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关键词： 动载   高压管汇   三通   冲蚀模型   数值模拟  

摘要： 三通是高压管汇中的常用部件,长期处于高压环境且受到固体颗粒的冲蚀,直接影响系统的安全运行及管道的使用寿命。针对高压三通管汇冲蚀问题,在自建的可对试样施加动载的液固两相冲蚀试验台上进行试验,提出一种动载作用下的冲蚀模型,并嵌入数值模拟软件中对不同空间角度的三通结构在不同内压、流速及颗粒质量流量下的冲蚀规律进行分析。结果表明:不同三通结构的最大冲蚀率均随内压的增加而增加,随流速的增加呈指数增加,随颗粒质量流量的增加线性增加,且三通空间角度越大,增长速率越快。三通结构空间夹角增大时,最大冲蚀率增加,该规律不随内压、流速及颗粒质量流量的变化而变化。其结果可为高压三通管汇安全运营提供一定的参考依据。

关键词： 极近距离煤层开采   采空区下切顶留巷   数值模拟   爆破切顶   围岩控制  

摘要： 近距离煤层下行开采会受到上层遗留煤柱及采空区覆岩失稳等因素的影响,围岩应力环境复杂导致下层回采巷道难以维持稳定。基于理论分析、数值模拟结合现场试验,研究了近距离煤层开采在不同回采方式下的巷道围岩应力分布特征及上覆岩层顶板的赋存结构运移规律。研究表明,存在坚硬顶板的近距离煤层在回采过程中容易形成大跨度悬顶结构,而采用切顶手段可以有效消除大跨度悬顶结构的潜在威胁。结合理论计算与数值模拟,对不同切顶高度和切顶角度下的巷道围岩应力分布特征进行研究,确定了最优的切顶参数,即切顶高度5.4 m、切顶角度12°。在此参数下,垂直应力峰值较不实施切顶时的29 MPa降低19.66%,偏应力峰值较不实施切顶时的9.6 MPa降低15.6%。结合工程试验,对留巷超前、滞后段的锚索受力及围岩变形量监测结果进行评估分析发现,切顶护巷效果显著。

关键词： 真空离心铸造   Incoloy825   数值模拟   充型过程   铸态组织   游离枝晶  

摘要： 采用真空感应熔炼+离心铸造的工艺制备Incoloy825管材,研究其组织的凝固行为和微观晶粒特征。使用ProCAST软件建立真空离心铸造仿真模型,模拟计算合金充型与凝固过程。结果表明:浇注温度为1480~1520℃时,金属液成型效果好。铸型转速达到800 r/min以上时,金属液沿铸型壁均匀分布。当浇注温度在1480℃以上时,缩孔率减小到0%~1.33%。在浇注温度为1520℃、铸型转速为800 r/min工艺下,铸件下、中、上部的开始凝固时间分别为9.61、12.53 s和14.32 s。根据仿真结果制定最优工艺参数并进行铸造实验后,对铸件的微观组织进行分区分析,观察到从铸件中心区到外层区的枝晶平均长度从271μm逐渐减小至121μm,显示出组织沿冷却方向存在较高的晶粒尺寸梯度。

关键词： 一维水动力模型   干湿界面   黎曼求解器   不规则河道断面   数值模拟  

摘要： 基于黎曼求解器的河道一维水动力模拟方法,由于具有鲁棒性强、易实现等特点,已经成为河道水流模拟的主流方法。传统黎曼求解器在模拟包含水跃的复杂几何形状河道时会出现数值不平衡和流量解不准确的问题,为了将黎曼求解器应用于形状不规则的自然河道,已有学者进行了大量的研究和改进。但现有的改进方法,在模拟尖底河道干湿过渡时仍然存在“通量计算受阻”的问题。针对这一问题,在通量求解中用一个水位分段函数描述水面宽度和过水面积,求解干湿交替界面处的特征水位和通量,提出了一种新的黎曼求解器改进方法。实验算例和自然河道算例验证结果表明,新的改进方法能够有效解决尖底河道干湿边界交替处“通量计算受阻”的问题,显著提高了基于黎曼求解器的河道一维水动力模拟方法的稳定性和通用性。

关键词： 掺氢天然气管道   土壤   泄漏扩散   数值模拟  

摘要： 利用ANSYS Fluent软件,分析埋地掺氢天然气管道的泄漏扩散特性。建立管道土壤泄漏模型,分析不同因素(泄漏时间、掺氢比例、泄漏压力、泄漏孔直径、地表条件)影响下的泄漏扩散特性。通过体积分数高于爆炸下限的气体沿管道扩散的最远距离(FDR)和地表体积分数高于爆炸下限的气体扩散的最远距离(GDR)两个危险范围指标,分析掺氢天然气土壤泄漏扩散过程。随着时间增加,掺氢天然气在竖直方向的扩散速度大于水平方向的扩散速度。FDR和GDR均在前600 s迅速增大,之后增长速率减小。掺氢比例为20%时,掺氢天然气与纯甲烷泄漏的FDR和GDR均基本相等。掺氢比例达到50%时,掺氢比例对泄漏气体在土壤中扩散范围的影响已不能忽视。掺氢天然气的扩散范围随着泄漏压力增大而增大,且随着泄漏压力升高,泄漏压力对掺氢天然气在地表处的扩散影响比在土壤中的扩散影响更为显著。泄漏孔直径越大,掺氢天然气扩散的FDR和GDR越大,并且泄漏孔直径越大,对扩散范围的影响越显著。随着泄漏时间增长,地表硬化导致更多的泄漏气体向周边扩散而不是向上扩散。地表硬化使得GDR更大,危险性大于地表未硬化。

关键词： 刮板输送机   PID控制策略   自动张紧   数值模拟  

摘要： 针对传统刮板输送机张紧装置动态调节性能不足的痛点,本研究通过建立液压控制系统数值模型展开分析。建模仿真显示,系统在回缩作业阶段液压执行器无杆腔压力呈现剧烈震荡现象,这种周期性压力冲击直接导致密封组件失效概率上升。基于此,提出融合遗传算法寻优机制的智能PID控制策略,通过多目标参数整定实现系统动态特性优化。仿真对比表明:改进后系统压力建立时间大幅缩短,稳态压力波动幅度下降56%,有效缓解了液压冲击引发的结构疲劳损伤。研究结果为矿山开采装备液压控制系统的可靠性提升提供了新的技术路径。

关键词： 模板支架   极限承载状态   承载力   数值模拟   施工安全  

摘要： 准确预测盘扣式模板支架的极限承载状态对于保障施工安全和工程质量具有重要意义。综合考虑盘扣式模板支架的几何结构、材料特性和加载方式,结合实际工程,开展盘扣式模板支架极限承载状态的数值模拟研究。首先,基于特征值屈曲分析获取架体最低阶屈曲模态;然后,按架体最低阶屈曲模态引入初始缺陷进行屈曲分析,获取模板支架失稳破坏过程中架体承载力随架体水平位移的变化曲线,分析了模板支架在极限承载状态下的应力分布特征,进而为模板支架施工安全评估和施工方案设计提供科学依据。

关键词： 特厚煤层   液压支架   放煤步距   数值模拟  

摘要： 为界定特厚煤层综合机械化放顶煤开采作业中的最优放煤步距,分析其对顶煤遗失及回收率的作用机理,以铺龙湾煤矿5105综放工作面为研究背景,利用连续非连续介质力学(CDEM)颗粒与块体单元集成模拟技术构建数值仿真模型。通过分析不同放煤步距下的顶煤损失形态、放煤漏斗几何形态的发展规律,以及煤岩界面的动态迁移特性,在基于“见矸关窗”的操作规范下,阐释顶煤损失现象的内在力学与几何机制,揭示顶煤在采空区内的遗失模式与时空分布规律。研究结果表明,在综放工作面推进中,液压支架顶部区域的矸石会侵入放煤口,导致采空区边界的顶煤滞留,加剧了顶煤的遗失。放煤步距影响煤岩界面的空间形态以及煤岩间相互渗透程度,直接影响顶煤回收率及混矸量控制。针对铺龙湾煤矿5105综放工作面在12 m特定顶煤厚度条件下的实际工况,确定了最优的放煤步距为0.8 m。

关键词： 混凝土   水库大坝   地震响应   数值模拟  

摘要： 针对现有混凝土水库大坝系统模型在地震响应数值模拟分析上存在一定误差问题,研究提出大坝-水库-地基模型系统。依托某混凝土水库大坝建立有限元模型,进行水位静载及地震动载作用下的数值模拟分析。结果表明,水库水位升高时,考虑基础质量对大坝上游面位置的主拉应力变化趋势有重大影响,采用地震加速度时程曲线计算得到的动荷载地震力进行的非线性动态分析,未有显著的非线性效应产生,使用上游动水压力动荷载则可以观察大坝从裂缝萌生到扩展至出现溃坝现象的演化。该模型对于分析混凝土水库大坝地震响应具有一定的可行性,可为大坝抗震性能研究提供新思路。

关键词： 沉积   物理模拟   数值模拟   浅水三角洲   泥沙比   岸线迁移   入口流量   前缘粗糙度  

摘要： 【目的】沉积物理模拟与数值模拟的融合是沉积模拟技术发展的必然趋势,笔者以浅水三角洲为例,开展沉积物理模拟和数值模拟的对比研究,探索二者一体化中存在的问题。【方法】选取泥沙比、岸线迁移速度(湖平面下降速度)、入口流量三个影响因素,分别采用沉积物理模拟与数值模拟方法对浅水三角洲进行模拟,并对两种模拟中沉积体长宽比、面积、前缘粗糙度进行对比分析。【结果与结论】(1)泥沙比、岸线迁移速度(湖平面下降速度)和入口流量对浅水三角洲的长宽比、面积和前缘粗糙度的变化都有明显的影响;(2)从宏观形态上看,物理模拟与数值模拟结果具有一致性,且数值模拟显示1000 m3/s的河口流量是浅水三角洲形态从方格状变为叶状的参考阈值;(3)在浅水三角洲形成的具体过程中,物理模拟与数值模拟有所不同,物理模拟显示浅水三角洲有两种发育机制,其一是分流河道分流与扇面片流交替所致的朵体与前缘交替生长,其二是河口不断改道所致的朵体交替生长,而在数值模拟中,浅水三角洲的成长过程始终伴随着决口导致旧分流河道的废弃、新分流河道和河口砂坝(朵体)的快速形成,朵体主要表现为指状,鲜见扇形朵体。这一研究对探索沉积物理模拟与沉积数值模拟的一体化具有参考意义。