膜結構風致災變的理論分析與數(shù)值模擬

膜結構是一種新型大跨度空間結構，現(xiàn)有研究均集中在正常荷載作用下膜結構的計算和設計方面。近年來，國內外發(fā)生了很多在強、臺風及雪載等極端荷載條件下的膜結構破壞事故。但研究極端條件特別是風載作用下的膜結構的工作性能涉及褶皺和偶然作用下膜材的實際本構關系及膜結構非線性分析、風場模擬、風-膜流固耦合作用等復雜的學科前沿問題，國內外在這些方面的研究還未取得突破性進展。所以，包括奧體水立方和鳥巢、上海世博中軸等重大膜結構的安全性都缺乏充分的理論和技術保障。本課題期望通過實驗手段建立膜材的實際本構關系，提出相應的膜結構非線性分析方法，研究并實現(xiàn)三維復雜流場的數(shù)值模擬，建立風-膜流固耦合分析的計算理論，采用風洞試驗驗證研究成果的的精度及可行性。通過本課題的研究有望在相關學科前沿研究方向取得重要進展，為重大膜結構的抗風設計研究提供理論分析方法和數(shù)值研究手段，實現(xiàn)我國從膜結構應用大國到研究強國的轉變。 2100433B

針對大跨度斜拉橋風致災變研究中亟待解決的基礎性問題，從理論分析、數(shù)值模擬、試驗研究和現(xiàn)場測試、工程應用四個方面，深入研究強（臺）風場作用下大跨度斜拉橋的動力學行為、損傷破壞演化機理及其過程，主要包括：1) 揭示大跨度斜拉橋的多尺度物理機制及其耦合機理，建立強（臺）風場作用下大跨度斜拉橋基于物理的、一體化的動力行為描述與分析方法；2) 研究大跨度斜拉橋在強（臺）風場作用下材料尺度的損傷演化行為及損傷累積效應，揭示損傷演化從材料尺度向構件尺度發(fā)展的機理和特性，在此基礎上研究構件尺度的損傷演化規(guī)律及其失效破壞機理；3) 研究大跨度斜拉橋構件尺度破壞與整體結構尺度破壞之間的關系，建立大跨度斜拉橋風致災變破壞的預測方法，并將研究成果進一步應用于國家重點工程蘇通長江大橋的結構整體狀態(tài)預警系統(tǒng)。. 本項目內容是重大工程結構損傷積累、健康監(jiān)測與安全評定研究中亟待解決的核心問題，具有重要的學術價值。

針對大跨度斜拉橋風致災變研究中亟待解決的基礎性問題，從理論分析、數(shù)值模擬、試驗研究和現(xiàn)場測試、工程應用四個方面，深入研究了強（臺）風場作用下大跨度斜拉橋的動力學行為、損傷破壞演化機理及其過程，主要包括：1) 揭示了大跨度斜拉橋的多尺度物理機制及其耦合機理，建立了強（臺）風場作用下大跨度斜拉橋基于物理的、一體化的動力行為描述與分析方法；2) 研究了大跨度斜拉橋在強（臺）風場作用下材料尺度的損傷演化行為及損傷累積效應，揭示了損傷演化從材料尺度向構件尺度發(fā)展的機理和特性，在此基礎上研究了構件尺度的損傷演化規(guī)律及其失效破壞機理；3) 研究了大跨度斜拉橋構件尺度破壞與整體結構尺度破壞之間的關系，建立了大跨度斜拉橋風致災變破壞的預測方法，并將研究成果進一步應用于國家重點工程蘇通長江大橋的結構整體狀態(tài)預警系統(tǒng)。 本項目內容是重大工程結構損傷積累、健康監(jiān)測與安全評定研究中亟待解決的核心問題，具有重要的學術價值。 2100433B

“地下水有限分析數(shù)值模擬的理論與方法”是博士后研究課題和地礦部“水資源評模型”開放研究實驗室基金資助項目。重點是研究了一種新的地下水流值模擬方法－有限分析法（FAM），從基本理論、計算格式、收劍性、和與常用數(shù)值模擬方法的計算結果對比等方面論證了FAM的效果與精度在的某些問題進行了改進，建立了多種有效的有限分析格式（FAS），完善法。為地下水流、溶質運移、水質模型求解建立了完整的FAM數(shù)值模擬充實了當代環(huán)境水文地質學中的數(shù)值模擬方法。創(chuàng)造性成果體現(xiàn)在三個1．地下水流方面：提出了應用FAM處理地下水流數(shù)值則和模擬源匯、角點、第二類邊界及非均質的基本方法；提出了穩(wěn)定流定流的時間差分FAS、改進時間差分FAS、LTFAS以及任意四邊形單元下的時間差分局部坐標FAM等；對提出的一系列FAS進行了收斂性、穩(wěn)定性和精度在有源匯奇性存在時單元邊界函數(shù)的形式及井點位置對解的影響規(guī)律；兩個方面論證了FAM在地下水流數(shù)值模擬中優(yōu)于有限元與有限差及以此其他方法；特別是LTFAS的提出克服了傳統(tǒng)數(shù)值方法按時間段迭代既費差的缺點，提高了效率和精度，為多時段整體求優(yōu)的地下水管理模型制計算途徑。2．溶質運移方面：提M模擬地下水溶質運移規(guī)律的基本理論、原則和方法，討論了有限分析系風效應，建立了一套完整的FAM模擬地下水溶質運移規(guī)律的FAS體系，并的收斂性、穩(wěn)定性和在實際應用中的可行性；特別是提出的一維加權六S、FAM與Laplace變換及Crump算法耦合求解地下水溶質運移問題的LTFAS面自動選擇差值公式的特征FAS以及局部坐標FAS，解除了現(xiàn)有數(shù)值方法nt數(shù)和Peclet數(shù)的限制，有效地控制了數(shù)值彌散和振蕩；提出了地下水流速表達式，開拓了求解地下水水質模型的新途徑。3．運用所提出的格式對兩個生產應用研究的實例進行了數(shù)值模擬，，表現(xiàn)出很強的實用價值，反映了FAM在解決實際水文地質問題上的實。統(tǒng)地論述了地下水流與溶質運移數(shù)值模擬的FAM，為地下水流、溶質運移解建立了完整的FAM數(shù)值模擬體系，將FAM創(chuàng)造性地推進到了水文地質計下水數(shù)值模擬增添了一種新的方法。不僅具有創(chuàng)新性，還兼顧了實用性到了國際先進水平。 2100433B