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关键词： 模块装药   跌落撞击   跌落姿态   地面特性   有限元模拟  

摘要： 为分析多种地面环境中模块装药跌落过程损伤特性,基于非线性有限元理论建立了模块装药动力学有限元模型。运用ANSYS/LS-DYNA软件,对模块装药的跌落冲击过程进行模拟。针对模块装药从2 m高处底部向下垂直跌落、水平跌落和倾斜45°跌落3种跌落姿态,跌落地面分别为砂土、混凝土、Q235钢板三种状态,数值研究了不同跌落姿态和跌落地面对应力、应变和加速度的影响,分析了可燃药盒及颗粒的变形和损伤特性,并讨论跌落姿态和跌落地面因素的影响。结果表明:模块装药破裂风险的排序为倾斜45°跌落、水平跌落和底部向下垂直跌落;地面硬度越大,应力、应变和加速度亦相应增大,且达到峰值的时间更短;三种跌落姿态条件下,火药颗粒相互碰撞,但不发生破裂,安全风险区域均位于可燃药盒底部,在倾斜45°跌落时,可燃药盒分别在混凝土地面和Q235钢板地面上发生破裂,损伤模式包括局部凹陷、基体开裂和剪切等。研究结果可为改进模块装药结构设计提供参考。

关键词： 钙钛矿太阳能电池   数值模拟   参数优化   SCAPS  

摘要： 数值模拟方法为钙钛矿太阳能电池的器件优化提供了高效的研究手段.本研究利用SCAPS-1D软件,采用数值模拟方法,基于FTO/SnO_(2)/钙钛矿层/Cu_(2)O/Au型太阳能电池,采用7种不同无铅和含铅的材料作为钙钛矿层,进行器件模拟研究并优化钙钛矿层厚度、界面缺陷态密度、载流子密度对太阳能电池性能的影响.经过对比分析得出,在7种钙钛矿太阳能电池器件中,Cs_(2)PtI_(6)钙钛矿太阳能电池的功率转换效率最高,达到27.95%.这为设计高效、稳定的太阳能电池提供了参考.

关键词： 复杂巷群   矿压显现   围岩应力   数值模拟  

摘要： 为研究在复杂巷群条件下工作面矿压显现规律以及围岩应力分布特征,文章以夏店煤矿3120工作面为背景,对工作面液压支架压力进行监测,根据监测数据分析基本顶初次及周期来压情况,总结工作面矿压显现规律,用3120工作面地质参数建立FLAC^(3D)模型,对巷道围岩受工作面采动影响下应力分布特征展开研究,得出以下结论:基本顶初次来压步距为18.4 m,来压动载系数为1.47,周期来压步距为17.3 m,来压动载系数为1.62,来压强度适中;巷道掘进期间,应力集中从3120回风巷和高抽巷两侧转移到高抽巷与高抽巷回风通道的交叉区域,最大应力从11.8 MPa增加到13.9 MPa;在工作面回采期间,随工作面推进距离增加,顶板岩层压力以及结构调整产生的次生应力逐渐转移到工作面前方煤岩体以及巷道实体煤一侧的煤岩体内,导致3120高抽巷与高抽巷回风通道形成的交岔点区域出现应力集中,应加强对其区域的重点控制,保证巷群围岩的整体稳定性。

关键词： 圆盘通孔型叶轮   数值模拟   内外特性分析   压力脉动   失速涡  

摘要： 为研究圆盘通孔型离心泵的性能,基于部分流泵的设计方法初步设计出比转速17的圆盘通孔型离心泵,采用分离涡(DES)湍流模型对其进行全流场高精度非定常数值模拟,分析其在不同工况下内外特性的变化规律。结果表明:在设计工况点附近,泵扬程对流量变化敏感性较弱,符合部分流泵变流恒压特性;在1.7Qd工况下泵的效率达到最大;在全工况范围内,通孔入口处均存在失速涡,且失速涡强度与流量呈负相关;通孔内压力梯度和相对速度随时间变化的波动幅度随流量增加而变大;通孔入口处、蜗壳喉部附近和扩散管内压力脉动随流量增加均呈现出先升后降的变化趋势,通孔入口处和蜗壳喉部附近压力脉动在1.7Qd工况附近达到最大,扩散管内压力脉动在1.4Qd工况附近达到最大;随着半径增加,通孔内压力脉动逐渐降低,在半径0.04 m至0.06 m范围内降低最快,最高可达55.98%。

关键词： 巷道稳定性   水力压裂   切顶卸压   坚硬顶板   顶板弱化   数值模拟  

摘要： 针对采空区坚硬顶板难以垮落,造成巷道矿压显现剧烈的问题,以经坊煤矿八采区运输巷为工程背景,通过理论分析、数值模拟、现场实测的方法,运用水力压裂技术研究了巷道应力转移机理。结果表明:3−8072煤巷向煤柱侧预裂切顶的最佳高度为25 m,最佳角度为30°,切顶后采区运输巷附近高应力明显降低,煤柱侧垂直应力由33.79 MPa降为17.7 MPa,降幅为47.6%;水力压裂后,采区运输巷拱脚处被切断,导致拱脚右移,因处于宏观应力壳大结构下而保持长期稳定;通过该技术可以改变坚硬顶板悬顶结构,阻断高应力向巷道传递,从而对巷道进行了有效保护。

关键词： 含孔边裂纹钢板   屈曲承载力恢复   碳纤维板修补  

摘要： 为研究复合材料修补对承受轴心压力的含孔边裂纹钢板的承载力恢复情况,采用碳纤维板对典型的含孔边裂纹钢板进行修补并开展轴心压缩试验,研究了补片的形状和面积对含孔边裂纹钢板的承载力恢复的影响.利用有限元软件ABAQUS对试验进行模拟,对比有限元模拟结果与试验结果,验证了有限元模拟的有效性和合理性.利用有限元模拟进行参数化研究,研究了修补片的厚度、形状和面积对含孔边裂纹钢板的屈曲承载力恢复的影响,并给出了含孔边裂纹钢板的建议修补方式.

关键词： 近距离煤层   回撤通道   数值模拟   水力压裂   巷道围岩控制  

摘要： 近距离煤层群预掘回撤通道应力扰动及顶板情况复杂,回撤通道施工期间围岩破坏严重,巷道围岩控制难度大。以某矿1205工作面回撤通道为背景,构建近距离煤层群回撤通道顶板力学模型,估算上部煤层工作面底板破坏深度,模拟反演下部煤层回撤通道顶板围岩裂隙演化规律,揭示该类巷道失稳机理,提出一种围岩综合稳定控制技术并进行现场工程验证。结果表明:通过建立末采期间回撤通道顶板力学模型,确定在该矿地质条件下,工作面与回撤通道贯通后可以保证回撤通道围岩稳定的支护阻力P_(1)≥3.05 MPa;采用多元线性与非线性回归分析优化后的经验公式估算上部煤层工作面底板破坏深度大于8.41 m,小于层间距13.3 m;利用UDEC数值计算模型反演了回撤通道顶板裂隙演化规律,确定了采空区下回撤通道顶板提前10 m采取加固措施,煤柱下回撤通道顶板提前15 m采取加固措施;提出回撤通道锚杆索+单体支柱主被动联合支护与煤柱下部通道内顶板超前预裂围岩综合稳定控制技术,应用于回撤通道不同应力影响区域。矿压监测结果表明:工作面回撤通道施工期间,围岩变形量小,锚杆锚索受力变化较小,围岩控制效果良好,保证了1205工作面安全高效回撤。

关键词： 泵站深基坑   混凝土防渗墙   三维有限元计算   开挖与支护   周边建筑物效应分析  

摘要： 引调水泵站基坑开挖需在满足自身结构安全稳定的要求上,在有限空间内将对邻近建筑物的影响控制在安全可控范围内,因此选择合理的支护方案对于降低工程造价及减小不均匀沉降尤为重要。基于引江济淮二期工程一泵站深基坑的场地特征和水文地质条件,采用Midas GTS软件建立了基坑开挖支护三维数值分析模型,研究了采用旋喷锚索和支护桩作为围护结构进行分层开挖时,基坑支护结构的变形和受力情况,以及开挖水位变化对周边建筑物的影响。结果表明:该支护体系受力合理,变形控制效果较好,开挖完成后基坑坡顶与支护桩位移均在安全范围内;整个开挖过程中基坑周边既有建筑物最大沉降为11.6 mm,出现开裂的风险较小;开挖过程中采用600 mm厚混凝土墙可有效起到止水效果,基坑开挖后水位波动小于当地浅水层季节性水位变幅,且不会出现渗透破坏问题。三维有限元计算可以反映开挖、降水、支护等步序对基坑工程的综合影响,研究结果可为类似基坑开挖支护设计提供参考。

关键词： 浮选机   数值模拟   固-液两相流   浮选试验   湍流动能   叶轮转速   流场特征   颗粒粒径  

摘要： 借助计算流体力学仿真技术,采用欧拉方法模拟XFD型浮选机内部颗粒流动行为,探究叶轮转速及颗粒粒径对浮选机固-液两相流场分布特征的影响,揭示浮选机内的流体运动规律;从速度场、湍流度等方面揭示浮选机的浮选动力学特点。模拟结果表明:转速1800 r/min时,存在液相速度最大值5.32 m/s,转子区域与下循环区域流体运动速度和湍流动能较高且流场相对稳定,适合矿物浮选分离;微细粒矿物颗粒粒径对浮选机内部固-液两相流场特性影响较小,转子表面压力分布与颗粒粒径密切相关,且在定子与转子间的区域,湍流动能显著增强,促进了赤铁矿颗粒的有效分散。通过赤铁矿浮选试验研究不同叶轮转速下精矿品位以及回收率的变化,叶轮转速1800 r/min时精矿Fe品位为66.35%,回收率为85.34%,结合浮选流场模拟结果,叶轮转速1800 r/min比较适合于浮选作业。

关键词： Squirmer   受限环境   光滑粒子动力学   方腔流   自驱动  

摘要： 本研究采用光滑粒子动力学(Smooth Particle Hydrodynamics,SPH)方法模拟单个squirmer在二维顶盖、双盖驱动方腔流中的流体动力学行为.通过系统地研究squirmer初始位置、squirmer尺寸、游动参数β、以及颗粒雷诺数(Res)对squirmer游动的影响,揭示了squirmer在稳态方腔流中的受限行为.结果显示,在顶盖驱动方腔流中,squirmer的初始位置与初始方向对其游动行为和稳态受限区域影响有限.小尺寸的中性squirmer易被流场限制于腔体左上角低压区域,而大尺寸中性squirmer则在腔体中部进行周期性绕圈运动.不同β的squirmer表现出不同的受限行为,其中,中性squirmer以及|β|较小的pusher通常被限制在腔体左上角低压区;而puller和|β|较大的pusher则受限于腔体右下角区域.对于三种类型的squirmer受限行为有着显著和复杂的影响.对于双盖驱动方腔流,所有类型的squirmer在低Res下均表现出相似的受限行为,均在腔体中心附近进行周期性环形运动,但随着Res的增加,其运动区域向外扩展,并最终被限制在腔体的右下角区域.本研究为理解微生物在受限空间中的流体动力学行为提供了新的见解.