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关键词： 复合材料   3D打印   夹芯结构   吸能比  

摘要： 设计了一种新型类负泊松比夹芯结构,该结构的设计灵感来源于凹型蜂窝。采用3D打印碳纤维—聚乳酸复合材料制得试验件,通过三点弯曲试验研究了其吸能效果和抗弯性能,并利用有限元仿真软件进行仿真分析。结果表明,此结构峰值承载可达209.63 N,仿真结果与试验结果接近。弯曲过程总吸能为8384.62 mJ,弯曲过程吸能比大约为289.12 mJ/g。与凹入式双箭头蜂窝结构相比,吸能比提升约65.01%;与传统凹型蜂窝结构相比,吸能比提升约两倍。此结构在抗弯性能足够的条件下达到了较好的吸能效果,可应用于航空领域。

关键词： 暗挖隧道   下穿施工   数值模拟   地表沉降   全断面注浆加固  

摘要： 为深入探究隧道开挖对上方既有道路沉降的影响,依托青岛轨道交通4号线江苏路站—泰山路站区间工程,采用数值模拟的方法,分析了暗挖隧道同步开挖和先行开挖对地表沉降的影响,研究了软弱地层和全断面注浆加固下地表沉降发展规律。研究结果表明:隧道开挖次序对地表最终沉降的影响并不显著,施工顺序导致的地表沉降值相差0.68%~3.22%;软弱地层条件下地表不均匀沉降对既有公路正常运营影响最大,其次为普通地层,最后为全断面注浆地层;全断面注浆加固措施对控制路面沉降具有显著效果。为保证隧道内部以及地表路面的沉降量符合相关要求,实际施工时应及时注浆加固。

关键词： 地下厂房   岩壁吊车梁   岩台结合面   受拉锚杆   数值模拟  

摘要： 玛尔挡水电站桥机轮压较大,岩壁吊车梁锚固受拉锚杆的应力量值直接影响锚杆布置和材质的选择。通过建立岩壁吊车梁与围岩相互作用非线有限元数值模型,采用具有张拉和滑移功能的节理单元模拟岩台与岩壁吊车梁结合面,用具有滑移力学特性锚杆单元模拟岩壁吊车梁锚固受拉锚杆。结果表明:岩台直立面的粘结力对岩壁吊车梁锚固受锚杆轴向应力影响非常明显,较大值基本位于离孔口3.0 m范围,随后快速衰减;斜向岩台面法向压应力基本呈三角形分布。岩壁吊车梁锚固受拉锚杆能够满足稳定要求;计算分析结果可为类似工程设计提供借鉴作用。

关键词： 褶曲构造区   采动应力演化   顶板爆破卸压   数值模拟  

摘要： 针对褶曲构造区围岩采动应力分布不均造成的应力集中区易诱发强矿压灾害,以张双楼煤矿74104工作面为背景,基于数值模拟和现场监测对褶曲构造区围岩采动应力演化规律和分布特征进行了研究。研究表明:褶曲构造区围岩特征点(脊点、槽点、拐点和转折端)附近区域应力集中程度高于其他区域。工作面回采过程中,特征点应力集中程度最严重位置一开始位于拐点处,其次是脊点、槽点和转折端;随工作面推进,脊点及其附近转折端处应力集中程度逐渐增大最终成为集中程度最大区域,集中系数达2.08,其次是拐点和槽点及其附近转折端处。对于曲率越大的褶曲构造区,工作面回采后,其应力分布越不均匀,褶曲轴部和两翼拐点处的应力集中程度高;反之,曲率越小,回采后其应力分布较为均匀。针对74104工作面褶曲构造区围岩特征点(脊点、拐点)高应力集中区,提出了顶板预裂爆破卸压技术,并采用数值模拟和微震监测对卸压效果进行评价。结果表明:褶曲构造区顶板预裂爆破后,特征点(脊点和拐点)区域应力集中程度分别降低了37.5%和39%,最大微震能量降低了66.7%。降低了该区域强矿压灾害风险,保障了工作面安全开采。

关键词： 高陡岩质边坡   稳定性分析   露天采矿   FLAC3D数值模拟   安全系数   赤平极射投影  

摘要： 某石灰岩山坡露天矿向下采剥深度深,终了开采形成的采场岩质边坡高度达195 m,最终边坡角为49°,属于典型的高陡边坡,该高陡边坡的稳定性直接关系到矿山的正常运营,因此,为了研究该露天矿高陡边坡稳定性的三维力学响应,通过现场工程地质调查,深入分析了工勘地质报告,进行了赤平极射投影和岩体质量定性评价分析;继而建立露天矿三维边坡数值计算模型,结合力学试验测试结果,运用FLAC^(3D)数值分析软件进行数值模拟计算,再现了边坡力学响应变形演化过程。边坡开挖卸荷影响诱发的三维力学响应模拟计算结果表明:该露天矿终了境界边坡处于稳定状态,安全系数满足规范安全等级的要求;坡脚区域产生了一定程度的应力集中,所承受的最大压应力为1.5~2.0 MPa之间;边坡出现拉应力值很小,未超过灰岩岩体的抗拉强度值,不会发生拉伸破坏;终了边坡内未出现从坡脚贯穿至坡顶的塑性破坏滑动面,边坡最大下沉位移值为4 cm,位于边坡顶部中部区域,数值非常小,对边坡的稳定性基本无影响。通过以上研究论证,说明该采场边坡结构参数具有一定的合理性和安全性,边坡整体安全稳定有保障,为该露天矿的后续安全开采提供指导依据。

关键词： 深海采矿   数值模拟   水力式集矿头   辅助喷嘴   采集率  

摘要： 海底矿产资源的高效采集是深海采矿的关键技术之一,水力式集矿方式由于其绿色高效的特点,已成为主流的采集方式。为研究不同水力式采集方案的集矿能力,本文通过调整主喷嘴的位置及辅助喷嘴的位置和排数共设计了5种不同的集矿方案,通过对这5种集矿方案进行数值仿真,并分析其流场特征和结核的运动轨迹,再结合各方案的采集率,得到了最佳的集矿方案。结果表明:设置后置辅助喷嘴的方案4集矿效果最佳,采集率为62.47%。在方案4中,后置辅助喷嘴使得集矿头的流场分布更加合理,在起到抬升作用的同时,也有效地减少了结核间及结核和壁面之间的碰撞概率,降低了能量的损失,提高了采集效率。本文在一定程度上对多金属结核水力式集矿头的优化设计提供了参考依据,尤其是在辅助喷嘴的设置方面,合理设置辅助喷嘴可以有效地提高集矿头的采集效率。

关键词： 微通道热沉   强化传热   场协同原理   耗散理论   表面传热系数  

摘要： 采用CFD技术数值模拟了波浪形双层微通道热沉的流动传热过程,并分析了雷诺数和上层截断长度比对流动和传热性能的影响。基于场协同原理与耗散理论,对比分析了四种双层微通道热沉的流动传热特性,并揭示了其强化传热的内部机理。计算结果表明,在层流状态下,随着雷诺数增加,微通道热沉的平均温度逐渐降低,努塞尔数、表面传热系数和综合强化换热因子逐渐升高,耗散值逐渐减少;在相同雷诺数下,波浪形底面上层通道长度比为0.2的双层微通道传热协同角最小,其中,底面为波浪形上层通道长度比为0.2的波浪形双层微通道热沉,在传热和流动特性上表现最优。

关键词： 间距   数值模拟   ALE算法   SPH-FEM耦合算法  

摘要： 文章探讨不同基复板间距对TA2/Q345R爆炸焊接影响以及ALE算法和SPH-FEM耦合算法对TA2/Q345R爆炸焊接模拟的适用性。使用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,通过ALE算法和SPH-FEM耦合算法对基复板间距6mm和12mm下的爆炸焊接过程进行了三维数值模拟。基于相关材料参数计算了爆炸焊接窗口,并分析了模拟过程中的位移、碰撞速度、碰撞压力、碰撞角动态参数。数据显示,两种算法下各组的碰撞速度和碰撞角均位于焊接窗口内,且两种算法输出的动态参数差异较小;随着间距的增大,碰撞速度、碰撞压力均随之增大;模拟数据与试验结果吻合较好。结果表明,适当的增加间距,有利于增大碰撞速度和碰撞压力,提升复合板质量。ALE算法和SPH-FEM耦合算法均适用于TA2/Q345R爆炸焊接模拟。

关键词： 基性火山岩   核磁共振   横向弛豫时间   内部磁场梯度   顺磁性矿物   数值模拟   孔隙结构   二叠系   四川盆地  

摘要： 以四川盆地西南部二叠系峨眉山玄武岩组基性火山岩为例,基于基性火山岩的岩石学特征及核磁共振弛豫机理,通过内部磁场梯度数值模拟方法及变回波间隔核磁共振实验,分别探讨了内部磁场梯度、顺磁性矿物含量对T_(2)谱的影响,提出了一种表征基性火山岩孔隙结构的新方法。研究结果表明:①四川盆地西南部二叠系峨眉山火山岩储层岩性主要为玄武质火山碎屑熔岩、灰质角砾熔岩和玄武岩,灰质角砾熔岩和玄武质火山碎屑熔岩的矿物成分均主要为方解石、石英、斜长石及黏土矿物,黏土矿物的平均质量分数分别为27%和32%,其中绿泥石在黏土矿物中的占比分别为84%和33%。②基性火山岩中顺磁性矿物(绿泥石+含铁矿物)含量较高,在核磁共振测量时会产生较强的内部磁场梯度,在高内部磁场梯度下,随着回波间隔的增大,T_(2)谱主峰向短弛豫位置移动,谱面积不断减小,核磁孔隙度偏小;内部磁场梯度值越大,孔隙的几何形态越扭曲,孔径越小;内部磁场梯度对灰质角砾熔岩影响最大,其次为玄武质火山碎屑熔岩,对辉绿玢岩的影响最小。③通过数据拟合建立基于核磁孔隙度相对误差与顺磁性矿物含量的孔隙度校正公式;利用纵向弛豫时间T_(1)几乎不受内部磁场梯度影响的特点,将T_(1)转化为孔径分布;建立T_(1)与T_(2)谱几何平均值的关系,对T_(2)谱的峰值移动幅度进行校正,再进行孔径分布转换,即可实现T_(2)谱核磁孔隙结构评价。④通过该方法计算的研究区核磁孔隙度与测井孔隙度的相对误差为15%,平均孔喉半径与CT数字岩心实验得出的平均孔喉半径的误差为6%,研究区火山岩孔隙分布非均质性强,以中小孔喉为主。

关键词： 蛇纹岩泥火山   形成动力学模型   泥源埋藏深度   间歇性   马里亚纳海沟  

摘要： 马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山是认识板块俯冲作用的直接窗口,为了解该类型泥火山形成的动力学过程,针对Fantangisña蛇纹岩泥火山,建立了形成动力学数值模型。模拟结果表明,蛇纹岩泥火山的泥浆源深度约8.4 km,蛇纹石化地幔厚度约为4 km,泥浆源区超压约为1.91×10^(7)Pa,泥火山流体运移通道半径约为1.12 m,平均流速约为66.00×10^(4)m^(3)/a,泥火山累计喷发活动的时间约21万年,占整个Fantangisña蛇纹岩泥火山存在时间的2.0%。本文计算结果为探究马里亚纳弧前深部上地幔蛇纹石化特征提供了基础数据,丰富了马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山形成的动力学。