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关键词： 基坑   极端暴雨   抽水速率   稳定性分析   数值模拟  

摘要： 为了研究基坑开挖降水及坑内积满水后坑内抽水过程对基坑侧壁稳定性的影响,采用有限元数值模拟方法对基坑开挖过程中的降水及基坑内积满水后以1 m/d、2 m/d、3 m/d速率抽水情况进行模拟分析。结果表明:基抗开挖降水过程中,等效地连墙深层水平位移最大值为19.4 mm,位置在距基坑顶部17.35 m处;在基坑内积满水后以不同速率(1 m/d、2 m/d、3 m/d)抽水,地连墙深层水平位移和墙体弯矩分别在第18天、9天、6天达到最大值,其中以3 m/d速率抽水时变形速率最大。基坑开挖降水过程中,坑外地表竖向位移及地连墙深层水平位移均未超出规范报警值。

关键词： 土工合成材料   蠕变   加筋土桥台   服役性能  

摘要： 采用数值模拟方法预测加筋土桥台的性能是一种常见的手段,目前的数值模拟研究中常将土工合成材料筋材假设为线弹性材料,赋予筋材常应变快速拉伸试验获得的恒定拉伸刚度,然而一些常见的土工合成材料在工程实际拉伸条件下表现出明显的蠕变行为,对加筋土结构的力学行为有重要影响.为此,本文采用有限差分法模拟加筋土桥台,分别赋予筋材忽略蠕变特性的恒定刚度值以及考虑蠕变的恒定刚度值和非线性刚度值,研究筋材蠕变特性对桥台服役性能的影响.模拟结果表明,采用考虑蠕变的非线性筋材刚度与恒定筋材刚度的加筋土桥台具有相近的力学行为,后者得到的桥台变形以及筋材应变稍微偏大;采用常应变快速拉伸试验获得的恒定筋材刚度计算得到的桥台变形以及筋材应变远小于考虑筋材蠕变特性的两组工况,且差值随着荷载的增大而增大,但其筋材拉力较另外两组偏大.对于在加筋土桥台中应用广泛的高密度聚乙烯(HDPE)土工格栅,其蠕变特性对筋材所需抗拉强度造成的折减系数约为1.2,该值在不同服役荷载条件下基本不变.

关键词： 喷头   数值模拟   出口速度   效率   优化设计  

摘要： 建立由入口段、入口扩张段和出口段组成的制浆机喷头三维模型,其中出口段为多个沿圆周均布的喷嘴构成。以制浆机喷头上喷嘴出口速度及喷头效率作为优化设计目标,将喷头结构、喷头入口速度、喷嘴数量、喷嘴均布直径等参数作为优化对象,运用理论分析和CFD仿真技术对制浆机喷头进行研究。研究结果表明,在确定入口速度的情况下,喷头上喷嘴均布直径大小对喷嘴出口速度没有影响,喷头上喷嘴数量越多喷嘴出口速度越低;在确定喷嘴数量的情况下,喷头上喷嘴出口速度与喷头入口速度呈线性关系,喷头效率随着喷嘴数量增多明显降低;在喷头上有确定的喷嘴数量情况下,喷头效率与喷头入口速度基本无关。将喷头出口段的喷嘴收缩角α设计为26°,喷头入口速度为1.68 m/s,喷头上喷嘴数量为6,喷头上喷嘴均布直径为85 mm时,喷头上喷嘴出口速度和喷头效率均达到最大,分别为105.72 m/s和98.99%,该研究结果为提升制浆机出浆效率提供理论基础和技术支撑。

关键词： 光滑粒子流体动力学   自然对流   传热   封闭方腔   数值模拟  

摘要： 基于一种改进的光滑粒子流体动力学SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对封闭方腔自然对流传热问题进行了数值模拟。为了抑制压力场中由于弱可压缩假设而引起的非物理震荡,在连续性方程中引入了密度耗散项;为了克服粒子分布不均匀引起的拉伸不稳定性,联合了粒子迁移技术;为了提高梯度算子的精度和数值稳定性,施加了核梯度修正算法。首先,运用改进SPH方法对瑞利数Ra=104的封闭方腔自然对流传热问题进行模拟,通过与有限体积方法得到结果的比较验证了方法的有效性。随后,扩展到Ra=105和106进行模拟,讨论了不同瑞利数下速度场和温度场的分布规律,分析了不同物理参数对自然对流传热的影响。数值结果表明,本文改进SPH方法可准确有效地模拟自然对流传热问题。

关键词： 深水重力流   浊流   物理模拟   数值模拟   研究进展  

摘要： 【意义】深水重力流沉积物是气候极端事件和古地震等构造活动的有效记录者,也是全球新增油气储量和产量的最重要来源之一。由于其发生过程的事件性和发生场地的特殊性,深水重力流沉积过程的实地观测难度大,沉积模拟成为理解和认识深水重力流沉积动力过程和沉积规律的最重要手段。【进展】通过对已有文献的系统梳理,从物理模拟和数值模拟两个方面,综述深水重力流沉积模拟的研究进展,籍此归纳深水重力流沉积过程与沉积规律的认识和发展方向。首先,总结了沉积物理模拟实验的原理、监测技术和实验室建设进展,明确了流体的物质组成与含量、流态或能量差异对深水重力流形成、搬运与沉积过程的影响,以及深水重力流单独发生及受到等深流等外来流体影响下的沉积单元响应特征。其次,综述了深水重力流数值模拟发展历程、已有模拟平台及其在流体结构、水动力参数及复杂地貌影响下的沉积过程数值模拟等方面的进展。【结论与展望】物理模拟受实验室时空尺度的明显限制,沉积过程的水动力参数难以满足真实世界。数值模拟方法虽满足了模拟尺度与真实模型一致的要求,但受计算流体力学理论研究限制,在高浓度颗粒运动、浊流对底床侵蚀等过程刻画效果仍不理想。未来深水重力流沉积模拟将在多学科交叉合作基础上,在关键节点物理模拟结果约束下,利用数值模拟的连续性结果,进一步深化深水重力流沉积机理,为深水油气勘探及地质灾害预防提供新的指导。

关键词： 梳棉机   数值模拟   计算流体力学   气流分析   滤尘  

摘要： 为探究梳棉机内气流流动规律,以JWF1217型梳棉机为研究对象,基于计算流体力学提出梳棉机流体域模型,并采用标准k-ε湍流模型进行数值模拟,分析梳棉机整体、滤尘区域与梳理区的气流压力场和速度场,并通过实际开车试验验证。结果表明:梳棉机内气流由工作辊旋转、滤尘管道抽吸及外部气流补入组成,整体压力分布合理,促进短绒与尘杂进入滤尘。滤尘管道内压力自下而上、由外向内递减,压降平稳,负压高效利用。刺辊落杂区存在涡流,可去除杂质、支撑纤维。锡林—回转盖板部位,近管道吸点处气流作用主导,远离吸点处机械作用更显著。锡林—道夫三角区,锡林与道夫表面的气流相互独立。研究结果对梳棉机在实际生产中的结构优化及性能提升有一定的参考意义。

关键词： 土体塌陷   埋地管道   单元生死   位移荷载   应力预测  

摘要： 为深入探究塌陷过程中管土相互作用及埋地管道破坏机理,采用单元生死技术和施加位移荷载技术模拟土体塌陷过程,分别构建考虑管-土非线性效应的耦合模型,分析塌陷下埋地管道的破坏规律。结果表明:管顶管底为控制点,轴向应力为控制应力,非沉陷区和沉陷区交界处与塌陷区中央是危险截面。施加位移荷载技术到单元生死技术,最危险截面出现位置从非沉陷区和沉陷区交界处过渡到塌陷区中央,Von-Mises应力峰值从4.3 MPa增加到6.09 MPa。施加位移荷载技术使得管道下部和土体始终接触,管道在非沉陷区和沉陷区交界处附近受到强剪切作用,而单元生死技术随土体流失,管土状态逐渐由接触到分离是弱剪切作用,Von-Mises应力峰值更大而径向应力更小,更能反映实际情况。根据应力和沉降量值拟合出最大Von-Mises应力预测公式,误差在7%以内。研究结果可为管道安全运行和选择塌陷模拟方式提供参考。

关键词： 送风速度   送风角度   数值模拟   隔断   风速不均匀性  

摘要： 为深入研究空气源热泵对办公室供暖的效果,利用SolidWorks建立了带隔断的办公室三维模型,并用ANSYS软件模拟了在办公桌面加装物理隔断前后不同送风速度和送风角度对室内气流场的影响。结果表明:相较于无隔断桌面,加装隔断后室内空气流动更加均匀,办公区域风速降低。此外,在加装物理隔断后,给定1 m/s、1.5 m/s、2 m/s和3 m/s送风速度下,送风角度为30°时,室内温度较为均匀,但办公区域附近形成多个较大的涡旋,办公区域温度较高,且室内温度分层不明显。送风角度为60°和85°时,涡旋的尺寸和数量明显减少,气流场的病态性减弱,温度场变化较为明显,85°送风下办公区域整体温度偏低。2 m/s和3 m/s的空气流动强度较高,人体吹风感较强。综合考虑人体舒适度和房间内风速分布效果,2 m/s风速和60°送风角度工况较好。研究结果为合理优化办公区域工位布置及进一步提升供暖舒适性提供依据。研究结果为合理优化办公区域工位布置及进一步提升供暖舒适性提供依据。

关键词： 轻量化   优化   CATIA   知识工程   重力坝  

摘要： 重力坝是大体积挡水建筑物,应用CATIA软件对重力坝(非溢流坝)进行有限元结构分析和优化设计(轻量化)。先进行参数化建模,再进行有限元分析,得到最大应力1.46 MPa,坝体强度合格。在此基础上进行轻量化结构设计,结果表明,轻量化后的重力坝能够满足要求,且坝体质量比设计前减轻20.59%,有效地节省混凝土的材料成本。CATIA“建模+有限元分析+优化设计”一体化方案更便捷。

关键词： 非均质砾岩   异形PDC齿   切削破岩仿真   有限元   切削力   破岩比功  

摘要： PDC钻头在钻进砾岩地层时,频繁的冲击载荷会缩短PDC齿预期寿命,导致钻头频繁换钻,进而影响钻井效率。异形齿可以改变齿面受到的冲击情况,选择耐冲击的齿面是应对这类地层的有效方法之一。为了研究不同结构PDC齿在切削砾岩时的表现特性,选取了准噶尔盆地深部取心砾岩作为研究对象,基于非均质砾岩有限元模型,通过单轴压缩试验进行了砾岩模型参数标定,并开展了异形齿切削破岩仿真,讨论了12种齿形在相同前倾角和切削深度情况下的切削效果。研究结果表明:斧形齿和三平面齿的平均切削力虽然较大,但是整体波动更稳定;平面齿、凹面齿、凸面齿和双曲面齿的切削力波动都较大,齿面会受到较大的冲击;双曲面齿的破岩比功最小,楔形齿的最大;在不考虑PDC齿刚度的情况下,通过切削力波动和破岩比功2个指标,斧形齿、三平面齿是所有齿形中的较优选择。该研究可为钻进砾岩地层时PDC钻头的齿形选择提供一定参考。