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关键词： 柔性立管   涡激振动   振动响应   试验研究   数值模拟  

摘要： 针对海洋柔性立管的涡激振动发生机理及其振动响应,从理论、试验和数值计算等方面进行了相关总结.在海洋柔性立管涡激振动的基本特征方面,详细评述了深水平台的立管系统、涡激振动的主要特征及影响参数;在海洋柔性立管涡激振动的研究进展方面,详细阐述了涡激振动数值分析方法以及试验分析方法;在海洋柔性立管涡激振动的热点研究问题方面,详细分析了水上浮体、动力设备与水下柔性立管的耦合、管内颗粒流与水下柔性立管的耦合、海洋柔性立管内外流的耦合作用以及涡激振动的抑制方法和优化方案这4大研究热点;最后,基于海洋柔性立管的涡激振动研究的发展趋势,指出立管外部风浪联合作用、上部浮体运动作用、内外流共同作用以及多立管耦合作用是未来的研究方向.

关键词： 爆炸力学   TNT炸药   冲击波超压   爆炸试验   数值模拟  

摘要： 为研究TNT装药地面爆炸空气冲击波作用下土壤毁伤特性的冲击波分布规律,开展了10 kg和20 kg TNT地面静爆试验,获得了炸药装药爆炸后的空气冲击波超压分布特性。建立了地面爆炸冲击波压力场仿真模型,结合试验结果验证了模型可靠性。研究结果表明,装药爆炸后土壤地面形成锥台形深坑,当炸药装药从10 kg增大至20 kg时,爆坑直径从1.5 m增大至1.9 m;5 m处空气冲击波压力从0.186 MPa增大至0.3667 MPa,壁面反射压力从0.604 MPa增大至1.485 MPa。炸药装药形状对近场压力分布影响较大,地面反射作用显著增强近地压力场数值,近区压力呈现凸字型,在距离爆炸中心5 m处逐渐退化为椭球形。冲击波壁面反射压力随高度降低,呈现二次函数衰减规律。

关键词： 玄武岩纤维混凝土板   现场试验   接触爆炸   毁伤特性   数值模拟  

摘要： 玄武岩纤维因具有优异的物理力学性能,掺入混凝土中可以增加材料的抗拉和抗弯强度。通过开展不同长度和体积掺量的玄武岩纤维混凝土板接触爆炸试验,探究了纤维长度和体积掺量对混凝土板抗爆性能和毁伤模式的影响。在此基础上,采用LS-DYNA有限元软件建立了玄武岩纤维混凝土板接触爆炸全耦合模型,并通过与现场试验结果的对比,验证了所建数值模型的有效性。通过仿真分析,进一步研究了接触爆炸下玄武岩纤维混凝土板的动态毁伤过程,概化了纤维长度、纤维体积掺量、炸药质量对混凝土板毁伤模式的影响规律。结果表明:纤维长度的增加能更好地发挥桥接作用来提高混凝土板的抗裂能力;纤维体积掺量的增大能有效减小混凝土板的毁伤;纤维长度40 mm、体积掺量0.5%是提升混凝土板抗爆性能的最优组合之一。

关键词： 地下水污染   数值模拟   微生物代谢模型   生物地球化学过程   数据-模型整合  

摘要： 地下水污染是全球性的环境问题,严重威胁人类健康和生态环境。作为地下水生态系统的重要组成部分,微生物通过其代谢反应参与多种生物地球化学过程,控制着污染物的转化与迁移。数值模拟是定量描述和预测地下水污染物迁移转化行为的重要手段,而理解和掌握微生物代谢过程的建模方法将有助于进一步提升对地下水中污染物运移行为的模拟和预测精度。鉴于此,文章按照发展时间与应用尺度,系统总结了微生物代谢活动模拟方法的发展进程,重点探讨了新一代基因测序技术的进步对数值模拟研究的推动作用;同时,详细介绍了如何构建微生物代谢模型,以定量描述其参与的生物地球化学过程,并汇总了常用的微生物信息数据库和模拟软件;最后指出,当前微生物代谢模型的应用仍面临诸多挑战,包括模型验证困难、参数适用性不足、数据获取难度大以及计算需求高等问题。未来研究需进一步深入探索微生物代谢机制,优化建模方法,完善适用于不同需求的参数和经验方程,以提升模型的准确性和适用性;同时,还需着力解决模型构建中微生物相关数据的处理、计算精度与效率的问题。

关键词： 建筑工程   托换顶升   数值模拟   承载特性   力学响应  

摘要： 为了分析托换顶升过程中建筑物构件的力学特性,文章利用数值模拟方法,系统分析了施工洞对基础底部的安全性以及既有建筑构件的力学响应。研究结果表明,基础应力分布在开洞前后的变化较为明显,开洞边缘最大应力为0.45 MPa。双夹梁叠合构件的荷载-挠度曲线表现为近似线性增长,极限荷载为2880 kN,对应的挠度为0.56 mm,曲线斜率为5142.8 kN/mm。荷载与支承处连线范围内的最大主应力值为9.3 MPa,高于叠合构件混凝土的极限抗压强度。随着荷载的增加,混凝土的裂缝数量逐渐增加;如果构件中未设置型钢,裂缝仅沿叠合面发展,而在荷载与支承处连线范围内和型钢处则不会产生裂缝。因此,型钢能有效限制裂缝发展,增强叠合构件的抗裂性能。

关键词： 碎片迁移   流场分析   CFD-DEM   堆积特性   数值模拟  

摘要： 当核电厂发生冷却剂丧失事故(LOCA)时,破口介质的喷射过程会导致大量碎片迅速进入安全壳内部,这不仅显著增大滤网处的压降,还可能阻碍安全系统中冷却水的正常循环过程,进而影响事故后反应堆的安全运行。本文基于典型碎片迁移试验台架,结合计算流体力学(CFD)与离散单元法(DEM)建立了碎片迁移分析模型,并在验证数值模型准确性的基础上,重点研究了流速变化及碎片堆积对迁移过程的影响,分析了不同流速下碎片的迁移行为及堆积特性。结果表明,入口流速及碎片堆积形态对碎片的迁移行为和迁移份额具有显著影响,低流速下,碎片因回流效应和结构件阻隔,在流道前端堆积形成静止区;而高流速下,碎片迁移距离增大,堆积发生在结构件前的低速回流区,流道边缘的回流效应使碎片向边缘迁移。碎片堆积对流道流场与压力场的影响较为局部,主要表现为碎片堆处流速减缓和迎流面局部正压区引起的压降增大。研究成果为核电厂内部碎片迁移过程的优化设计与安全评估提供了理论依据与技术支持。

关键词： 聚合物   电树枝   反幂定律   绝缘   数值模拟  

摘要： 聚合物材料因其优异的介电性能被广泛应用于电气绝缘设备中。但长期带电运行会使得其内部缺陷处产生的电树枝快速发展,造成材料的绝缘击穿。数值模拟方法能为研究固体绝缘材料内部电击穿过程提供参考,然而现有的模拟方法依旧存在模型参数难以获得和校准的问题,其结果很难得到实际应用。考虑到电树枝损伤累积增长的唯象规律符合反幂定律,该文基于反幂定律建立局部电损伤方程,进一步结合有限元计算建立电树枝模拟方法,研究反幂定律模型参数(电压耐受指数n、累积损伤阈值D_C及材料分散性)对模拟结果的影响规律,提出一种模型简单、参数可实验获取的电树枝模拟方法,并开展电树枝老化实验对模拟方法的有效性进行验证。结果表明,该方法能够基于实验获取的材料参数对电树枝进行模拟,对电树枝形态和生长规律的模拟效果良好。

关键词： 井下泥石流   诱发因素   危险性   灾害防治   数值模拟  

摘要： 井下泥石流灾害威胁井下生产人员及设备的安全,对生产造成严重影响。通过对井下泥石流形成过程进行分析,总结出“降雨/融雪造浆地表塌陷通道”的井下泥石流灾害链,分析得出物源、水源及通道是诱发井下泥石流的三大必要条件。为进一步分析水源条件对井下泥石流灾害危险性的影响,利用PFC3D建立能量模型,对不同含水率井下泥石流流动过程的力链、位移矢量、流动速度、冲击力进行分析。研究发现,随着井下泥石流含水率的增加,物源体位移矢量、流动速度、冲击力均增大;水源条件不仅是诱发井下泥石流的重要原因,而且是影响灾害危险程度的重要因素;控制冰碛物中的含水率能够避免井下泥石流的发生,减小灾害危险程度;针对性地提出应围绕防水治水开展泥石流灾害防治工作,同时辅以其他措施以共同防治井下泥石流灾害。

关键词： 堤坝渗漏   瞬变电磁法   多测道图   数值模拟   工程应用  

摘要： 渗漏是土质堤坝的高发病害,瞬变电磁法有望实现堤坝深部渗漏低阻区的高效探测。采用有限元方法正演模拟了瞬变电磁场在堤坝内部扩散过程,揭示了瞬变电磁测量曲线对渗漏低阻区域的响应规律,量化分析了有、无渗漏通道磁感应强度的变化,最后结合实际工程开展了现场试验。结果表明:瞬变电磁场在堤坝内部呈椭球形扩散,渗漏低阻区使特定采样时间窗口的磁场分布相对集中、磁感应强度大幅增大,在多测道图上呈现为局部上凸型且表现出明显的体积效应;响应过程中,磁感应强度呈对数型降低,采用相对偏差值可凸显堤坝内部渗漏低阻区的响应;经现场试验和钻孔取芯比对,瞬变电磁法能够有效探测渗漏低阻区,相对偏差值多测道图和视电阻率图谱能够直观展示堤坝内部低阻分布区域。

关键词： OpenFOAM   安全壳   水膜   冷却  

摘要： 基于开源计算流体力学软件OpenFOAM,本文开发了一套第三代核电厂非能动安全壳水膜冷却性能分析的专用求解器,并针对水膜蒸发量将数值模拟结果与试验数据进行了对比,计算误差在±10%以内,验证了该求解器适用于非能动安全壳水膜冷却性能分析的工程计算,可以应对热工水力条件复杂的应用场合。同时基于该求解器,分别模拟了水膜质量流量、环腔空气流速和安全壳外壁面温度对水膜冷却性能的影响。结果表明:水膜蒸发量模拟误差小于±10%;当水膜质量流量和环腔空气流速变化不超过±25%、安全壳外壁面温度变化不超过±10℃时,对水膜蒸发量的影响是很小的。