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关键词： 流体力学   数值模拟   波浪   风参数   气液二相流  

摘要： 为研究近岸处风参数的分布特性,基于CFD(computational fluid dynamics)技术,建立了二维几何模型,针对二维风作用在平静水面(初始状态)情况,采用SST k-ω湍流模型以及多相流模型对其风参数的分布特性进行数值模拟,开展了发展距离、水深、来流风速以及水底地形的坡度变化对风参数分布特征的变化特性分析。结果表明:当发展距离在60 m以内时,风速在距离水面较近处大于入口风速,呈现加速现象;当超过60 m后,风速随着位置高度的增加而增加,达到一定高度后,速度大小保持不变;坡度变化对风参数的分布特征无影响;水深对风参数特征有着很强的相关性,水深的增加会导致梯度风高度呈现非线性增加,同时对风速有着较大的影响;入口风速大小对梯度风高度以及风结构形式无影响,但会影响距离入口较近处的加速效果。

关键词： 割胶装置   外部激励   受迫振动   冲击载荷   非线性  

摘要： 偏摆式橡胶树割胶装置在作业时,受到外部激励的影响而产生受迫振动,导致割胶作业质量降低与机械系统的结构损伤。针对这一问题,通过施加切割阻力及改变转动速度的方法,模拟割胶装置在外部激励作用下的受迫振动情况,并进行传动结构的运动计算,证明切割阻力、转动速度与切割装置的受迫振动关系;结合ANSYS Workbench与ADAMS进行受迫振动的对比分析,探究切割装置的运动特性;根据仿真试验结果,以添加阻尼作为隔振方式,探究降低冲击载荷对传动结构影响的可行性。试验表明,传动结构工作频率只有一阶模态固有频率的2.7%,故结构不会因自激振动而发生损坏;在外部激励作用下,偏心轴的质心振动主要为径向振动,冲击载荷随着切割阻力、转动速度增大而呈现非线性响应。通过采取隔振的方式,传动结构在无负载与有负载两种情况下,仿真试验的振动加速度幅值分别下降30.01%、32.64%,实物试验的振动加速度幅值分别下降31.14%、28.38%。两种试验方式的差值较小,降幅明显且传动结构运动性能趋于平稳。

关键词： 低透气性   坚硬煤层   数值模拟   联合增透技术   冲孔效果  

摘要： 基于焦作某矿煤层呈现高瓦斯含量、低渗透性、硬度高及复合煤层等特点,且矿区不具备开采保护层条件的情况,为提高冲孔效果及瓦斯抽采效果,提出“松动爆破-机械造穴-水力冲孔”联合增透技术;运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对不同的钻孔间距下的裂隙扩展状态进行模拟;对装药密度、装药结构与装药量等爆破参数进行了现场考察;利用PFC2D数值模拟软件对不同造穴钻孔直径下的裂隙发育范围进行模拟;对刀具开闭程度与水压的关系进行了调试。结果表明:在辅助孔的导向作用下,在2孔之间生成贯通裂隙面,且模拟出爆破孔与辅助孔最佳间距为4 m;最佳的装药结构为使用联合增透技术后“改造药仓3卷并排装药”,合理的装药密度为1.02 kg/m;通过PFC2D进行模拟确定合理的扩孔直径为500 mm;现场进行水压与刀臂张开度测试,显示当水压达到6 MPa时,造穴刀臂能完全打开;现场工业性试验实施后,与矿井常规的水力冲孔措施相对比,冲孔速度提高1.21倍;冲孔效率提高1.23倍,钻孔冲煤量提高1.09倍;抽采浓度初始值、60 d值、120 d值分别增加20%、14%、16%。数值模拟与现场工业性试验结果均证明:提出的联合增透技术在低透气性硬煤中能够提高冲孔效果及抽采浓度,为其他低透气性坚硬煤层的瓦斯治理提供了参考。

关键词： 三维地质建模   起伏地表   数值模拟   数值频散   黏声波正演  

摘要： 塔里木盆地西南山前带地区的地表、地下构造模式复杂,构造岩性多变,属典型的“地表地下双复杂”区域,地震波场复杂,处理与成像难度大,精度低。为厘清该地区的地震波场传播规律,为后续资料处理提供理论基础,以实际地震资料、测井数据以及近地表露头数据为基础,建立了代表该地区地质特征的双复杂速度模型,并进行地震波场模拟分析。首先,利用近地表层析数据与高程建立了近地表速度模型;其次,以地震解释数据为基础,对复杂构造模型进行模式化调整;最后,将近地表速度模型与构造模型进行融合完成速度结构建模。为更好地建立符合目标工区实际Q值分布,总结了一套基于稀疏井数据的Q模型建立方法。通过对上述方法建立的速度模型与Q模型进行地震波场正演模拟,分析了地表高程起伏、近地表速度分布等因素对地下地震波场的影响。上述研究可为研究区的地震采集观测系统参数优化、提高地震成像质量建立理论基础。

关键词： 闽南地区   半岛聚落   风环境   数值模拟   肖厝村  

摘要： 福建泉州作为“海上丝绸之路起点”受到了建筑学界的广泛关注,其滨海聚落在地理区位、空间形态、建筑类型上与一般传统村落存在相似之处而又具有独特的气候适应特征。文章以闽南地区半岛聚落常年大风的背景,选择肖厝港半岛型聚落肖厝村为研究对象,基于CFD数值模拟对比分析的研究方法,结合调研数据资料分析归纳了肖厝村在聚落形态、建筑形制等方面适应夏季风环境的一般性规律与经验措施,以期为闽南地区半岛聚落保护和发展提供依据。

关键词： 裂隙岩体   屈服准则   理论计算   数值模拟   塑性区范围   参数优化  

摘要： 裂隙岩体在地下矿山中普遍的存在,裂隙的存在对采准巷道的塑性区分布产生显著影响。白音哈尔矿区采准巷道位于围岩裂隙发育的位置,开挖后拱形巷道周边围岩变形严重,研究不同准则计算拱形巷道周围塑性区范围,通过模拟进一步优化巷道的支护方案。利用钻孔窥视仪对巷道顶板进行钻孔测量,观察裂隙在围岩中的分布状况和周围岩体的变形特征。在“当量半径”基础上通过Morh-Coulomb屈服准则和Drucker-Prager屈服准则对拱形巷道塑性区范围进行了理论计算,并利用UDEC软件模拟钻孔测得结果,监测“三区”的位移、应力与塑性区情况。经对比分析探讨了裂隙岩体塑性区半径的影响因素,根据塑性区的影响因素对采准巷道原始支护方案进行优化。锚杆+锚索+金属网+混凝土的方式在控制裂隙围岩变形的同时减小了塑性区的破坏,防止了塑性区扩展,维护了裂隙巷道的稳定。对比分析下D-P准则更加接近实际的塑性区范围,数值模拟可以对裂隙岩体采准巷道进行支护参数优化。

关键词： 能源盾构隧道   地下水渗流   换热性能   相似试验   数值模拟  

摘要： 能源盾构隧道是开发利用浅层地热能的重要地下结构,但关于地下水渗流对其换热性能影响的研究尚不充分。为此,采用模型试验和数值模拟相结合的方法,系统研究地下水渗流流速和流向对能源盾构隧道换热性能的影响。首先,构建相似试验模型,开展夏季5种工况的模型试验,明确地下水渗流对换热管及隧道围岩温度场分布的影响,并利用试验结果验证数值模拟的准确性;然后,基于不同流速、流向及季节变化条件,进一步开展20种工况下的数值模拟研究。研究结果表明,随着地下水渗流流速的增加,能源盾构隧道换热性能显著提升;渗流方向与隧道轴线间夹角的减小有助于提升换热性能;在夏季工况下,换热管进出口温差显著大于冬季工况。

关键词： 双曲拱桥   加固   改变结构受力体系   有限元   拱上建筑   装配式   数值模拟   施工监控  

摘要： 为解决双曲拱桥拱上建筑诸多病害问题,提升双曲拱桥承载及使用性能,在传统双曲拱桥加固施工技术应用的基础上,提出了一种改变结构受力体系加固双曲拱桥的技术,即通过将原双曲拱桥拱上建筑(立墙、腹拱、实腹段填料)拆除后,新建柱梁式拱上建筑(立柱、横梁、预制桥面板)。采用Midas有限元建立双曲拱桥整体模型,对双曲拱桥加固改造施工过程分别进行强度、刚度和稳定性分析,并对双曲拱桥改造施工过程进行变形及应力监测,以验证该技术的可行性。结果表明:1)双曲拱桥加固改造施工过程中的各项数值模拟数据均满足设计要求;2)变形及应力现场监测值均与数值模拟计算值相接近;3)桥梁加固改造完成后,主拱圈截面最大压应力和最大挠度均较改造前有所降低,而改造后的稳定安全系数较改造前则大幅度增加。通过采用框架式结构来降低双曲拱桥拱上建筑自重,以实现改变结构受力体系加固双曲拱桥,效果显著,该技术可供双曲拱桥加固改造施工与设计参考。

关键词： 卡尔曼涡街效应   计算流体力学   低雷诺数   临界雷诺数   涡量  

摘要： 以某煤矿基础设施为研究对象,利用计算流体力学方法分析低雷诺数情况下,卡尔曼涡街效应对不同形状柱体产生的影响。当流场网格数量为10万时,计算得出N=5(F)棱柱体斯托罗哈数与理论值误差为8.8%,数值模拟有效。研究表明,随流场入口雷诺数增大,靠近流场出口的涡量值、柱体的饱和振幅、旋涡脱落频率及升力系数均增大,不同形状柱体安全性均降低。当雷诺数Re=140时,轴长比2b∶2a=cos60°的椭圆柱体靠近流场出口的涡量值、饱和振幅、升力系数均最小,脱落周期最大,安全性最高,N=5(F)棱柱体与之相反;椭圆柱体临界雷诺数最大,由层流状态转换到湍流状态最慢,N=6(C)棱柱体临界雷诺数最小,由层流状态转换到湍流状态最快。在特定实际工程中,椭圆柱体可以减弱卡尔曼涡街效应,提高安全性。

关键词： 低矮隔震层   组合隔震   隔震体系   数值模拟   地震反应分析  

摘要： 提出一种适用于低矮隔震层的外置非承压复位橡胶滑移隔震体系,基于橡胶剪切理论及滑动摩擦理论建立各隔震元件的力学模型,提出该体系中主要隔震构件尺寸设计方法和各元件力学参数定义方法,运用有限元软件ETABS对体系进行数值模拟分析。分析数值模拟结果得出隔震前后周期、层间剪力、隔震层位移和水平向减震系数等指标,并进行罕遇地震下最大拉应力和隔震层最大位移校核。结果表明,该体系将复位橡胶元件与滑动摩擦元件分开布置,耐久性能较好,复位橡胶不承受竖向压力,仅提供水平刚度且更换时无需顶升建筑,具有良好的抗震性能。