存有一定的弊端因素。

二、物理教學方法論述的優(yōu)化途徑

1、物理理論結合實際教學

新課標物理教學模式推出后,對物理教學方法的論述進行了優(yōu)化分析。其中在物理理論上注重實際的操作能力,教師在進行物理授課時要聯系授課的內容、關鍵點。在此基礎上進行適當的案例分析,或者在案例分析的基礎上進行物理實驗的演示。例如:在電學案例分析時,若要求在純電阻電路分析中,要求求出電路中損耗的熱值。其中對于R、電流I的求解過程,電流I為整個電路的總電流,若為串聯電路,電流為線路中的總電流,電阻為電路中的損耗電阻。教師在設計物理實驗時,要把各個電阻進行有序的排序,經過電流接通后,用電壓表、電流表測量出每個用電設備的電流、電壓。再通過物理實驗分析后,學生對該物理求解過程有更深層次的理解。

2、加強教學創(chuàng)新意識

在加強物理創(chuàng)新意識上,新課標也推出了新策略。不是采用傳統灌輸式的教學模式,而是采用提問的方式,并且提問方式要有針對性。教師不再是原有以自我的教學理念,轉變?yōu)閷W生的思考角度。讓學生切身體會到物理真正存在的樂趣,例如:在推導力學課程中,分析物體所受力的情況。在講解過程中,有些同學在理解程度上達不到課程深度的要求,所以在新課標教學題材中,加強了教學的創(chuàng)新意識,讓同學分析不同材料物質所受力的情況。分析動摩擦因素與物質的材料有關與其他外界因素無關,教師在課堂中提出不同的物質所受力的情況,讓學生進行實驗操作,加強物理創(chuàng)新意識,這樣才能讓學生對物理實驗有更深層次的理解。

3、運用物理教學情景模式

在優(yōu)化分析模式上采用現代物理教學情景,利用多媒體的教學情景模式,隨著現代科學技術的不斷發(fā)展,學校在教學方式上逐步采用多媒體的教學理念,多媒體融入了聲音、動畫、視頻、文字等多種素材。這樣的教學模式不會對學生造成心理的緊張。傳統教學方式上都是采用口述的形式,長期的演化使得學生對物理課程產生了反感。利用多媒體的教學案例在實際教學案例中具有廣泛的應用,例如:在小孔成像實驗過程中,不同的物距產生的影像也不相同。

4、引導學生物理知識的轉變

有些學生在思想轉變模式上存有差異性,主要是因為有些物理原理在實際生活中起不到任何作用,所以有些學生便會物理失去了原有的興趣。在新課標物理教學方法優(yōu)化途徑中,針對物理知識的轉變思想采取了對應的解決措施。例如:在動滑輪和靜滑輪省力分析實驗中,要對學生進行實際工業(yè)中的具體案例分析,例如:利用塔吊進行重物的提取過程,將鐵鉤掛在要進行提升的重物上,滑輪也隨著重物的提升也發(fā)生相應的變動。并且還要進行反面的總述,利用靜滑輪也進行相應重物的提取,查看承載力的范圍。最后通過實驗分析,得出實驗結論,這樣理論聯系實際的案例分析,可以改變學生對物理知識的轉變。

結語

通過對初中物理教學方法論述的優(yōu)化分析,在解決策略方式上提出了幾點參考性的依據。這種新型模式的教學方式在今后物理教學應用中將會得到廣泛的應用,不但能夠激發(fā)學生的學習興趣,而且還符合當代教學的創(chuàng)新模式。

參考文獻

[1]周炳祥.淺談初中物理實驗及其概念教學[J].牡丹江教育學院學報,2004,13(25):13-15

[2]董永天.淺談初中物理教學的趣味性[J].科學大眾,2009

[3]石桂英.初中物理教學方法選擇與創(chuàng)新探究[J].中國校外教育,2013(04)

[4]趙海.初中物理"合作、探究"式教學模式的研究與探索[J].考試周刊,2008,41(16):24-25

第7篇

關鍵詞:全閥 數值模擬 動力學 動網格 泄放機理

前言

全閥是工業(yè)生產系統內安全方面的重要元件,主要作用就是保證生產系統能夠在合理的壓力條件之下運行,保證生產系統的安全性能。但是全閥在實際運行過程中還是會出現不同故障??蒲腥藛T在對于全閥分析研究過程中,主要集中在三個方面,分別是實驗測試、數值模擬與全閥。現階段對于全閥研究工作已經取得了十分顯著的工作成果。

1、計算模型

本文在對于全閥超壓泄放瞬態(tài)動力學數值模型研究過程中,利用的是ANSYSCFX軟件,該軟件與科研人員在研究過程中所應用的軟件相比較,無法自動再生網格,但是能夠對于已經形成的網格進行轉移,進而保證網格能夠按照用戶自身需求到達針對性位置,保證對于該區(qū)域內計算工作完畢。在對于全閥開啟過程中的動力學分析研究過程中,主要通過動網格技術進行研究分析,利用數值模擬的方法對于全閥在啟動過程中有關參數的改變進行分析研究。為了能夠保證計算模型更加便捷,首先就需要對于計算模型內有關參數進行確定,例如時間步長就為tstep,全閥啟動元件質量就為mdisc。

通過利用動網格技術和全閥啟動軟件位置改變情況,就能夠有效對于全閥軟件在開啟過程中瞬時變化情況進行分析研究,對于全閥啟動的時候流域瞬態(tài)變化問題進行計算。

2、數值模擬過程

2.1網格劃分

在建模過程中需要利用到CFX內的流體薄片技術,也就是按照一定厚度從某個方向進行拉伸,進而得到厚度為一個固定單元的薄片,將所得到的薄片放入到針對的平面之中,保證與該平面相垂直的部分數值為零,構建計算區(qū)域。其次就是將計算區(qū)域引入到ICEMCFD內,應用四面體對于所生成網格的尺寸進行控制,同時對于全閥啟動周圍及入口位置上面的網格進行重新加密處理。在對于網格計算完畢之后,需要對于網格質量進行檢查,同時對于網格平滑度進行整體分析。

2.2物理參數設置及邊界條件

本文在對于全閥超壓泄放瞬態(tài)動力學數值模擬分析研究過程中所應用到動力網技術內,對于邊界設置上面已經提供了針對性條件,其中還包含特殊情況下的邊界條件。全閥超壓泄放瞬態(tài)動力學數值模擬瞬態(tài)流場內,并不涉及到無效邊界組合,同時也并不涉及到特殊性邊界,例如對于初始條件相對于敏感的邊界,在對于邊界條件設置過程中,需要受到精確性與收斂性的影響。在對于全閥超壓泄放瞬態(tài)動力學數值模擬初步性分析研究過程中,將全閥運行條件設置為常規(guī)性條件,也就是溫度為25℃,對于高速氣體動力學所造成的影響暫時忽視,高速氣體動力學所造成的影響主要表現在兩個方面上,分別是密度與比熱容,同時也忽視重力的影響。通過利用穩(wěn)健邊界條件,在對于入口邊界條件設置過程中,壓力為5%,出口應用的是開放式的出口,也就是氣體能夠自動流入或者是流出,整個計算區(qū)域具有開放性特征,整個計算區(qū)域內具有顯著零梯度渦流特點。

整個計算區(qū)域內的壁面邊界主要有兩種模式構成,這樣也就造成在計算區(qū)域內的入口通道內基本上都是保持相對靜止狀態(tài),并不會產生任何滑移,因此壁面應用無滑移絕熱壁面。但是全閥軟件在開啟過程中,會產生移動,通過移動速度與動網格內所應用到的編輯語言之間有著十分緊密的關聯,所以就需要應用到滑移絕熱壁面。

在渦流模型內,所應用到的模型框架為SST ,這種模型框架具有近壁運算與遠場計算的優(yōu)勢,能夠對于跨聲速帶激波的邊界流動情況內應用。模型所得到的計算結果具有一定收斂性,在對其分析研究過程中主要應用殘差曲線,最大誤差不會超過0.001.

3、模擬結果與分析

在全閥超壓泄放瞬態(tài)動力學數值模擬內應用動網格技術,能夠有效保證數值模擬計算結果與實際情況之間更加貼近,這樣進行穩(wěn)態(tài)模擬次數就能夠有效減少,防止在多次計算過程中出現慣性失真的情況。同時由于全閥在剛開始啟動的時候參數變化十分激烈,為了能夠對于在該段時間內的參數進行重點了解,創(chuàng)建瞬態(tài)模擬就十分重要。

3.1壓力場云圖

如圖一所示,為全閥在瞬態(tài)啟動過程中在每一個時間段內的壓力云圖。由圖一能夠發(fā)現,其中第一個圖表示全閥在沒有啟動之前,全閥管道內外之間所產生的壓力效果,但是由于全閥管道屬于密封性管道,圖內的管道內部是在進行預泄之前所出現的情況,在這種情況下由于流體運動,造成入口處內的壓力顯著提升。

全閥啟動軟件與介質壓力在感受到彈簧力處于失衡狀態(tài)下之后,全閥啟動軟件就是立即與密封面相脫離,進而保證全閥能夠啟動,這樣全閥內場就會出現氣流紊亂情況,流場內的壓力發(fā)生顯著改變,具體情況如圖一內的第二個圖。在經過一段短暫的時間之后,全閥就能夠進入到穩(wěn)定泄壓狀態(tài)下,全閥內壁上面的局部壓力將能夠超過1mpa,但是全閥閥口的位置還會出現較為明顯的負壓力情況。

3.2速度場矢量圖

如圖二所示,圖二內全閥在瞬態(tài)啟動過程中,每一個時間段內的速度矢量。

全閥在剛開始啟動的時候,速度基本為零,流入在逐漸進入到閥道之后,全閥啟動軟件密封區(qū)域內就會出現細小的泄露情況,進行預泄露,在這個時候全閥瞬態(tài)速度就會發(fā)生一定改變。全閥在流體在進入到瞬態(tài)狀態(tài)下的時候,全閥內的某一個開高位置上面就會出現超壓泄放的情況,在這個階段內全閥泄壓處于高度飽和狀態(tài)下。當全閥泄壓在進入到最高的時候,流體泄放逐漸趨于平穩(wěn)狀態(tài)。從圖二內能夠發(fā)現,全閥在Q點的之后,周圍速度變化具有不連貫特點,速度變化十分明顯,這樣就能夠充分表明全閥在進入到穩(wěn)定排放過程中所具有的特點,也就是流體開發(fā)在趨于穩(wěn)定之后,流體參數基本上不會發(fā)生顯著改變。

結論:本文在對于全閥超壓泄放瞬態(tài)力學數值模擬分析研究過程中,通過利用動力學方程式,利用動力學參數與動網格技術,對于數值模擬編程語言進行確定,選擇適合本文研究所應用的渦流模型,完成了對于全閥超壓泄放瞬態(tài)動力學數值模擬任務。在研究之后發(fā)現,在全閥超壓泄放瞬態(tài)動力學內,是以密封性管道作為外部接線,進而構成了內流場與外流場,在內流場內流體主要以收縮流動為主要特點,在外流場內主要以擴張為主要特點,兩個流暢之間參數的流場正好與壓縮流體流動特點相吻合。本文在研究上面還存在一定不足,希望有關研究人員不斷進行深入性研究與分析。

參考文獻

[1]陳殿京,劉殿坤,董海波,等.安全閥流場數值模擬研究[J].流體機械,2014,36(10):24-28.

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