發(fā)布時間：2017-07-19 03:08

  本文關鍵詞：營運狀態(tài)下泥石流排導結(jié)構(gòu)的振動特性研究

  更多相關文章： 振動特性 數(shù)值模擬 流固耦合 排導結(jié)構(gòu) 泥石流

【摘要】：泥石流是山區(qū)常見的地質(zhì)災害之一,排導結(jié)構(gòu)是中小型泥石流的主要防治措施之一。本文以川藏公路某段泥石流溝的頂越式排導結(jié)構(gòu)為研究對象,基于ANSYS Workbench平臺,綜合運用ANSYS CFX和ANSYS Transient Structural軟件對排導結(jié)構(gòu)內(nèi)不同流量工況下的泥石流進行了流場分析,并將得到的流場分析結(jié)果導入到排導結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動力響應分析,初步得到了泥石流運動狀態(tài)下排導結(jié)構(gòu)的振動特性,并對排導結(jié)構(gòu)設計提出了優(yōu)化建議。主要有以下結(jié)論:(1)通過設置12.5m~3/s、25m~3/s、37.5m~3/s、50m~3/s和62.5m~3/s的五種不同流量工況的流場數(shù)值模擬計算,得到了泥石流動荷載的大小、分布變化規(guī)律,結(jié)果表明,最大荷載均出現(xiàn)在排導結(jié)構(gòu)的排導結(jié)構(gòu)進口段的槽底部位,隨著泥石流流量的增加,荷載大小也隨著增加。在槽內(nèi)達到滿流時(工況五)時,荷載達到最大,為0.364MPa。隨著流量的增加,泥石流流場內(nèi)的最大流速也隨之增加,且增長趨勢比較穩(wěn)定。(2)通過不同流量工況的瞬態(tài)動力數(shù)值模擬分析計算,得到了泥石流對排導結(jié)構(gòu)的動力響應變化規(guī)律。隨著流量的增加,排導結(jié)構(gòu)的振動位移隨之增加,上部槽體結(jié)構(gòu)振動位移的最大值位于渡槽中部槽底區(qū)域,下部排架結(jié)構(gòu)振動位移的最大值位于縱梁的中間區(qū)域,工況五時最大,可達11.8mm。隨著流量的增加,排導結(jié)構(gòu)的最大主應力也隨之增加,槽底出現(xiàn)明顯的應力集中區(qū)域,是設計時需要特別注意的危險截面。在不同工況下,隨著流量的增加,排導結(jié)構(gòu)的最大彎矩也隨之增加,主要集中在排架縱梁和中柱、邊柱的交界處,是設計時應該特別注意的危險截面。(3)通過對數(shù)值模擬所獲取的振動位移、振動速度和加速度數(shù)據(jù)進行了時頻分析,結(jié)果表明結(jié)構(gòu)主要在縱向(長軸)方向發(fā)生往返振動,設計水位工況下該方向上結(jié)構(gòu)受流體荷載作用振動時的速度變化和加速度變化的主頻率約為7Hz。(4)基于數(shù)值模擬分析計算結(jié)果,得到了排導結(jié)構(gòu)的薄弱部位和危險截面,并對實際工程提出了對結(jié)構(gòu)承受最大動荷載區(qū)域可以通過鋪設鋼軌抗沖刷層提高抗磨蝕能力,通過增大混凝土標號提高承載能力;對結(jié)構(gòu)最大變形區(qū)域可以采取增加截面剛度等方式抵抗變形等優(yōu)化建議。
【關鍵詞】：振動特性 數(shù)值模擬 流固耦合 排導結(jié)構(gòu) 泥石流
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P642.23
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 泥石流排導結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.2 泥石流及流固耦合數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本文研究內(nèi)容及技術(shù)路線17-21
• 1.3.1 研究內(nèi)容17-19
• 1.3.2 技術(shù)路線19-21
• 第二章 泥石流排導結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬模型建立及網(wǎng)格劃分21-33
• 2.1 工程概況21-22
• 2.2 泥石流排導結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬模型建立與工況設置22-28
• 2.2.1 軟件選擇22-25
• 2.2.2 幾何建模25-27
• 2.2.3 工況設置27-28
• 2.3 泥石流排導結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬模型網(wǎng)格劃分28-30
• 2.4 本章小結(jié)30-33
• 第三章 排導結(jié)構(gòu)泥石流流場數(shù)值模擬分析33-69
• 3.1 計算流體力學控制方程33-35
• 3.1.1 質(zhì)量守恒方程33
• 3.1.2 動量守恒方程33-34
• 3.1.3 能量守恒方程34-35
• 3.2 計算流體力學模擬方法35-39
• 3.2.1 三維紊流基本方程及模型35-38
• 3.2.2 兩相流模擬方法38-39
• 3.3 初始條件及模擬參數(shù)設置39-43
• 3.4 計算結(jié)果及分析43-68
• 3.4.1 不同工況下的動荷載分布43-46
• 3.4.2 不同工況下的流場分布46-50
• 3.4.3 典型工況（工況四）流場分析50-68
• 3.5 本章小結(jié)68-69
• 第四章 泥石流排導結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動力數(shù)值模擬分析69-119
• 4.1 瞬態(tài)動力分析基礎69-70
• 4.2 時間步長的選擇70-71
• 4.3 求解前的設置71
• 4.4 計算結(jié)果及分析71-110
• 4.4.1 不同工況下的振動位移分析71-76
• 4.4.2 不同工況下的主應力分析76-80
• 4.4.3 不同工況下的彎矩分析80-85
• 4.4.4 典型工況（工況四）的結(jié)構(gòu)分析85-110
• 4.5 結(jié)構(gòu)振動時頻分析110-116
• 4.5.1 傅立葉變換110-111
• 4.5.2 窗口傅立葉變換111
• 4.5.3 時頻分析結(jié)果111-116
• 4.6 泥石流排導結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議116-118
• 4.6.1 泥石流排導結(jié)構(gòu)設計存在的普遍問題116
• 4.6.2 對動荷載最大區(qū)域進行優(yōu)化分析116-117
• 4.6.3 對最大振動位移處進行優(yōu)化分析117
• 4.6.4 對最大彎矩處優(yōu)化分析117-118
• 4.7 本章小結(jié)118-119
• 第五章 結(jié)論與展望119-121
• 5.1 結(jié)論119
• 5.2 展望119-121
• 致謝121-123
• 參考文獻123-126

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