海底天然气管道单孔泄漏冲击波的数值模拟研究

海底天然气管道泄漏瞬间产生巨大的冲击波,可能会造成水下冲击爆炸。基于VOF多相流模型和组分传输模型,建立了海底天然气管道单孔泄漏扩散的数值模型,对海底天然气管道单孔泄漏气体扩散规律及其冲击波的形成过程进行数值模拟计算与分析,并在此基础上,通过正交试验,选取泄漏速率、泄漏孔径和海水流速3个影响因素,对监测点处气体泄漏冲击波的动态压力进行多因素耦合分析。结果表明:气体泄漏冲击波的形成过程可分为起始阶段、冲击阶段和衰减阶段三个阶段;泄漏孔径、泄漏速率和海水流速对单孔气体冲击波动态压力的影响程度依次减弱。     

炸药驱动式爆炸管的载荷计算

目的 建立管道内冲击波参数工程预示方法,指导炸药驱动式爆炸管载荷设计和试验调试.方法 建立炸药爆炸的多介质流动数值模型,研究圆形管道内冲击波的传播规律,给出冲击波参数与炸药量、传播距离之间的变化关系,基于已有的坑道内冲击波超压预示公式,建立表征模型.结果 冲击波在管道中经过一定距离的传播后,会逐渐形成平面冲击波.随着传播距离的增加,平面冲击波的超压峰值逐渐降低,正压持续时间逐渐增大.增大炸药量可以在相同距离下获得更高超压峰值的平面冲击波,已有坑道冲击波超压预示公式同样适用于圆形管道.结论 该冲击波参数预示模型可应用于爆炸激波管载荷设计和试验调试.     

甘南高寒草甸植物群落物种多度分布特征

为分析甘南高寒草甸植物群落物种多度分布格局对海拔梯度的响应,探讨物种多样性的形成规律及维持机制,采用典型样地调查法采集数据信息,并通过RAD软件程序包对实验数据进行拟合分析.结果表明：植物群落物种多样性随海拔的升高呈现先增加后降低的“中间膨胀”模式,海拔3500m处群落物种多样性达到最大.利用5个模型对海拔梯度上全部物种多度分布进行拟合发现,甘南高寒草甸植物群落物种多度分布符合生态位模型,尤其是geo模型,利用该模型可以很好地拟合群落物种多度分布格局,同时也说明生态位分化对高寒草甸植物群落物种多度分布起主要作用.常见种多度分布的最优拟合模型为geo模型,其与全部物种的最优拟合模型一致;而稀有种多度分布的最优拟合模型为rane模型,说明常见种是影响不同海拔梯度群落物种多度分布格局的主要原因,其对群落生产力和稳定性的维持有不可替代的作用,但稀有种因其独特的功能性状也在一定程度上影响着群落结构,二者以各自不同的方式共同维系着高寒草甸的物种多样性.     

基于车速-流量模型的动态化道路扬尘清单编制方法与应用

目前国内外关于道路扬尘排放的计算多采用美国环境保护局推荐的AP-42排放因子法,直接计算道路扬尘的年均排放总量,但其动态化程度不足,难以满足日益增长的精细化管理需求. 本研究采用车速-流量模型构建高时间分辨率的道路车流量获取方法. 以天津市为例,采用自下而上的方法,结合本地化的排放因子以及天津市采取的道路扬尘控制措施,借助GIS平台编制高时空分辨率的道路扬尘排放清单,精细反映天津市道路扬尘排放的时空分布特征. 结果表明:①时间尺度上,受早晚高峰的影响,城市道路在08:00—09:00与18:00—19:00扬尘排放强度较大,13:00—14:00是白天扬尘排放强度的低值时段. ②空间尺度上,夜间(03:00—04:00)道路扬尘排放强度的高值区域集中在高速路段,白天扬尘排放强度的低值时段(13:00—14:00)集中在城市道路中支路密集的地区,道路扬尘排放强度高峰时期(18:00—19:00)集中在各类型的城市道路. 全年道路扬尘排放高值区域集中在城市支路和郊区道路. ③天津市内六区全年道路扬尘PM_2.5、PM₁₀、TSP排放量分别为603、2 492和12 986 t,相较以往研究有所下降. 从区域看,道路扬尘排放总量呈偏远郊区>环城四区>市内六区的规律. 城市道路采取的洒水措施明显降低了道路扬尘排放总量. 研究显示,受交通扰动影响,道路扬尘排放呈现明显的时空分布差异.      

PBDEs的来源特征、环境分布及污染控制

多溴联苯醚(Polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)生产应用、环境分布与生态风险之间的关系将如何影响我国的未来,具体涉及到工业、环境、健康、人类繁衍等的社会问题.由于PBDEs阻燃效率高,热稳定性好,价格便宜,作为添加剂被广泛应用在电子、电器、化工、交通、建材、纺织、石油等领域的阻燃产品中.PBDEs进入环境后迁移扩散并富集于沉积物和生物体内,进入人体后引起肝脏毒性、内分泌干扰、神经毒性和生育能力下降等而危害人类的健康.基于此,从生产应用、品种生产量、分子的物理化学特性以及毒性等的文献数据分析了PBDEs的来源特征与环境危害,分析这些性质对环境分布与污染控制的基础支持关系;从沉积物、水体、大气、水生生物、人体5个方面考察了PBDEs的环境本底浓度变化、分配关系、迁移规律、时间效应,分析了生产、应用与扩散的多因素影响关系,发现全球性PBDEs污染物蔓延的现象,沉积物是主要的归趋场所,室内空气中的浓度远高于室外,水中浓度较低,水生生物和人体均能富集PBDEs,通过饮食、母乳和呼吸摄入,可实现代际传播,污染的分布呈现介质与区域的不同特征;污染控制需要考虑点源技术与面源修复的联合,结合PBDEs的物理性质、分子结构及其化学特性,统计分析了微生物法、光化学降解法和零价铁还原法的原理及其有效性,根据PBDEs在产品中存在与分布的特点,提出收集-分离-富集-超临界催化还原和氧化毁毒的工艺,针对实际环境(以电子垃圾塑料和流域水体及沉积物为对象)中的PBDEs进行回收或处理,结合材料如催化剂的应用,从动力学和热力学方面提高PBDEs无害化的效率.最后,从生产管理、环境监测、风险评价、技术集成等方面提出了未来的努力方向.     

南海北部主要海表温度锋面的时空变化特征

本文利用2003年—2017年卫星遥感海表温度数据,研究我国南海北部主要海表温度锋特征。结果表明:南海北部海表温度锋常年存在,锋面特征存在明显的月变化,锋面范围和强度从1月开始逐渐减小,11月达到谷点,12月再次升高;南海北部温度锋具有琼东-粤西温度锋、粤东温度锋和台湾浅滩温度锋三个强锋面和粤西陆架陆坡温度锋和东沙群岛南陆坡温度锋两个次强锋面,1月,自西向东,三个强锋面的最大强度分别为0.036℃/km,0.038℃/km和0.068℃/km,两个次强锋面的温度锋出现概率均大于75%,至11月份,除三个强锋面仍然存在外,其它海域温度锋消失。粤西陆架陆坡温度锋从1月—4月由陆架逐渐过渡到陆坡和深海,东沙群岛南陆坡温度锋出现在5月。     

公路运输振动环境下发动机粘接界面受载情况分析

目的 基于实测数据,分析公路运输时发动机粘接界面处受振动载荷情况,为振动试验提供依据.方法 采用加速度传感器记录公路运输下加速度数据,对信号进行时域统计分析,并完成载荷谱的构建,通过有限元软件,构建发动机简化模型,进行发动机模态分析和振动过程模拟.结果 对消除趋势项后信号进行统计分析,信号峰值大于3倍均方根值,表明振动数据中包含数值急剧变化的部分,信号峭度为9.34,属于超高斯分布,采集信号中包含冲击信号.将简化后PSD作为输入进行模态分析,结果表明,后封头底端粘接界面位移较大,通过选取的4个参考点上看,位移和加速度均方根值突变的频率在33 Hz附近.模拟实际振动过程发现,前封头及筒段处粘接界面所受应力较为均匀,约为25 kPa,在封头和圆筒段相接处应力值较大,特别是在后封头顶端,存在应力集中,应力值最大可达130 kPa.从应力历程上可以看出,药柱的松弛效应使得冲击过后应力幅值迅速变小.结论 通过实测数据与有限元软件结合,完成了发动机粘接界面模态分析和实际振动过程模拟,为后续振动试验提供了基础.     

含缺陷车辆转向桥前梁部件极限承载规律研究

目的 研究车辆转向桥前梁在受损情况下的极限承载规律。方法 对转向桥前梁在破片高速侵彻作用下的破坏结果进行数值模拟研究,确定破片正侵彻转向桥前梁不同部位时的侵彻弹道。对含侵彻缺陷的转向桥前梁承受垂直载荷能力进行数值模拟研究。结果 确定了破片正侵彻转向桥前梁不同部位时的侵彻弹道约为圆形通孔。对于直径为1 cm的圆孔缺陷,当位于非易损区时,前梁达到极限承载时在易损区发生断裂,其极限承载能力约为无缺陷时70%;位于易损区时,前梁达到极限承载时裂纹会经过圆孔,其极限承载能力约为无缺陷时60%。以某典型车辆为例,计算得到前梁易损区圆孔缺陷直径超过1.8 cm时,前梁会在车辆的自重下发生塑性屈服。结论 转向桥前梁部件极限承载能力受缺陷尺寸和位置的影响,缺陷尺寸越大,前梁极限承载能力越小。当缺陷位于易损区时,前梁极限承载能力比同尺寸缺陷位于非易损区时更小。该结果可为转向桥功能失效分析提供参考依据。     

室内密闭与通风空间气溶胶扩散特性

由于气溶胶具有传播病毒的特性,室内密闭与通风空间的气溶胶扩散特性具有重要的研究意义。针对密闭空间、人体模型进行等比例建模、数值仿真计算,获取气溶胶颗粒瞬态传播途径与范围。并采用Realizable k-ε湍流模型、DPM（离散项模型）开展两相瞬态计算。结果表明:打喷嚏、咳嗽等呼出条件下,大直径颗粒降沉,小直径颗粒将随气流传播到2 m外人体头部区域。由于人体体温高于室内环境温度,在体表附近将出现热羽流现象,气溶胶颗粒将随其向上流动,并在顶部随环流向下运动。通过稳态通风方案仿真研究,发现在前侧、左侧、右侧（相对与门）3种通风方案中,左侧与右侧通风均在人体模型下方出现2个回流涡,占据中央区域的涡流将造成颗粒在此停留。前侧通风方案中64.8%的颗粒随气流流出,左侧方案占59.3%次之,而右侧通风的颗粒流出效果较差,占46.9%。因此,3种方案中,前侧通风方案效果最佳。可为有人员在室内时,室内空间通风方式的选取,以及减少室内呼吸气溶胶颗粒物提供参考。     

基于间隔偏最小二乘法短程硝化反硝化中无机盐氮的近红外光谱

采用序批式活性污泥反应器(SBR)研究短程硝化反硝化系统中稳定条件下无机盐氮的变化规律,利用小波去噪法对无机盐氮的近红外光谱进行预处理,并用间隔偏最小二乘法(iPLS)建立无机盐氮含量的校正模型(iPLS模型).结果表明:小波去噪法对原始光谱中的部分噪声进行滤除,从而提高了模型的精度.采用最小二乘法对预处理后的光谱进行建模,优选出最佳波长区间并将光谱划分为20个子区间,优选出的氨氮特征波数为8243~8663cm-1,亚硝酸盐氮特征波数为4000~4420cm-1.所建模型对氨氮、亚硝酸盐氮校正时的相关系数(rc)分别达到0.9582、0.9544,校正均方根误差(RMSECV)分别为0.0321、0.0406;预测时的相关系数(rp)分别为0.9184、0.8816,预测均方根误差(RMSEP)分别为0.0790、0.0451.采用实际污水为原水时校正模型对氨氮、亚硝酸盐氮预测的相关系数(rp￠)分别为0.9190、0.8739,预测均方根误差(RMSEP′)分别为0.0578、0.0229.模型对氨氮和亚硝酸盐氮的预测总体效果较好.用小波去噪和最小二乘法建立模型不仅能有效减少建模所需变量数、缩短运算时间,而且模型预测精度较高,为无机盐氮的快速测定提供了一种可行的分析技术.     

基于拓扑网络模型的高速列车转向架系统中薄弱部件辨识方法

我国高速铁路的迅速发展对高速列车运营安全保障能力提出了更高的要求。面对日渐复杂的运营环境,对高速列车动力系统中薄弱部件的辨识能够保障高速列车的运营安全。以高速列车转向架物理结构与工作原理为出发点,提出了一种面向高速列车转向架系统中薄弱部件的辨识方法。首先基于复杂网络理论对高速列车转向架系统拓扑结构进行建模;然后利用模糊积分中的Choquet积分,结合节点自身结构计算其可靠性属性,得到薄弱部件最终的辨识结果;最后以CRH2A型动车组转向架系统为例进行分析与验证。结果表明:构架总成、轴箱体、二系垂向减震器等部件是高速列车转向架系统中主要的薄弱部件;由于在高速列车转向架系统中存在不同重要程度的部件,故在日常维护检修过程中应根据薄弱部件辨识结果进行分级维护,在减少维护成本的同时,能够有效提升高速列车安全运营的保障水平。     

爆炸冲击对环境的破坏研究

重点研究了炸药爆炸时释放的能量对周围环境的影响。从工程实际出发,利用程序,建立了炸药在钢板上爆炸的数学模型,计算了在爆炸不同时刻对环境的有效压力波,分析了爆炸发生时在空气中应力波传播与能量耗散过程、分析了离装药位置不同的单元所受压力的变化情况。     

冲击环境后峰锯齿脉冲试验条件自动寻优方法

目的 通过自动寻优制定冲击环境后峰锯齿脉冲试验条件,避免冲击“过试验”。方法 根据冲击响应谱的基本原理和谱型特征,提出利用对数距离量化评价2条谱型的吻合度。对冲击环境和后峰锯齿脉冲分别进行冲击响应谱分析,将2条冲击响应谱之间的对数距离最小作为优化目标,将后峰锯齿脉冲的波形参数作为优化参数,基于自适应差分进化算法,提出冲击环境后峰锯齿脉冲试验条件自动寻优方法。结果 将所提方法分别应用于模拟冲击环境和实测冲击环境,均获得了合理的后峰锯齿脉冲试验条件,验证了所提方法的正确性。结论 提出的基于自适应差分进化算法的冲击环境后峰锯齿脉冲试验条件自动寻优方法正确可行。     

Prediction of flange wrinkling in deep drawing process using bifurcation criterion

Surface distortions in the form of wrinkles are often observed in sheet metals during stamping and other forming operations. Because of the trend in recent years towards thinner, higher-strength sheet metals, wrinkling is increasingly becoming a more common and troublesome mode of failure in sheet metal forming. The prediction and prevention of wrinkling during a sheet forming process are important issues for the design of part geometry and processing parameters. This paper treats the phenomenon of flange wrinkling as a bifurcated solution of the equations governing the deep drawing problem when the flat position of the flange becomes unstable. Hill’s bifurcation criterion is used to predict the onset of flange wrinkling in circular and square cup drawing. In particular, the maximum cup height that can be drawn without the onset of flange wrinkling is predicted for the given set of process parameters. A parametric study of the maximum cup height is also carried out with respect to various geometric, material and process parameters. Finite element formulation, based on the updated Lagrangian approach, is employed for the analysis. The incremental logarithmic strain measure, which allows the use of a large incremental deformation, is used. The stresses are updated in a material frame. The material is assumed to be elastic–plastic, strain hardening, yielding according to an anisotropic yield criterion of Barlat et al. (2005) [23] (named as Yld2004-18p). Isotropic power law hardening is assumed. Inertia forces are neglected due to small accelerations. Modified Newton–Raphson iterative technique is used to solve the nonlinear incremental equations.