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关键词： 多煤层开采   卸压防冲   遗留煤柱   围岩应力   应力集中区  

摘要： 现有多煤层开采卸压防冲研究多基于简化数值模型分析多煤层采动应力分布,难以真实反映复杂地质条件与煤层间物理力学相互作用,且对采空区与遗留煤柱叠加影响机制缺乏系统性表征。针对上述问题,以宽沟煤矿4组煤层开采为工程背景,通过数值模拟研究了多煤层采空区、遗留煤柱等复杂空间结构体对下伏煤层开采的影响,结果表明:单组煤层开采时,遗留煤柱下方有明显的应力集中,采空区下方卸压效果显著;多组煤层开采叠加影响下,多个煤层采空区边界重叠处应力集中程度进一步增大,而遗留煤柱的上下方若存在采空区,则其应力集中将显著降低,造成该遗留煤柱投影下方煤层的应力降低从而出现卸压;采空区的保护卸压和煤柱的应力集中效应随煤层间距的增加而降低。依据煤层应力集中系数划定煤层保护卸压区及应力集中区,即当煤层应力集中系数为(0,1],(1,2],(2,3],(3,∞)时,分别对应卸压区或无影响区、弱影响区、中等影响区、强影响区;使用电震矢量监测仪对划定区域的电磁辐射及声发射能量进行测试,结果验证了保护卸压区及应力集中区划定的准确性。

关键词： 刀形截齿   数值模拟   煤岩截割:破岩比能耗  

摘要： 刀形截齿作为提高块煤率的主要刀具之一,其截割参数的不同都会影响到煤矿的出煤效率。首先分析了刀形截齿整体结构,然后利用单轴压缩试验对煤岩的微观参数进行标定,建立刀形截齿的离散元截割模型。通过对截齿截割过程的模拟,分析了刀形截齿受载及煤岩截割的过程,最后依据截线距、切削速度和截割深度建立了刀形截齿破岩比能耗的响应回归模型,并以此优化截线距、切削速度和截割深度,为刀形截齿设计及排布等方面提供了参考。

关键词： 引调水   隧洞   地下水渗流   污染   数值模拟  

摘要： 为分析引调水工程隧洞沿线养殖场废物排泄对供水水质存在的潜在影响。文中基于某灌区工程,利用COMSOL数值模拟软件针对引调水工程沿线养殖场废物排泄对供水水质影响进行了评价。结果表明:在地下水渗流作用下,工程沿线水平距离200m范围内养殖场废物排泄对供水水质存在污染风险;其中第5年开始出现影响,第10年污染达到最大。在工程建设期间,应对200m范围内养殖场污水池进行拆迁,同时加强隧洞防渗处理。

关键词： 裂隙水   大直径桩基   桩孔稳定性   数值模拟   施工技术  

摘要： 在人工挖孔桩施工中,裂隙水渗透作用下易诱发孔壁失稳问题,严重影响大直径桥梁桩基施工安全。针对裂隙水作用下的桩孔稳定性难题,以某大直径桥梁桩基工程为研究对象,采用数值模拟方法,分析了流固耦合作用对桩孔孔壁变形及塑性区分布的影响。研究结果表明,裂隙水的存在使开挖完成后最大位移是无水时的1.64倍,塑性区范围扩大了2.75倍。基于数值模拟结果,提出了裂隙水封堵、疏导及隔离等综合控制技术,有效降低了孔壁变形风险,确保了施工安全。研究成果可为类似工程提供理论依据和技术参考。

关键词： 铸锭   宏观偏析   数值模拟   枝晶运动  

摘要： 合金铸锭凝固过程中经常伴随着游离枝晶在运动的同时生长运动及相互碰撞等现象,其对铸锭的温度场、流场、溶质场及微观组织等具有不可忽视的影响,是研究铸锭凝固组织形成的关键问题之一.元胞自动机-格子玻尔兹曼(CA-LB)耦合模型近年来在处理运动枝晶方面发展迅速,该模型不仅可以很好地维持运动枝晶的形貌,还可以合理地计算出枝晶间的相互碰撞.本文改进了模拟游离枝晶运动生长的元胞自动机-格子玻尔兹曼模型,采用交替方向隐式迭代法求解导热微分方程,模拟参数不受稳定性条件限制.分别验证了流场与固相和温度场耦合的准确性.随后采用该模型分别模拟了Fe-0.34%C合金铸锭中等轴晶运动与否的凝固过程,模拟结果表明,等轴晶的运动会增大与临近枝晶的接触概率,会使铸锭中的晶粒尺寸更加均匀;枝晶的运动还会改变熔体中心部位的溶质分布,特别是增大了顶部正偏析的大小以及范围;等轴晶的运动会受到柱状晶的阻碍,所以CET区域受枝晶运动的影响不大.

关键词： 间距   爆炸焊接   ALE算法   SPH-FEM耦合算法  

摘要： 研究了基复板间距对钛(TP 270C)与不锈钢(SUS 821L1)复合板爆炸焊接质量的影响.使用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,并结合两种不同算法(ALE法、SPH-FEM耦合法),对不同基复板间距(1.2 mm,2.2 mm,3.5 mm)下的爆炸焊接过程进行了三维数值模拟.模拟结果显示,在ALE法和SPH-FEM耦合法两种算法下,三组模拟复板竖向位移均达到或超过基复板间距,碰撞速度与碰撞角度均位于焊接窗口有效区间内.此外,随着间距增大,复板碰撞速度和碰撞角呈现正向增长趋势,其中间距为3.5 mm时,复合板表现出最佳焊接质量.模拟验证了两种算法均适用于钛合金(TP 270C)与不锈钢(SUS 821L1)的爆炸焊接.三种间距下钛合金(TP 270C)与不锈钢(SUS 821L1)可实现稳定复合,随着间距的增大,焊接界面的结合强度逐渐提高.

关键词： 非恒定流   丁坝   三维流速   数值模拟  

摘要： 丁坝是山区河流航道整治最常用的整治建筑物,其稳定性关乎航道整治效果。天然河道水流多为非恒定流,对丁坝周围三维流速分布及其稳定性影响较大。通过分析实测洪水资料提出了表征水流非恒定特性的3个参数即洪峰流量、洪峰次数及洪水持续时间。采用三维水流数学模型研究了水流非恒定性对丁坝三维流速变化的影响。结果表明,坝头处纵向流速会在洪峰出现之前达到峰值,不与流量过程呈时间对应关系,且持续时间的增加会使得该点纵向流速逐渐减小;在洪峰大小一致,洪峰次数增多时,首次洪峰对坝头的冲击最为强烈,最易造成坝头失稳;洪峰流量对丁坝稳定性影响最大,洪水持续时间次之,洪峰次数影响最小。

关键词： 数值模拟   气雾化   熔滴   强化破碎  

摘要： 运用气雾化法制备含氮不锈钢粉体的过程中,经过一次破碎后的带状熔滴在氮气流的剪切作用下破碎为细小熔滴,一般直径在50~100μm。二次雾化后,由于含氮熔滴气-液两相间界面不稳定导致内部氮气泡溢出,直径较大的熔滴因氮气“逃逸”而发生再次的强化破碎。限于该微观过程无法直接在实验条件下观察分析,本研究运用Fluent16.0对该强化破碎过程进行数值模拟,获得强化破碎过程中熔滴的动终态、压力值分布和熔滴组分变化情况,同时阐述了该两相流耦合过程中的内在机理以及熔滴强化破碎后的效果。

关键词： 激光冲击强化   喷丸强化   残余应力   数值模拟   复合强化  

摘要： 【目的】为了研究初始形貌对激光冲击和喷丸强化下靶材深度方向上残余压应力的影响。【方法】利用有限元软件建立20Cr_(2)Ni_(4)齿轮钢复合强化有限元模型,并在不同初始形貌状态前提下对该模型表面分别进行了激光冲击、喷丸及复合强化的仿真分析。【结果】结果表明,随着初始表面粗糙度的增加,喷丸强化下靶材深度方向上的峰值残余压应力和层深均有所降低;相较于喷丸,激光冲击强化下靶材应力层深没有显著的变化;在复合强化中,靶材深度方向上残余压应力的分布表现出明显的分段组合特征,且靶材深度方向上的压应力层深可以达到喷丸的3倍,峰值残余压应力可以达到激光冲击强化的2倍;相较于激光冲击强化,复合强化后靶材内部应力层深由0.42 mm降低到0.36 mm,降幅14.3%。此外,复合强化可以获得更高的峰值残余压应力,削弱初始粗糙表面对峰值残余压应力的影响。

关键词： U型地热井   换热特征   中深层地热   数值模拟   热开采效率  

摘要： U型地热井作为开采中深层地热能的一种方式,其热开采效率的提高对地热储层的能源利用具有重要意义。为了研究U型地热井的换热特征及相关因素对热开采效率的影响,结合陕西黄陵地区地质与储层资料,通过建立3500 m深U型地热井数值模型,对现场实验案例进行了模拟验证,重点分析了地热井井型、储层地温梯度和工况条件等因素对热开采效率的影响,并进一步对井型优选与参数优化做出了评价。研究结果表明:U型地热开采井相较于其他类型的地热井,在岩土地温梯度较高,尤其是管道埋深3000 m以上的地区热开采效率更为突出;在本研究的参数选择范围内(注水流量分别为40、60、80、100、120 m^(3)/h,注入温度分别为20、25、30、35、40℃),U型地热井的出入口的流体温差越大,换热量也就相应越高,研究区域U型地热开采井的注入流量采用100 m^(3)/h,注入温度采用20℃为最佳,对于注入流量的选择需综合考虑出口温度和热开采功率的要求以及循环水泵的功耗进行设计。研究成果有望指导所在地区中深层地热开采的优化设计。