Coordinative similitude law considering fluid‐structure interaction for underwater shaking table tests     

Zhong‐Xian Li  Kun Wu  Yundong Shi  Ning Li  Yang Ding 《地震工程与结构动力学》2018,47(11):2315-2332

Generally, when a model is made of the same material as the prototype in shaking table tests, the equivalent material density of the scaled model is greater than that of the prototype because mass is added to the model to satisfy similitude criteria. When the water environment is modeled in underwater shaking table tests, however, it is difficult to change the density of water. The differences in the density similitude ratios of specimen materials and water can affect the similitude ratios of the hydrodynamic and wave forces with those of other forces. To solve this problem, a coordinative similitude law is proposed for underwater shaking table tests by adjusting the width of the upstream face of the model or the wave height in the model test to match the similitude ratios of hydrodynamic and wave forces with those of other forces. The designs of the similitude relations were investigated for earthquake excitation, wave excitation, and combined earthquake and wave excitation conditions. Series of numerical simulations and underwater shaking table tests were performed to validate the proposed coordinative similitude law through a comparison of coordinative model and conventional model designed based on the coordinative similitude law and traditional artificial mass simulation, respectively. The results show that the relative error was less than 10% for the coordinative model, whereas it reached 80% for the conventional model. The coordinative similitude law can better reproduce the dynamic responses of the prototype, and thus, this similitude law can be used in underwater shaking table tests.  相似文献   

地震槽波的数学-物理模拟初探   总被引：2，自引：0，他引：2       下载免费PDF全文

皮娇龙  滕吉文  刘有山 《地球物理学报》2018,61(6):2481-2493

针对地震槽波在低速层的传播特性，开展了煤层内地震槽波勘探的数值模拟和物理模拟研究的初探工作.在数值模拟研究方面，采用交错网格有限差分法对煤层中的地震槽波进行三分量全波场模拟.基于波场快照和人工合成地震记录研究了不同模型中的波场特征和各种波型的传播规律.在物理模拟方面，通过选用不同配比的环氧树脂和硅橡胶类材料构建地震槽波物理模型，利用透射法和反射法观测系统获得了清晰的地震槽波记录以研究槽波的地震学特征.研究表明，在煤层内槽波的地震波场中，Love型槽波的能量小于Rayleigh型槽波的SV分量，大于Rayleigh型槽波的SH分量.相对于Love型槽波和Rayleigh型槽波的SH分量，Rayleigh型槽波的SV分量在围岩中的泄露能量较强.在煤层界面附近的围岩中，地震波仍以槽波形式传播，随着距离的增加能量逐渐衰减.随着煤层变薄，煤层槽波主频向高频方向移动，频散现象增强，传播速度增大.  相似文献   

联合多点地质统计学与序贯高斯模拟的随机反演方法   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

刘兴业  李景叶  陈小宏  李超  郭康康  周林 《地球物理学报》2018,61(7):2998-3007

岩相和储层物性参数是油藏表征的重要参数，地震反演是储层表征和油气藏勘探开发的重要手段.随机地震反演通常基于地质统计学理论，能够对不同类型的信息源进行综合，建立具有较高分辨率的储层模型，因而得到广泛关注.其中，概率扰动方法是一种高效的迭代随机反演策略，它能综合考虑多种约束信息，且只需要较少的迭代次数即可获得反演结果.在概率扰动的优化反演策略中，本文有效的联合多点地质统计学与序贯高斯模拟，并结合统计岩石物理理论实现随机反演.首先，通过多点地质统计学随机模拟，获得一系列等可能的岩相模型，扰动更新初始岩相模型后利用相控序贯高斯模拟建立多个储层物性参数模型；然后通过统计岩石物理理论，计算相应的弹性参数；最后，正演得到合成地震记录并与实际地震数据对比，通过概率扰动方法进行迭代，直到获得满足给定误差要求的反演结果.利用多点地质统计学，能够更好地表征储层空间特征.相控序贯高斯模拟的应用，能够有效反映不同岩相中储层物性参数的分布.提出的方法可在较少的迭代次数内同时获得具有较高分辨率的岩相和物性参数反演结果，模型测试和实际数据应用验证了方法的可行性和有效性.  相似文献   

隔震曲线梁桥不同等级地震的振动特性模拟分析          下载免费PDF全文

高菁阳 《地震工程学报》2020,42(3):607-612

曲线桥梁抗震特性模拟分析对于曲线桥梁隔震、减震有着重要意义。基于隔震曲线桥梁设计过程中的特点,通过非线性水平弹簧单元对铅芯橡胶支座双向非线性的能力进行模拟,根据SAP2000科学选择强震观测地震波,并考量曲线桥梁本身存在的特性对桥梁振动特性产生的影响,针对隔震曲线桥梁在不同等级地震下振动特征进行模拟分析,其中,通过隔震曲线桥梁铅芯橡胶支座模型的构建和梁桥不同等级地震计算模型、输入地震波与传感器量测等步骤得到的模拟结果为:不同地震波与加速度峰值输入过程中,地震动较小下的支座水平刚度比较大,且结构相对稳定;地震幅值增大时,桥梁支座水平刚度减小,且支座的恢复力位移滞回变化曲线面积比较大,能够更多地将地震输入能量消散掉,减小能量不断向曲线桥梁上方传递的速度,可有效减轻地震反应,起到隔震的效果。  相似文献   

木本植被覆盖岸坡上波浪爬升过程的数值模拟研究   总被引：1，自引：1，他引：0  

徐海珏  胡萍  白玉川  杨波 《海洋学报》2020,42(3):10-24

近岸木本植物构成的生态缓冲带作为新型的海岸软防护结构，兼具功能性和生态友好性，在沿海工程建设中愈发受到关注，如何深入开展其防护效果的机理研究是目前亟待解决的问题。本文采用数值模拟方法，在N-S方程中分别考虑树枝和树干的拖曳力影响，提出了木本植被作用下波浪沿斜坡爬升的表面波衰减的连续介质等效模型，并采用MAC法来跟踪自由曲面上的水颗粒轨迹。本文以波浪沿1/30的斜坡爬升为算例，对比讨论了有无植被作用下波浪的传播过程，并将算例结果与以往试验结果规律进行对照，验证了数值模型的有效性。最后，分别讨论了植物枝干的高度、密度、树枝倾斜角度等植被特性和波浪因素对植被消浪效果的影响，得到植被消浪的基本规律。文中的计算结果也可为实际的护岸工程和生态景观设计提供参考。  相似文献   

不同形态海湾的水底平衡剖面研究     

苏文亮  邹志利  张庆民 《海洋学报》2020,42(5):128-138

研究海湾平衡剖面对理解海湾地貌演变具有重要意义。本文给出了收缩型、扩张型和矩形3种典型海湾平面形态对平衡剖面的影响。建立了海湾长度远小于潮汐波长的短尺度海湾的平衡剖面和对应的时均悬沙浓度的解析解。采用水深平均的水动力方程、泥沙输移方程和地形演变方程的耦合模型对以上3种类型海湾的平衡剖面进行了数值模拟，得到了这3种类型海湾的水面、流速、时均悬沙浓度和平衡剖面的计算结果，并利用水面数值结果确定了海湾水面解析解所含的一个待定常数。研究结果给出了3种不同海湾平面形态所对应的平衡剖面形态:矩形海湾对应斜坡型；收缩型海湾对应下凹型；扩张型海湾对应上凸型。所得海湾平衡剖面和时均悬沙浓度的解析解与数值解一致。  相似文献   

Monte-Carlo模拟与经验路径模型预测台风极值风速的对比   总被引：2，自引：2，他引：0  

郭云霞  侯一筠  齐鹏 《海洋学报》2020,42(7):64-77

台风是我国东南沿海区域每年发生的严重自然灾害之一。本文分别采用传统的Monte-Carlo模拟方法以及较为先进的经验路径模拟方法预测中国东南沿海区域台风的极值风速(10 m高度处10 min平均值)，并对两种方法的预测结果进行了对比。本文将东南海岸线向内陆扩展约200 km的区域划分为0.25°×0.25°的网格，以每个网格点作为研究点。首先采用Monte-Carlo模拟方法产生每个研究点1 000年间的虚拟台风事件。然后采用经验路径模型方法构建了西北太平洋1 000年的热带气旋事件集，采用模拟圆方法从中提取对各个研究站点有影响的台风事件。接着采用Yan Meng风场模型计算每个研究点台风的最大风速，构成极值风速序列。最后采用极值分布模型预测每个研究点不同重现期的极值风速，并对两种不同方法预测的结果进行了对比。研究发现在研究区域的内陆侧经验路径方法预测的风速略高于Monte-Carlo模拟方法预测的结果，而在海岸沿线一带经验路径方法预测的结果略低，这主要是由两种方法构造的虚拟台风的中心压强存在差异以及模型本身的不确定性造成的。本文的研究结果可以为防灾减灾系统提供有益的参考。  相似文献   

青岛地区海雾分布及大气边界层条件分析     

任兆鹏  李昊倩  鞠霞  王国清 《海洋科学》2020,44(5):96-106

青岛地区海雾多发,观测表明海雾对沿海地区影响范围不尽相同,特别是海雾影响内陆的机理尚缺乏研究。本文利用观测资料及数值模式统计了青岛地区4月-7月海雾分布特征,并对不同影响范围海雾典型个例进行对比分析,结果表明:海雾发生日数自沿海向内陆递减。胶州湾沿岸雾日数比黄海沿岸明显减少,胶州湾东北部的雾日数要少于胶州湾西北部。海雾多发生于高空形势稳定,低层偏南流场的天气条件下。大气边界层内逆温层的的范围大致影响着海雾的分布。只影响沿海的海雾,地面为偏南风,风速在3~8 m/s之间,内陆风力减弱不明显。500 m以下大气边界层内风速切变大。湍流作用使海雾向内陆推进过程中倾斜抬升为低云,地面雾区减弱。能够影响内陆地区的海雾,多出现在地面风力较弱的情况之下,大部分在1~3 m/s之间。500 m以下大气边界层内风速切变小,大气边界层内湍流强度不强,使沿海到内陆的逆温层能够始终维持,沿海海雾在弱南风影响下延伸影响内陆地区。  相似文献   

Effects of Drag Coefficients on Surface Heat Flux during Typhoon Kalmaegi (2014)     

Lei LIU  Guihua WANG  Ze ZHANG  Huizan WANG 《大气科学进展》2022,39(9):1501-1518

The lack of in situ observations and the uncertainties of the drag coefficient at high wind speeds result in limited understanding of heat flux through the air-sea interface and thus inaccurate estimation of typhoon intensity in numerical models. In this study, buoy observations and numerical simulations from an air-sea coupled model are used to assess the surface heat flux changes and impacts of the drag coefficient parameterization schemes on its simulations during the passage of Typhoon Kalmaegi (2014). Three drag coefficient schemes, which make the drag coefficient increase, level off, and decrease, respectively, are considered. The air-sea coupled model captured both trajectory and intensity changes better than the atmosphere-only model, though with relatively weaker sea surface cooling (SSC) compared to that captured by buoy observations, which led to relatively higher heat flux and thus a stronger typhoon. Different from previous studies, for a moderate typhoon, the coupled simulation with the increasing drag coefficient scheme outputted an intensity most consistent with the observation because of the strongest SSC, reasonable ratio of latent and sensible heat exchange coefficients, and an obvious reduction in the overestimated surface heat flux among all experiments. Results from sensitivity experiments showed that surface heat flux was significantly determined by the drag coefficient-induced SSC rather than the resulting wind speed changes. Only when SSC differs indistinctively (<0.4°C) between the coupled simulations, heat flux showed a weak positive correlation with the drag coefficient-impacted 10-m wind speed. The drag coefficient also played an important role in decreasing heat flux even a long time after the passage of Kalmaegi because of the continuous upwelling from deeper ocean layers driven by the impacted momentum flux through the air-sea interface.  相似文献   

盛夏苏北地区一次飑线过程的数值模拟研究     

朱娟  张立凤  张铭 《湖北气象》2022,41(1):15-23

对一次盛夏苏北飑线过程采用区域三重嵌套WRF模式进行了数值模拟和结果分析,给出了飑线径向剖面的概念模型图。结果表明:模拟的飑线与实际飑线非常接近,两者具有相同的性质和特点,利用模拟的线状强降水带及其降水强度来确定模拟飑线的位置和强度是可行的。飑线成熟期,飑线处存在强辐合区、强垂直上升运动区以及假相当位温的高值区,三者均呈柱状向上伸展;飑线前方(飑线移动的方向),低层有位温高值的入流,为飑线带入大量水汽和能量,后方低层有浅薄入流;飑线过境时地面风向发生急剧变化;飑线中层位温值大致不变呈中性层结,这与对流凝结潜热释放有关。该飑线过程可大体看成是假绝热过程,并具有重力波的非平衡性质,其生成演变中存在多尺度的相互作用。  相似文献