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关键词： 公路桥梁   二次损伤   数值模拟   参数敏感性分析   主余震序列   碰撞效应  

摘要： 为研究主余震作用下桥梁动力响应及碰撞效应的参数敏感性,本文以一座抗震设防烈度为8度的五跨简支混凝土T梁桥为例,通过SAP2000建立有限元模型,分析碰撞刚度、初始间隙对桥梁结构动力响应及碰撞效应的影响。结果表明:对于不同碰撞刚度工况,与主震作用相比,主余震作用下主梁位移、支座位移有增加也有减小,桥墩内力有所增加;对于多数主梁及桥墩,碰撞刚度为1.00k(k为接触单元的初始刚度)时主余震作用的影响最显著;当碰撞刚度增加时,与主震作用相比,主余震作用下碰撞次数及碰撞力有一定增加,对于不同初始间隙工况,初始间隙达到10.0 cm以上时,主余震及主震作用下主梁位移、墩底弯矩和支座位移响应大;当初始间隙减小时,主余震作用下碰撞次数、碰撞力比主震作用下增加明显。按照本文模型进行设计时,建议初始间隙取10.0 cm。

关键词： 管道   电磁加热解堵   磁热流耦合   频率   激励电流  

摘要： 电磁加热解堵技术被广泛应用于石油储运、化工物料运输等领域。在实际生产中由于多物理耦合场参数配置不适宜,导致管道解堵效率降低,增加生产成本,延误生产进度。基于COMSOL建立了管道磁热流耦合场有限元模型,开展了多物理场耦合特性的数值模拟研究,进行了可控频的原油管道加热解堵实验验证。结果表明,随着频率的增加,趋肤深度减小,输油管道涡流电场及焦耳热主要集中在输油管道的表面,管道趋肤效应愈加明显,趋肤深度仿真值与理论值误差小于7.1%。管道加热解堵实验中,降黏率随着频率和激励电流的增加而增大,但受趋肤效应、磁化程度饱和、降黏速率的影响,降黏效果下降。当频率为20 kHz时,激励电流为14.5 A,降黏解堵效果显著,原油降黏率为50.3%。实验结果可为实际生产中原油管道电磁加热解堵参数优化提供理论依据。

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： 稳定性分析   锚固边坡   极限分析法   数值模拟  

摘要： 针对边坡工程中锚固边坡稳定性分析效率较低以及精确度不足的问题,本文提出基于极限分析法研究锚固边坡三维稳定性的方法。以某边坡工程为工程背景,基于塑性力学极限分析上限原理,构建了锚杆加固边坡的三维破坏模型,推导了考虑锚固效应的功能平衡方程,并结合强度折减技术求解边坡安全系数。与Phase2数值计算结果对比分析,研究结果表明,三维极限分析法计算的安全系数(1.352)与数值计算结果(1.322)相差2.3%,显示三维极限分析法分析锚固边坡稳定性的合理性和准确性,且更真实地反映边坡的三维空间效应,符合工程实践中端部约束对稳定性的影响规律。该方法兼具理论基础与工程适用性,对锚固边坡稳定性分析具有指导意义。

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： 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： 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： 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： 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： 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。