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关键词： 抽水蓄能电站   引水闸门井   有限元   开挖支护  

摘要： 随着水利施工技术的发展,深竖井作为一种常见的地下结构,被广泛应用于调压、引水、通风等水利水电工程中。受恶劣地形和复杂地质的影响,在大直径且埋深大的竖井施工中,围岩的稳定性对于施工安全至关重要,需要对复杂地质深竖井施工过程的围岩和支护所产生的受力变形进行研究分析,以更好地确保围岩和支护的稳定性。本文以以色列克卡夫–哈亚邓抽水蓄能电站引水闸门井开挖支护结构工程为背景,采用现场监测和数值模拟结合的方法,对开挖支护引水闸门井时的支护参数以及施工开挖方案进行了数值模拟研究。通过设计正交试验,对不同灌注桩长度,灌注桩直径以及开外进尺三种因素进行参数敏感性分析,分析了10组不同支护方案下竖井开挖后围岩压力分布情况及其相应稳定性,发现在选取开挖支护方案为灌注桩直径1 m,开挖进尺2 m,灌注桩埋入深度35 m时,引水闸门井周边围岩及其支护结构的主应力值以及位移最小,说明该开挖施工方案最为合理,显著提高复杂地层下深竖井开挖的施工进度及安全,可为类似工程提供借鉴。

关键词： 河谷应力   地形应力系数   应力表达方法   数值模拟   拟合求解  

摘要： 河谷区域地应力分布规律是开展边坡稳定性研究的基础,亦是控制边坡破坏形态与模式的关键因素。为研究河谷区域地应力分布特征和表达方法,收集了15个已有河谷边坡应力钻孔实测数据,分析河谷应力场的分布与分区特征,进而结合河谷区域的地质演化过程,提出河谷应力的表达方法;并在此基础上通过定义地形应力系数、坡高谷宽比、埋深坡高比共3个无量纲量,提出基于地形应力系数的河谷应力三点表述方法;进而采用数值模拟手段,开展25组河谷应力的影响因素研究,给出基于地形应力系数的河谷应力表达式拟合求解方法;最后开展工程案例对比验证。研究结果表明:(1)基于地形应力系数的河谷应力表达方法能有效识别应力的分布规律、分区特征和快速估算应力量值,当坡高谷宽比为4、坡角为80°时,最大地形应力系数约为0.91、埋深坡高比约为0.59、对应的应力量值约为1.91倍的自重应力;(2)当坡高谷宽比相同时,地形应力系数与坡角存在三角函数关系,即在应力降低区和增高区上升段的斜率与坡角余切值呈线性关系、应力增高区的地形应力系数最大值与坡角正弦值呈线性关系、地形应力系数最大值对应的埋深坡高比与坡角余弦值呈线性关系、应力增高区下降段的地形应力系数与埋深坡高比呈指数关系。

关键词： 声学   风冷系统   轴流风机   结构优化   气动噪声   正交实验  

摘要： 针对立式冷藏展示柜风冷系统的气动噪声问题,利用Lighthill声类比理论、FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)声波波动方程和有限元软件Fluent对其风道进行数值模拟,结合数值模拟结果分析轴流风机的流场特性、气动噪声特性。数值模拟结果表明,风扇两侧的压力差导致少量气体沿叶顶间隙回流至进风口,将风扇压力面叶尖处的涡流噪声由进风口带出,增加风冷系统的气动噪声,气动噪声声功率主要分布在风道板壁面入口处、轴流风机叶顶区域。通过正交实验确定9种风冷系统的设计方案,研究各参数变化对风冷系统气动噪声、进风口质量流率的影响。对进风口直径、导风圈高度、叶顶间隙进行优化设计,并在半消声室中进行噪声测试。实验结果表明,优化后立式冷藏展示柜上4个监测点噪声明显降低,其中,后测点的总声压级降低5.79 dB(A),研究结果可为立式冷藏展示柜风冷系统降噪提供一定参考。

关键词： 插铣   钛合金   温度场   数值模拟   热源法  

摘要： 针对钛合金这类难加工材料插铣过程中切削区温度急剧增加的问题,为了预测切削区温度分布,本文采用热源法,建立插铣过程的数学模型,设定该模型为半无限大移动的带状热源,引入镜像热源作用,通过分析热源对工件上某点的作用,推导出该点的温度表达式,进而利用软件模拟出工件的温度分布图,最后将模拟数据和实验数据进行对比,误差在允许范围内,证明该模型的准确性和可靠性.

关键词： 矩形截面螺旋管   数值模拟   环状流   液膜厚度  

摘要： 研究矩形截面螺旋管内的气液两相流对减少单螺杆膨胀机内部的间隙泄漏以及提高膨胀机的工作效率具有指导意义,本文利用数值模拟对矩形截面螺旋管内部的气液环状流流动特性及液膜分布机理进行研究。首先,分析了气液相流量对两相压降和速度分布特性的影响,并将两相压降模拟结果与实验数据进行对比,结果表明数值模拟与实验结果具有较好的一致性。然后,研究了不同周角位置处局部含气率分布的变化规律,分析了两相流量和轴向位置对相分布特性的影响。最后,数值研究了液膜厚度的变化规律,并将膜厚模拟数据与实验膜厚波动数据进行对比,结果显示膜厚模拟结果在实验膜厚波动的误差范围内。基于上述结论采用无量纲法提出了液膜厚度预测关联式,预测精度在±30%以内。

关键词： 破碎矿岩体   锚固作用   裂纹扩展   卸荷作用   数值模拟  

摘要： 为分析锚杆对破碎矿体的锚固效应,使用PFC颗粒流软件破碎矿体加锚模型,通过加强接触与黏结来构建锚杆颗粒,通过在模型中生成随机DFN来模拟破碎矿体,对完整矿体加锚模型与破碎矿体加锚模型进行卸荷模拟试验。结果表明,锚杆颗粒锚固范围大致呈椭圆形,破碎矿体加锚模型的锚固范围小于完整矿体。破碎矿体加锚模型卸荷强度较之完整矿体加锚模型有一定程度的降低,前者卸荷试验后整体呈剪切破坏形态,体积扩容现象较之后者更为明显。破碎矿体卸荷试验中,试样的损伤是全周期的,在卸荷开始时便有大量微裂纹在DFN处生成,而不像完整矿体加锚模型在稳定阶段与微裂纹快速增长阶段具有明显的分界线。因此在工程实践中,为避免破碎矿体受开挖卸荷扰动影响,应及时采取支护措施。

关键词： 液压同步提升技术   钢连廊   数值模拟  

摘要： 某水文化建筑为框架-剪力墙结构,其第十三层设置大跨度钢桁架空中连廊连接两侧塔楼。工程采用超大型液压同步提升技术对钢连廊进行整体提升,由散拼高程提升至安装就位高程。在此提升过程中,钢连廊的荷载逐渐由支撑胎架转移至提升吊索,连廊内部也发生着复杂的内力重分布变化。因此有必要对钢连廊进行提升全过程数值模拟,以分析钢连廊各构件及支撑胎架的内力、结构变形趋势,并判定提升过程中的最不利工况、需要控制的位移指标,为水利行业中类似技术的应用提供参考。从分析结果可知:整体提升各工况下各构件的应力比满足设计要求,但脱架阶段部分胎架内力存在增大的趋势,且在施工过程中应注意保证各吊点的提升同步性,减少桁架起提工况下的各吊点的位移差。

关键词： 骨料矿山   粉矿率   空气间隔装药   数值模拟  

摘要： 露天灰岩骨料矿山爆破后粉矿率居高不下,易导致矿石资源利用率偏低、粉尘污染等问题,严重损害了企业经济利益和矿山周围环境。为控制矿山粉矿率,通过深入研究岩粉产生机理发现,顶部空气间隔可以降低冲击压力峰值,增加应力波作用时间,增大应力波传给岩石的冲量等效果。同时基于现有炮孔装药结构,采用LS-DYNA数值仿真软件对比分析了空气间隔装药和耦合装药两种工况下顶部矿体损伤效果。研究结果表明:顶部空气间隔装药结构可有效降低顶部矿体损伤,同时不会产生明显大块,在控制粉矿率的同时,保证了岩体破碎效果。经过现场爆破试验及筛分后发现,顶部空气间隔装药结构粉矿率降低了1%。

关键词： 抽水蓄能电站   侧式进出水口   同发同抽   数值模拟   水力特性  

摘要： 为研究抽水蓄能电站同发同抽不等流量运行时的水力特性,本文基于某抽水蓄能电站下库侧式进/出水口的设计参数,采用有限体积法,对不同抽发流量比进行了三维水动力的数值模拟,比较分析了引水渠流态、孔道流速分布、孔道流量分配以及水头损失系数等水力特性.研究结果表明,不同流量比下引水渠内发电出流侧均会产生旋涡,但渠内主流位置、旋涡和绕流范围不同;流量比对出流(发电)单元孔道流态影响不大,对进流(抽水)单元孔道流态产生了一定影响;出流(发电)单元的流量分配比标准差随流量比增加略微下降,入流(抽水单元)的流量分配比与抽发流量比无关;当抽水蓄能电站进行同发同抽不等流量运行时,综合考虑引水渠流态与孔道流态,建议选择抽发流量比为2.0及以上运行.

关键词： 水平井   柔性钻具   轨迹偏移   超短半径   显式动力学   数值模拟  

摘要： 在柔性钻具超短半径径向水平井钻进过程中,井眼轨迹的垂直偏移影响靶点钻遇率。为了揭示柔性钻具水平钻进动力学特性,减少轨迹垂直偏移,基于ABAQUS显式动力学建立了柔性钻具水平段的钻进模型并展开计算。研究重点包括柔性钻具管柱运动、钻头姿态、岩石破碎特性、轨迹偏移特性、地层适应性以及轨迹和井径扩大量对钻压的敏感性。研究结果表明:柔性钻具钻进过程呈螺旋形运动姿态,在绕井眼轴线旋转的同时也绕自身轴线旋转;钻头以近似圆锥形扫描姿态破岩,破碎岩石过程具有不对称性。通过现场试验验证了模型准确性,柔性钻具轨迹偏移主要产生在重力方向上,解释了现场试验中垂直轨迹偏移的原因;软、中和硬岩石对应轨迹偏移率分别为4.44%、3.71%和3.52%,在软岩中轨迹偏移率更显著,大钻压条件下轨迹偏移率更高;钻压增大会减小钻头侧向切削及井径扩大量,优选适用于水平钻进的钻压为(30±5)kN。所得结果可为柔性钻具的运动研究提供一种可行方案。