点吸收式波浪能摩擦纳米发电系统输出性能的仿真研究

为了寻求低成本、结构简单、无污染、输出电压高的波浪能发电系统,本文提出了一种新型点吸收式波浪能摩擦纳米发电系统,该系统包括振荡浮子、具有纳米摩擦层的连杆套筒和固定在海底的支架。首先利用AQWA软件对该装置进行水动力仿真得出在波浪周期为5 s,不同波浪高度时浮子对应的振荡位移情况,然后进一步建立数学仿真模型,分析了垂直滑动摩擦纳米发电机的开路电压、转移电荷量、电流以及电容随位移和时间的关系,得到了外接不同负载时发电机的最大功率和最大功率对应的电压电流情况。通过数据分析发现:随着波浪高度和纳米摩擦层绝对摩擦位移的增加,电能输出稳定后的最优匹配电阻在109Ω左右,此时摩擦纳米发电机的发电性能最佳,对应波浪高度为0.5 m时最大发电功率为173.6 W。     

行波激励下考虑结构碰撞的非规则桥梁抗震性能研究

基于动力学基本原理,建立非规则桥梁的多自由度动力简化模型,根据拉格朗日方程推导简化模型的动力方程,结合龙格—库塔方法,采用自编程序研究行波激励下非规则桥梁综合考虑支座摩擦滑移、结构碰撞等非线性因素作用时的抗震性能。结果表明,行波效应和碰撞效应的共同作用可使矮墩的弯矩需求增大;行波激励可使板式橡胶支座位移增大,地震波最后到达的桥墩其上方支座位移峰值增加最为明显;相比高墩,地震作用下矮墩上部的板式橡胶支座易发生滑动。因此非规则桥梁进行防碰撞设计时应考虑行波激励及支座摩擦,找出相邻结构的最大碰撞力,以指导设计。     

陆地下垫面与环境气流对锋面气旋发展过程影响的理想试验

地面摩擦和大尺度流场是影响锋面气旋结构演变的重要因子,本文使用WRF模式并采用湿物理方案,通过理想化试验,综合考虑陆面摩擦、气旋式扰动相对于急流位置和大尺度流场对锋面气旋结构变化的影响.结果表明：当仅考虑单一因子时,气旋式扰动位于急流南侧和辐合流流场有利于气旋形成Shapiro-Keyser（S-K）模型结构.当同时考虑地面摩擦和大尺度辐合时,气旋式扰动位于急流北侧的气旋发展整体向经典的挪威气旋模型转变;扰动位于急流南侧的的气旋发展则整体呈现S-K模型结构,此时辐合流场有利于S-K模型结构出现.当同时考虑地面摩擦和大尺度辐散时,扰动处于急流北侧的气旋呈现挪威气旋模型结构;由于气旋式扰动穿越急流和辐散流场同时有利于暖锋后弯发展以及冷暖锋距离加大和锋消,扰动处于急流南侧的气旋呈现典型S-K气旋模型结构.这个结果解释了在东亚大陆地区辐散场形势下出现的S-K模型结构气旋个例.     

基于速率-状态摩擦定律的地震二维准动力学数值模拟:浅层正应力变化对断层演化的影响

本文基于结合速率-状态摩擦定律（RSF）的二维准动力学数值模型,以半空间垂直走滑断层为研究对象,通过比较两种正应力随深度变化模型的模拟结果,研究了浅层正应力变化对断层演化参数、地震孕育过程、震后滑移传播等方面的影响.结果显示,我们的数值模型在给定模型参数和约束条件下,能够完整模拟出地震周期中震间、震前、同震以及震后多个特征阶段.常数正应力模型下,动态破裂在浅层速率强化区停止,而在浅层变化正应力模型下动态破裂可以传播至自由表面,导致浅层更高的最大滑移速率和同震滑移量.两种模型下的地震矩、地震周期、平均应力降和震后滑移传播等差别不明显.两种滑移模型的傅氏振幅谱与理论K^-2模型傅氏振幅谱均符合较好,且浅层变化正应力模型下的拐角波数值高于常数正应力模型,说明两种模型均符合地震同震滑移模型的运动学特征,并且浅层变化正应力模型下最终应该产生高于常数正应力模型的高频强地面运动水平.我们认为选用不同的模型参数对最终结果存在显著影响,应当根据具体问题来选择模型参数,这样才能在保证结果准确前提下有效提高计算效率.     

2015年尼泊尔地震三维发震构造及地震危险性研究

2015年4月25日尼泊尔M_W7.8地震发生在喜马拉雅造山带上,人们普遍认为该地震不足以释放该造山带上累积的能量,但对该地区后续地震危险性评价多基于二维或是假三维的形变反演计算结果.本研究从2015年尼泊尔地震主震与其最大余震M_W7.3地震之间的关系出发,着重分析讨论了尼泊尔地震的时间和空间的非均匀性,结合震源机制解、地壳速度结构、精定位后的余震分布及InSAR反演结果,建立了三维发震构造模型,利用非线性摩擦有限元方法,对一个地震周期内断层摩擦行为和块体变形进行了模拟,将计算结果和地表同震形变、形变反演的同震破裂、历史地震时空演化进行对比,在确认该三维模型可靠性的基础上,讨论了该地区后续地震的可能位置,认为在1934年比哈—尼泊尔M_W~8.1地震以东区域,还存在发生大地震的可能,在最大余震M_W7.3地震东南部位,还存在发生中大地震的可能.     

考虑支座摩擦滑移的非规则曲线桥梁抗震性能研究

为研究支座摩擦滑移对非规则曲线桥梁抗震性能的影响,建立考虑支座摩擦滑移的非规则桥梁空间耦联模型,研究支座刚度及支座摩擦系数对其地震响应的影响。结果表明:支座摩擦滑移可以明显消耗地震能量,降低墩底弯矩,有效避免桥墩墩底塑性铰的形成;支座摩擦系数和初始刚度的选择对非规则曲线桥梁加速度减震率及梁体位移影响较大,应根据参数最优匹配的方法选取其最优组合。     

长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥多维地震反应分析

结合长联大跨连续梁桥的特点,以1座(65+123+156+123+10×90+55)m长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥为背景,建立了全桥三维有限元模型,运用非线性时程分析法,分析了地震动输入模式、地震动强度、摩擦摆支座参数对该桥内力、位移和能量响应的影响。研究结果表明:(1)长联大跨连续梁桥布置摩擦摆支座,可有效延滞固定墩顶有效主梁质量效应,实现全桥协同抗震。大部分地震能量可通过支座滞回耗能散耗,大幅降低了该桥固定墩地震能量耗散需求。(2)长联大跨连续梁桥减隔震设计中,建议采用水平单向+竖向地震组合进行内力设计,采用三向地震组合进行位移设计。(3)强震作用下,支座摩擦因数取0.029~0.034时该桥隔震性能最优。     

Housner模型在隔震储罐计算中的适用性研究

隔震储罐的抗震性能分析中,底部剪力和隔振层位移是两个重要指标。Housner模型是储罐抗震设计中常用的液体简化模型,其在计算储罐底部剪力时有良好的准确性,并被广泛验证,但是对于隔振层变形的计算效果鲜有研究。运用实时子结构试验方法,对四条地震激励下的不同摩擦系数的摩擦摆隔震储罐进行了试验研究,并通过Housner模型代替试验储罐对各个工况进行了仿真。分析结果表明:地震荷载作用下,Housner模型用于储罐底部剪力计算时准确性较高,与实验结果相比平均误差仅为11%。但是在隔振层滑移位移的计算中与实验结果差距较大,平均误差为22%,最大误差超过30%。     

滑动长孔螺栓摩擦阻尼器力学性能试验研究

本文在已有摩擦阻尼器的基础上,设计可应用于装配式剪力墙竖向接缝的阻尼器。通过改变摩擦材料、高强螺栓预紧力等参数,对阻尼器工作性能参数（起滑力、起滑位移、等效初始刚度等）进行对比分析。研究结果表明,当摩擦材料为黄铜板、铝板及碳纤维板时,2个受力方向的起滑力相差不大,而当摩擦材料为橡胶板时,由于橡胶自身强度较低,2个受力方向的起滑力差异较大,工作性能相对较差;4种材料起滑位移及等效初始刚度在不同预紧力下按照一定规律变化,表现出较好的工作性能。在实际应用中,应设置碟形垫片以保证预紧力的稳定,使阻尼器工作性能良好。     

流体对石灰岩断层摩擦滑动影响的实验研究

在气体介质三轴高温岩石力学实验仪器上,采用意大利Scaglia Bianca石灰岩,在温度50～300℃、围压150MPa,含50MPa孔隙压、无孔隙压含饱和水和完全干燥三种条件下,开展摩擦滑动实验.实验力学数据和显微结构表明,完全干燥样品在120℃时出现慢滑移,实验样品中没有出现溶解与沉淀.无孔隙压含饱和水条件下,100℃、120℃、150℃条件下出现典型的慢滑移,实验样品中含有微弱的溶解与沉淀;300℃条件下出现黏滑,实验样品中出现沉淀.在含50MPa孔隙压条件下,50℃时的实验表现为典型的稳滑,实验样品中以溶解为主;在100～150℃时,出现慢滑移,实验样品中以溶解为主,沉淀为辅;在200～300℃时,出现典型黏滑,实验样品中以沉淀为主.实验结果表明,石灰岩断层泥摩擦滑动稳定性随温度变化,受流体中碳酸钙的溶解和沉淀作用控制,因此,流体中矿物质的饱和度这一化学性质对断层带的摩擦强度和摩擦滑动稳定性具有显著影响.