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关键词： 厚煤层   围岩支护   数值模拟  

摘要： 针对华阳二矿厚煤层巷道围岩变形大、支护困难等难题,以151108回风巷为例,采用数值模拟方法,优化了锚杆索支护间排距等参数,并应用于现场。监测结果表明,巷道顶板、底板、两帮最大移近量分别为47 mm、57 mm、96 mm,巷道围岩的变形量较小,表明优化支护方案可有效控制华阳二矿厚煤层巷道围岩的变形破坏。

关键词： 热屏   能耗   传热路径   直拉单晶硅   数值模拟  

摘要： 单晶硅是太阳能电池的主要原材料,其生长成本直接影响电池的制造成本。因此,降低单晶硅生长能耗对光伏产业的降本增效至关重要。本文建立了直拉单晶硅生长的全局3D数值模型,考虑了单晶炉中加热器、电极等非旋转对称结构,能够更精确地模拟单晶炉内的流动和传热过程。基于所建立的数值模型,研究了热屏冷、热侧发射率对单晶炉内能耗分配及辐射、对流和导热传热路径的影响规律。结果表明,冷、热侧发射率的降低均可取得明显的降耗效果,且降低冷侧发射率能够更加显著地降低能耗。在辐射传热方面,随着热屏冷、热侧发射率的降低,石墨坩埚和热屏热侧的吸热,以及硅熔体和热屏冷侧的放热均不断减小;随着热侧发射率的降低,顶保温的吸热出现了一定的增加。在对流传热方面,随着热屏冷侧发射率的降低,水冷屏吸热及热屏冷侧放热均不断增大,与冷侧相比,热侧发射率对对流传热的影响则相对较小。在导热传热方面,随着热屏冷热侧发射率的降低,热屏热侧到冷侧、石墨坩埚到石英坩埚,以及石英坩埚到硅熔体的导热均不断减小。本文研究结果可以为工业直拉单晶炉的精细化、深度化降耗提供重要的参考。

关键词： 多层采空区   多场耦合   动态运移   自然发火  

摘要： 为了研究公乌素煤矿16^(#)煤层采空区在上覆多层采空区影响下,各气体浓度分布特征及温度场动态运移规律,基于采空区多场耦合作用机理,建立了动态数学模型,利用流体计算软件CFD对采空区流场、温度场进行数值模拟。结果表明:对于16^(#)煤采空区,其高氧浓度区域主要位于进风侧和回风侧,在进风巷侧形成宽为70 m的高CO_(2)浓度带,向回风巷方向高CO_(2)浓度带逐渐减小;回风侧甲烷浓度最低值位于停采线附近,最高温度达到44℃。对于上覆采空区,高氧浓度区域主要集中在工作面进风巷附近的上部以及停采线附近,均未形成蔓延至回风巷侧的CO_(2)浓度带,进风侧甲烷浓度呈扇形向采空区内部逐渐升高。上覆采空区不会影响到16^(#)煤层的安全回采,对探究公乌素煤矿遗煤自然发火的演化规律具有借鉴意义。

关键词： 金属支架   波形腹板   巷道支护   数值模拟   变形监测  

摘要： 白芨沟煤矿南翼采区特厚煤层回采巷道中,由于11^(#)矿用工字钢支架变形过大,支护强度不够,为提高巷道的稳定性,提出采用高强钢材的波形钢腹板支架进行支护,该支架由波形钢腹板棚梁和焊接工字钢棚腿组成。结合巷道开挖的数值模拟,分析了无支护、矿用工字钢和波形钢腹板支架三种支护条件下巷道围岩变形和应力变化情况,并在白芨沟煤矿运输顺槽巷选择试验段采用波形钢支架单棚置换矿用工字钢对棚,对波形钢腹板支架进行了现场变形和支护反力监测。计算结果表明,无支护时,巷道顶部竖向变形达到243 mm,两帮位移变形达到114 mm,架设11^(#)矿用工字钢和波形钢腹板支架后,竖向变形依次减小至约60.0 mm和25.5 mm,两帮变形依次减小至56 mm和28 mm,波形钢腹板支架支护效果明显优于11^(#)矿用工字钢支架。现场监测结果表明,巷道掘进期间波形钢腹板支架顶底收敛量比矿用工字钢棚梁平均减少了约54%,两帮的收敛量比矿用工字钢棚腿平均减少了约80%,压力盒监测到波形钢腹板支架上的支护反力在小范围内波动,最大支护反力为2.6 MPa。

关键词： 损伤识别   小波分析   超限学习机   数值模拟   应变模态  

摘要： 【目的】验证小波-超限学习机(extreme learning machine,ELM)算法的损伤识别效果。【方法】小波-ELM算法运用小波的奇异性原理来确定结构的损伤位置,利用ELM算法回归拟合效率高的特点来识别损伤程度。结合小波和ELM算法的上述特点,以梁结构为研究对象,使用ANSYS构建包含损伤的结构三维模型。在得到结构模态参数后,通过小波变换,依据结构有限元三维模型得到各层应变模态,由ELM算法训练产生非线性映射关系,进而识别结构的损伤程度。【结果】小波-ELM算法能够准确识别损伤位置及程度,即使在多个损伤同时存在的情况下,仍表现出良好的识别能力。【结论】通过数值模拟和试验验证了所提出的小波-ELM算法的准确性,该算法可在有结构损伤的工程中进行应用。

关键词： 不同荷载   水闸结构   受力特性   有限元   耦合声学-结构分析  

摘要： 对水闸结构在不同荷载作用下的受力特性进行了深入研究,考虑了静水压力、动水压力以及地震引起的动力荷载对水闸结构的影响。使用有限元模拟方法建立了三维模型,并对结构的强度和稳定性进行了分析。结果表明,在地震等极端条件下,动水压力荷载可能对水闸结构造成显著影响,甚至导致结构损坏。此外,通过耦合声学-结构分析模拟了静水和动水压力压力的作用,以更好地理解结构的响应。

关键词： 水下爆轰发动机   激波   推力   喷管构型  

摘要： 为研究水下爆轰发动机的推力性能,推导了简化水下爆轰发动机模型的推力计算方法,基于VOF多相流模型,针对采用空气为氧化剂、汽油蒸气为燃料的不同喷管构型水下爆轰发动机,进行了数值模拟研究。探讨了水下爆轰发动机的推力来源,以及不同当量比、不同喷管构型下发动机的推进性能。结果表明:水下爆轰发动机的推力来源主要有内推力壁面、环形推力壁面和喷管壁面三个部分。其中内推力壁面的推力对总推力的贡献超过67%,环形推力壁面的推力对总推力的贡献超过16%。发动机出口的复杂波系和爆轰产物与发动机壁面作用,形成了水下爆轰发动机推力曲线的多个尖峰。在加装不同的喷管后,喷管对推力性能的改善有显著作用,收敛喷管能够增强水下爆轰的反射激波的强度,但喷管壁面带来的负推力使得比冲和平均推力相比直喷管降低了11.31%。扩张喷管削弱水下爆轰的透射激波和反射激波,但喷管压力作用面积的增加使得比冲和平均推力较直喷管提升28.09%,能够显著提高水下爆轰发动机的推力性能。

关键词： 组合桥面板   负弯矩区抗弯性能   合理构造参数   数值模拟   理论研究  

摘要： 为提高负弯矩区桥面板抗弯性能,提出一种新型钢格栅-UHPC组合桥面板结构。文中基于受力性能并考虑施工性能,提出新型钢格栅-UHPC组合桥面板的基本构型;采用数学程序MATLAB对ABAQUS进行二次开发,分析桥面板宽度、翼板厚度、腹板高度及腹板水平倾角对结构抗弯极限承载力的影响,综合考虑桥面板负弯矩区抗弯极限承载力及自重、用钢量等技术、经济指标,提出桥面板合理构造参数;应用简化塑性理论对桥面板负弯矩区抗弯极限承载力进行理论分析,导出抗弯极限承载力计算简析公式。结果表明,桥面板负弯矩区抗弯极限承载力随桥面板宽度、翼板厚度、腹板高度的增加而增加,随腹板水平倾角的减小呈先增大后减小的趋势,桥面板宽度对抗弯极限承载能力的提高有限。桥面板负弯矩区抗弯极限承载力理论公式计算结果与数值模拟结果较为接近,最大相对偏差为9.1%,验证了理论公式与数值模型的准确性。

关键词： 激光烧蚀   金属材料   烧蚀效果   加工工艺优化   数值模拟  

摘要： 针对激光加工工艺,基于COMSOL Multiphysics仿真软件,对激光烧蚀金属过程进行了系统的数值模拟分析。通过模拟激光与金属靶材的相互作用,深入探讨了激光能量的传递、金属的热响应及烧蚀过程中的温度场分布等关键因素。该仿真结果为实际激光加工过程提供了理论依据,有助于优化工艺参数,提高加工效率和质量,同时有效降低实验成本。

关键词： 青藏高原东北缘   弧形构造   新生代   形成机制   有限元数值模拟  

摘要： 青藏高原东北缘弧形构造带是青藏高原侧向生长的独特边界,以垂直于高原扩展方向的盆−山相间的弧形地貌为特征,代表了青藏高原扩展的独特生长方式。此次研究旨在运用三维有限元黏−塑性大变形数值模拟方法再现青藏高原东北缘弧形构造带的形成和演化过程,提出弧形构造生长的新构造样式和变形机制。此次模拟基于大量地质与地球物理资料,测试了银川盆地阻挡和弱的下地壳对弧形构造带内断裂发育的控制作用。结果表明,在青藏高原向东北扩展的过程中,地壳缩短增厚变形由高原向东北传播,受北东—南西向挤压作用,地块围限的中—新生代盆地区(弧形构造带)的深部物质向东北迁移,在受到刚性的鄂尔多斯地块和阿拉善地块阻挡后,向强度相对较弱的银川盆地有限挤入。银川盆地的阻挡是弧形构造带断裂在浅部地壳形成和发育的重要条件。黏度为2.5×10^(22) Pa·s、黏聚力为2 MPa的弱下地壳对弧形构造带内断裂发育有促进作用,但不是断裂形成的必要条件。进一步分析青藏高原东北缘弧形构造带地表和3条剖面最大剪应变率分布特征及其随时间演化的规律发现,弧形构造带在深部总体上表现为“对冲”构造样式,指示深−浅变形机制存在解耦现象。弧形构造带的变形解耦深度在20 km和40 km发生,形成了3个构造层。其中的中—上地壳构造层以逆冲−褶皱构造变形方式调节地壳水平缩短和垂向增厚;而弱的下地壳作为弧形构造发育的滑脱层,以韧−塑性变形方式调节地壳水平缩短和垂向增厚;岩石圈地幔由于莫霍面的调节作用,也存在一定程度的缩短增厚。综合分析认为,青藏高原东北缘弧形构造带是在先存断裂和拆离带的控制下,主控断裂在9.5~2.5 Ma同步发育,并向深部扩展,最终切入中—下地壳。新的模拟研究结果为深化对青藏高原东北缘隆升和横向生长过程的认识提供了参考。