縮尺
關(guān)注創(chuàng)建者：尼古拉斯趙沒(méi)有四 創(chuàng)建時(shí)間：2021-01-14
縮尺的視頻教程
參數(shù)敏感性分析（復(fù)合縮尺CSS局部敏感性分析）
簡(jiǎn)單介紹了土力學(xué)中常用的一種參數(shù)局部敏感性分析方法——復(fù)合縮尺（CSS）靈敏度分析。 模型參數(shù)的敏感性分析是指觀察給定參數(shù)的微小變動(dòng)對(duì)模型預(yù)測(cè)誤差變動(dòng)的影響程度。參數(shù)的敏感性越弱，參數(shù)的改變對(duì)誤差的影響越小，反之越大。參數(shù)敏感性分析可以找到對(duì)應(yīng)力應(yīng)變影響較小的模型參數(shù)以便做進(jìn)一步處理，比如可以固定敏感性較弱的參數(shù)，重點(diǎn)研究敏感性較強(qiáng)的參數(shù)。
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縮尺的實(shí)例教程
按照縮尺復(fù)合公司的計(jì)劃，全球最大的雙體飛機(jī)，也就是同溫層發(fā)射飛機(jī)會(huì)在今年夏天進(jìn)行首飛。然而最初的安排似乎有所延遲，直至現(xiàn)在，這架空中巨無(wú)霸仍然沒(méi)有飛向藍(lán)天。短期的沉寂，讓關(guān)心它的人們產(chǎn)生了空中巨無(wú)霸是否出現(xiàn)毛病的疑問(wèn)。
然而根據(jù)其官方2018年9月17日最新發(fā)布的照片顯示，這架飛機(jī)已經(jīng)涂上了縮尺復(fù)合公司和同溫層發(fā)射飛機(jī)的Logo標(biāo)志，表明相關(guān)的工作一直在進(jìn)行著。
▲圖為同溫層發(fā)射飛機(jī)的機(jī)尾特寫(xiě)，已經(jīng)刷上了縮尺復(fù)合公司的Logo標(biāo)志。
當(dāng)刷上標(biāo)志的照片出現(xiàn)之后，很多網(wǎng)友就表示了熱切的期待。世界各地的不少網(wǎng)友都希望能在本國(guó)的上空看到這架雙機(jī)體的巨無(wú)霸，但直至現(xiàn)在，縮尺復(fù)合公司尚未公布具體的首飛時(shí)間表。
▲同溫層發(fā)射飛機(jī)的其中一個(gè)機(jī)頭。
該飛機(jī)采用雙機(jī)體設(shè)計(jì)，是由兩架老舊的波音747客機(jī)拼接而成的，因此有兩個(gè)機(jī)頭。
▲圖為同溫層發(fā)射飛機(jī)的內(nèi)部座艙儀表特寫(xiě)，采用了數(shù)字化的顯示設(shè)備。
▲正在進(jìn)行檢修的同溫層發(fā)射飛機(jī)。
為了讓這架全球翼展最大的巨無(wú)霸飛向天空，一共使用了6臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。在滿油狀態(tài)下，同溫層發(fā)射飛機(jī)的最大起飛重量為540噸，最多可以攜帶230噸的載荷。
同溫層發(fā)射飛機(jī)的機(jī)翼離地面的高度至少有5米，因此在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)檢修時(shí)，需要有專門(mén)的支持設(shè)備，地勤維護(hù)人員才能夠得著。
▲正在跑道上滑行的同溫層發(fā)射飛機(jī)。
在升空之前，它需要滑行3700米的距離，世界上很多的機(jī)場(chǎng)都沒(méi)有辦法保障這么大的飛機(jī)。
由于采用雙機(jī)體設(shè)計(jì)，同溫層發(fā)射飛機(jī)的連接部位結(jié)構(gòu)是否足夠強(qiáng)，一直是網(wǎng)友關(guān)心的問(wèn)題。很多網(wǎng)友擔(dān)心，這架飛機(jī)一旦飛上天空，很有可能從中間折斷。
▲圖為同溫層發(fā)射飛機(jī)的側(cè)后方特寫(xiě)。
這架飛機(jī)是在2017年5月31日出廠的，今年2月份進(jìn)行了滑跑試驗(yàn)。
展開(kāi) 圖1 節(jié)點(diǎn)取型和節(jié)點(diǎn)樣式
考慮到后期試驗(yàn)場(chǎng)地與試驗(yàn)儀器的限制，模擬時(shí)按試驗(yàn)設(shè)計(jì)試件，將原型梁-柱子結(jié)構(gòu)進(jìn)行2/3縮尺，得到試驗(yàn)試件尺寸，試件配筋按照等配筋率進(jìn)行縮尺設(shè)計(jì)。本試驗(yàn)各試件柱截面尺寸均為350mm×350mm，梁截面尺寸均為350mm×200mm，其中裝配整體式構(gòu)件預(yù)制梁截面為300mm×200mm，梁現(xiàn)澆層高80mm。模擬試件梁、柱配筋結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 原型和縮尺后節(jié)點(diǎn)配筋
圖2 模擬節(jié)點(diǎn)試件尺寸
本次模擬采用共設(shè)計(jì)三種類型節(jié)點(diǎn)：平面節(jié)點(diǎn)PM(梁縱筋取14mm、16mm、18mm、20mm、22mm）直徑)、空間節(jié)點(diǎn)KJ(梁縱筋取14mm、16mm、18mm、20mm、22mm）、空間帶樓板節(jié)點(diǎn)KJS(梁縱筋取14mm、16mm、18mm、20mm、22mm）總共15個(gè)節(jié)點(diǎn)，以研究不同梁柱抗彎剛度比下的三種節(jié)點(diǎn)抗震性能。 其中梁柱抗彎強(qiáng)度Km比定義為梁截面正、負(fù)彎矩作用下的抗彎承載力之和比上上下柱截面抗彎承載力之和, 它主要決定著節(jié)點(diǎn)的破壞模式：梁端彎曲破壞、柱端彎曲破壞、核心區(qū)剪切破壞。 設(shè)計(jì)所有試件的軸壓比取0.3(750kN)。
表2 模擬試件參數(shù)表
二、有限元模型建立過(guò)程
本構(gòu)關(guān)系：
本次模擬采用ABAQUS 2020，C30混凝土本構(gòu)采用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)建議的本構(gòu)關(guān)系，鋼材采用清華大學(xué)曲哲博士開(kāi)發(fā)的PQFiber子程序中的USsteel-03[參考文獻(xiàn)1]，其中CDP模型定義中混凝土的損傷因子均輸入到0.99以上。
相互作用：
鋼筋骨架通過(guò)“嵌入”命令插入混凝土中，通過(guò)“耦合”命令將梁柱各個(gè)端面和參考點(diǎn)偶合在一起i，這樣方便邊界條件的設(shè)定和荷載的施加，如圖3。
展開(kāi) 因此工藝上必須選取合適的縮尺和采取適當(dāng)?shù)姆雷冃未胧８鶕?jù)類似薄壁汽缸鑄件的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，鑄件整體采用1.5% 的縮尺，在汽缸較厚的法蘭，凸臺(tái)等部位額外加厚5~7 mm，防止因局部收縮過(guò)大缺尺寸。為防止汽缸水平中分面開(kāi)口部位尺寸變形，在水平中分面開(kāi)口處增加了三條加強(qiáng)筋。
3 汽缸工藝生產(chǎn)驗(yàn)證
按上述工藝生產(chǎn)了數(shù)件后汽缸下半鑄件，鑄件表面光潔，輪廓清晰（圖7）。經(jīng)劃線加工、打磨和探傷等工序后確認(rèn)，鑄件尺寸變形符合預(yù)期，僅有局部尺寸略微超差，經(jīng)修補(bǔ)后符合圖紙要求。鑄件UT 未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，鑄件經(jīng)精整后完全符合圖紙要求。
4 結(jié)論
（1）在后汽缸下半鑄件鑄造工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用ProCAST 鑄造模擬軟件計(jì)算鑄件模數(shù)，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確并簡(jiǎn)化了冒口計(jì)算過(guò)程。
（2）對(duì)充型過(guò)程進(jìn)行流場(chǎng)模擬，做到了平穩(wěn)充型。
（3）對(duì)凝固過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的模擬優(yōu)化，做到了鑄件整體順序凝固，消除了縮松縮孔缺陷。
（4）采取合理的尺寸控制措施，保證了鑄件尺寸符合要求。
參考文獻(xiàn)
[1] ( 英) 約翰·坎貝爾. 鑄造原理: 第二版[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2011.
[2] 鑄造手冊(cè): 第5 卷[M] ∥中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì), 鑄造工藝. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.
文章來(lái)源：中鑄協(xié)鑄鋼委
展開(kāi) 建立了既滿足精度又兼顧效率的詳細(xì)模擬方法，并與縮尺碰撞試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，獲得了縮尺試驗(yàn)難以測(cè)試的詳細(xì)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)研究了組合式護(hù)欄的防護(hù)能力，明確了在重型車輛撞擊下的防傾覆機(jī)理。</p><p><br></p><p><strong>參賽作品一覽</strong></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202601/attachment/42a5077e0cf44f588c98f35f1fd65460.jpg" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202601/attachment/42a5077e0cf44f588c98f35f1fd65460.jpg" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202601/attachment/42a5077e0cf44f588c98f35f1fd65460.jpg?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202601/attachment/42a5077e0cf44f588c98f35f1fd65460.jpg?
展開(kāi) 設(shè)計(jì)了海上張力腿浮式風(fēng)機(jī)縮尺比試驗(yàn)?zāi)Ｐ停M(jìn)行了試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。
（2）
隨機(jī)風(fēng)速下風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析
基于samcef windturbine的虛擬樣機(jī)技術(shù)和有限元分析方法，對(duì)齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析，在驗(yàn)證仿真模型正確的基礎(chǔ)上，得到系統(tǒng)的輪齒間動(dòng)態(tài)嚙合力和動(dòng)態(tài)軸承力。對(duì)結(jié)果分析表明，軸承力受外載荷影響的作用明顯，隨載荷的變化具有相同的變化趨勢(shì)，兩級(jí)行星輪系所受力矩大于平行軸傳動(dòng)，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)更容易發(fā)生失效現(xiàn)象。
在滿足系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)及疲勞強(qiáng)度的條件下，根據(jù)系統(tǒng)可靠性定義，設(shè)計(jì)齒輪系統(tǒng)的可靠模型，以基本設(shè)計(jì)參數(shù)為變量，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪系統(tǒng)的兩級(jí)行星輪系做優(yōu)化設(shè)計(jì)。
（3）
風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部件的多體動(dòng)力學(xué)分析
文章首先依據(jù)3MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相關(guān)參數(shù)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的不同部件采用不同的建模方式，在實(shí)體模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部分的超單元建模，超單元法在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用大大縮減了模型的自由度，對(duì)機(jī)艙底盤(pán)和輪轂主軸的超單元模型與有限元的模型模態(tài)的進(jìn)行對(duì)比。
搭建整機(jī)模型，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了風(fēng)模型創(chuàng)建，工況設(shè)計(jì)，載荷計(jì)算及后處理。在瞬態(tài)分析中做了三方面研究：控制器性能檢測(cè)研究，風(fēng)速對(duì)載荷的影響研究及自動(dòng)譜分析。
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建立了既滿足精度又兼顧效率的詳細(xì)模擬方法，并與縮尺碰撞試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，獲得了縮尺試驗(yàn)難以測(cè)試的詳細(xì)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)研究了組合式護(hù)欄的防護(hù)能力，明確了在重型車輛撞擊下的防傾覆機(jī)理。
圖5 勢(shì)流數(shù)值計(jì)算模型(平臺(tái)模型)
圖6 勢(shì)流數(shù)值計(jì)算模型(流體域)
圖7 勢(shì)流數(shù)值計(jì)算模型(網(wǎng)格)
計(jì)算步驟如下：
(1) 平臺(tái)模型按照縮尺比1∶1繪制，忽略物理模型主甲板以上組件，忽略平臺(tái)艏部、尾部存在的三樁腿開(kāi)口.
(2) 流體域長(zhǎng)400 m、寬400 m、水深15 m.
因此工藝上必須選取合適的縮尺和采取適當(dāng)?shù)姆雷冃未胧８鶕?jù)類似薄壁汽缸鑄件的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，鑄件整體采用1.5% 的縮尺，在汽缸較厚的法蘭，凸臺(tái)等部位額外加厚5~7 mm，防止因局部收縮過(guò)大缺尺寸。為防止汽缸水平中分面開(kāi)口部位尺寸變形，在水平中分面開(kāi)口處增加了三條加強(qiáng)筋。
3 汽缸工藝生產(chǎn)驗(yàn)證
按上述工藝生產(chǎn)了數(shù)件后汽缸下半鑄件，鑄件表面光潔，輪廓清晰（圖7）。
為了進(jìn)一步掌握超大型鋼筋混凝土冷卻塔的抵御龍卷風(fēng)性能，利用同濟(jì)大學(xué)龍卷風(fēng)模擬器對(duì)高度為215m原型冷卻塔結(jié)構(gòu)縮尺模型進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)；研究了不同渦流比龍卷風(fēng)對(duì)塔殼的風(fēng)荷載作用，并將其應(yīng)用于全尺寸有限元模型，模擬了鋼筋混凝土冷卻塔龍卷風(fēng)致倒塌的全過(guò)程，并將考慮非線性倒塌影響的臨界風(fēng)速與水工規(guī)范推薦的屈曲應(yīng)力狀態(tài)法和線性分叉屈曲分析結(jié)果進(jìn)行了比較。
2.2 模擬結(jié)果及準(zhǔn)確性分析
圖3中表示的是立方體表面風(fēng)壓分布，將風(fēng)壓通過(guò)tecplot轉(zhuǎn)換成風(fēng)壓系數(shù)便于直接與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，并參考德國(guó)學(xué)者Holscher和Niemann[15]對(duì)15個(gè)立方體縮尺模型風(fēng)洞試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。
根據(jù)16G101-1P68頁(yè)規(guī)定，柱子在樓層變截面施工，可以采用在框架梁區(qū)域用縮尺箍筋變截面，既達(dá)到了成型效果又省去了柱子上下層的相互錨固。
6、洞口≤300不另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋。根據(jù)16G101-1P110頁(yè)規(guī)定，洞口≤300受力鋼筋繞過(guò)孔洞，不另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋。
由于試驗(yàn)風(fēng)速和實(shí)際風(fēng)速比為1：1，模型縮尺比為1：25，根據(jù)相似定律，28. 8 s 采樣時(shí)間對(duì)應(yīng)的實(shí)際采樣時(shí)間為12 min，大于10 min，滿足規(guī)范要求。
根據(jù)16G101-1P68頁(yè)規(guī)定，柱子在樓層變截面施工，可以采用在框架梁區(qū)域用縮尺箍筋變截面，既達(dá)到了成型效果又省去了柱子上下層的相互錨固。
6、洞口≤300不另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋。根據(jù)16G101-1P110頁(yè)規(guī)定，洞口≤300受力鋼筋繞過(guò)孔洞，不另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋。
但是需要采用縮尺模型，雷諾數(shù)比實(shí)際項(xiàng)目小很多，某些對(duì)雷諾數(shù)敏感的建筑，其結(jié)果可能會(huì)有偏差。而且需要做很多工作來(lái)保證來(lái)流風(fēng)與實(shí)際風(fēng)剖面接近，不同的人不同的實(shí)驗(yàn)室做相同的試驗(yàn)，結(jié)果可能會(huì)有較大離散性。
試驗(yàn)的周期較長(zhǎng)，成本高昂，一般只有大型重點(diǎn)項(xiàng)目才會(huì)采用這種方法。
3.數(shù)值模擬(CFD仿真)
相比于風(fēng)洞試驗(yàn)，周期短、成本低，可全尺度模擬。
作者：曾社銓，仿真應(yīng)用工程師
來(lái)源：本文為安世亞太原創(chuàng)作品，上海安世亞太授權(quán)轉(zhuǎn)載
前言
對(duì)于建筑行業(yè)，在復(fù)雜的情況下，無(wú)法直接進(jìn)行實(shí)體試驗(yàn)及測(cè)量，而縮尺的實(shí)驗(yàn)既昂貴也同樣有誤差的問(wèn)題，因此CFD常用來(lái)作為建筑設(shè)計(jì)在做通風(fēng)分析、建筑物外流場(chǎng)分析的工具。
