透空四面体扰流机理及冷连接加工方法

发布时间：2017-08-26 03:05

  本文关键词：透空四面体扰流机理及冷连接加工方法

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【摘要】：长江中游地区荆江河段,源头枝城,下到迄洞庭湖出口处的城陵矶,全长约347.2km,界以藕池口,分上、下荆江。鉴于自身的自然特性加之三峡工程蓄水影响,河床演变频繁,洲滩变迁剧烈,航槽极不稳定,碍航状况频发。透空四面体框架航道整治技术具有透水和阻水双重特点,现已广泛应用于长江中游航道整治工程中。但复杂水流条件下透空四面体的扰流固沙机理尚不明确,如何实现框架的最优工程布局鲜有系统研究;此外,现有的透空四面体框架的加工工艺存在效率低下等问题。本文依托省部委“荆江河段航道整治工程第VI标段施工技术研究项目—课题2”,利用模型试验与数值模拟方法,开展了透空四面体周围流场特性、阻力特性等研究,揭示了透空四面体框架扰流减速与固沙机理,并提出了透空四面体框架挤压冷连接成型新工艺,在保证强度的同时,极大提高了框架生产效率。具体研究内容及成果包括:(1)透空四面体框架模型试验研究。利用高精度河流动力学水槽进行了单个透空四面体扰流的模型试验。利用基于变频技术的DCMS控制系统及旋桨式光电流速仪,测量了不同流场条件下透空四面体周围的空间流场分布,通过与无框架流场的对比,得到了透空四面体周围流速分布规律和具体减速、增速部位,揭示了透空四面体对水流扰动作用。(2)透空四面体框架扰流机理数值模拟方法研究。利用计算流体动力学(CFD)方法建立了透空四面体框架扰流的二维、三维数值模型。通过对二维数值模拟研究,定量地得到了不同间距比下杆件尾流区漩涡变化规律;通过三维数值模拟,获得了直观的透空四面体周围流场变化规律,并通过与模型试验结果的比对,验证了数值模拟方法的可靠性。最后,通过分析透水框架的扰流效果,结合现有泥沙运动力学原理,揭示了透水框架减速固沙的力学机理;并在此基础上,建议了透空四面体工程应用中的空间布局设计方法。(3)透空四面体框架钢套管挤压冷连接成型技术研究。鉴于传统透空框架制作工艺的局限性,提出了透空四面体框架钢套管挤压冷连接成型新技术。该技术优化了框架杆件的加工与拼接工序,并利用高压挤压钢套管的方式连接框架结点,代替了传统的焊接工艺,在保障框架强度的同时,将框架生产效率提高约67%。(4)透空四面体框架钢套管挤压冷连接性能评价研究。为了评估钢套管挤压冷连接成型框架的力学性能,优化连接成型访求,开展了钢套管挤压冷连接节点的力学性能试验研究。利用不同钢套管材料、不同挤压模具,不同压痕长度、不同挤压压力和不同钢筋表面光滑制成模型进行力学性能,获得了连接强度与各试验参数之间的关系,提出了最优的连接设计方案。
【关键词】：透空四面体 水槽试验 工艺改造 钢套管冷连接 节点力学性能
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U617
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 透空四面体的应用11-12
• 1.2.2 透空四面体的减速促淤机理12-13
• 1.2.3 透空四面体的研究手段13
• 1.2.4 透空四面体的研究对象13
• 1.2.5 透空四面体的减速促淤的影响研究13-14
• 1.2.6 透空四面体的水动力特性理论研究14-15
• 1.2.7 挤压冷连接研究与应用现状15
• 1.2.8 透空四面体生产工艺研究现状15-16
• 1.3 本文主要研究内容、目的、意义16
• 1.4 本文研究采用的技术路线16-18
• 第二章 透空四面体扰流规律模型试验18-49
• 2.1 引言18
• 2.2 试验装置18-19
• 2.3 透空四面体形状及试验设计19-21
• 2.4 模型试验设计原理21-24
• 2.4.1 几何相似21-22
• 2.4.2 运动相似22-23
• 2.4.3 力学相似23-24
• 2.5 透空四面体流场特性24-48
• 2.5.1 横断面流速沿高度方向变化规律24-42
• 2.5.2 高度方向流速平均减速率沿水流方向变化规律42-48
• 2.6 本章小结48-49
• 第三章 透空四面体扰流数值建模与模拟49-70
• 3.1 引言49
• 3.2 有限体积法的基本原理49-50
• 3.3 Fluent、ANSYS ICEM简介50
• 3.4 透空四面体高度分层后二维数值计算50-58
• 3.4.1 控制方程和数值方法51
• 3.4.2 计算区域及边界条件51-52
• 3.4.3 计算结果及分析52-53
• 3.4.4 三方柱流场分析53-54
• 3.4.5 单方柱A流场分布54
• 3.4.6 不同间距比下涡街变化规律54-55
• 3.4.7 阻力和升力系数特性55-58
• 3.5 透空四面体三维数值模拟58-69
• 3.5.1 控制方程和数值方法58-59
• 3.5.2 紊流模型的介绍59
• 3.5.3 数学模型和计算条件59-60
• 3.5.4 计算结果及分析60-69
• 3.6 本章小结69-70
• 第四章 透空四面体钢套管挤压冷连接成型技术研究70-93
• 4.1 概述70
• 4.2 透空四面体杆件的制作70-74
• 4.2.1 透空框架杆件钢筋加工70-72
• 4.2.2 透空四面体杆件模板加工72-73
• 4.2.3 透空四面体杆件的浇注与养护73-74
• 4.3 三点向心挤压冷连接工艺设备与方法74-86
• 4.3.1 水平旋转承台和电动液压三向千斤顶方案74-82
• 4.3.2 水平和垂直旋转承台和电动液压千斤顶方案82-84
• 4.3.3 电动液压三点向心千斤顶施工工序84-86
• 4.4 两点单向挤压冷连接工艺设备与方法86-91
• 4.4.1 手动液压钳方案86
• 4.4.2 水平旋转旋承台和电动液压钳（压痕长度 1cm）86-87
• 4.4.3 水平旋转旋承台和电动液压钳（压痕长度 3cm）87-89
• 4.4.4 水平旋转承台和电动液压钳工序89-90
• 4.4.5 不同冷连接方案之间的对比90-91
• 4.5 本章小结91-93
• 第五章 挤压冷连接工艺成型节点力学性能试验研究93-99
• 5.1 概述93
• 5.2 试验介绍93-94
• 5.3 试验方案94-95
• 5.4 试验数据分析95-98
• 5.5 本章小结98-99
• 第六章 结论及展望99-101
• 6.1 结论99-100
• 6.2 研究展望100-101
• 致谢101-102
• 参考文献102-107
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果107

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本文编号：739248