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关键词： 集总等效电路   无损传输线   纽马克-贝塔法  

摘要： 针对无损传输线的集总等效电路,从数学上证明了其等效于传输线方程在空间上的二阶偏导数的中心差分格式,故只具有二阶精度;推导并证明了无损传输线的集总等效电路和无阻尼弹簧-质量体系模型的相似性。受此启发,采用纽马克-贝塔法模拟无损传输线的集总等效电路瞬态响应。算例仿真结果表明,纽马克-贝塔法可以真实反映模拟无损传输线的集总等效电路的相位延迟性、阶跃响应特征,并对有损传输线集总等效电路的模拟也是适用的。

关键词： 地下水渗流   地铁车站   Midas-GTS有限元   数值模拟   浮力  

摘要： 为了研究地下水渗流的存在对地下车站所受浮力的影响,利用Midas-GTS有限元软件对不同形式的地下水渗流进行模拟计算与分析。通过有限元建模与分析,发现由于河流水位升高而造成的水平向渗流对地下车站所受浮力大小的影响不大。然而,由于地下水开采和越流补给等竖直向渗流对地下车站所受浮力的影响较大,向下的渗流会引起浮力的减小,每1m的水头差大约使浮力减小6%;向上的渗流会引起浮力的增大,每1m的水头差大约使浮力增大2%。

关键词： 预制预应力结构   通信塔   全尺寸试验   混凝土裂缝  

摘要： 节段式预制装配的预应力混凝土通信塔是一种高耸杆塔结构,服役状态下结构整体变形和抗裂性能是其力学性能评定的重要内容。设计了一座高30 m、梢径350 mm的通信塔,对其开展水平悬臂式的集中力静力加载试验,通过测试杆塔的变形、裂缝、应变等响应,确立了其开裂荷载和极限承载力等性能指标。建立了通信塔的有限元模型,通过对比试验结果验证了有限元模型的准确性。基于有限元模型,研究了试验荷载模式与服役荷载模式下杆塔变形与开裂等性能的差别以及重力二阶效应的影响。试验和数值分析结果表明:混凝土通信塔在使用荷载下裂缝宽度可控制在0.1 mm以下,塔顶位移角低于1/35,表现出良好的抗裂性能和整体刚度;二阶效应可引起塔顶位移最大增加约7.1%,引起塔脚弯矩增加约6%;服役荷载模式与试验荷载模式下的初裂位置不同,服役荷载模式下通信塔的开裂弯矩和整体刚度更大。

关键词： 微波等离子体   MPCVD   金刚石膜   数值模拟  

摘要： 微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置能够非常高效地产出高质量的金刚石薄膜,由于波长和腔体结构的限制,传统2.45 GHz MPCVD装置所沉积出的薄膜面积直径通常维持在50~70 mm之间。以增大金刚石膜沉积面积为目标,通过对微波电场进行仿真分析,优化设计腔体尺寸,并对电子密度和温度的分布特性进行数值模拟,以保证等离子体能够均匀分布于沉积片上,将沉积直径扩增至90 mm。模拟结果表明,当腔内微波源功率为6 000 W,压力为14.7 kPa时,沉积片上可以产生电子密度和温度分别为1.76×10^(18) m^(-3)和4.7×10^(4) K的高密度且均匀的等离子体。

关键词： 输电线路   数值模拟   脱冰   动力响应   相间间隔棒  

摘要： 为探明架空输电线路多档距脱冰响应及其抑制方案,采用数值模拟的方法建立110 kV宁夏连南线路有限元模型,利用集中质量载荷法模拟导线覆冰脱落,研究均匀脱冰和非均匀脱冰对脱冰跳跃的影响,分析线路档数、高差、脱冰方式、脱冰率、覆冰厚度等参数与冰跳高度的关系,提出4种相间间隔棒抑制冰跳方案,并进行比较。研究结果表明:当线路档数大于五档时,冰跳高度趋于稳定;高差对冰跳影响较小;在不同脱冰率下,不均匀两边脱冰方式冰跳高度最低;覆冰厚度和档距对导线脱冰的冰跳高度、导线张力、不平衡张力及绝缘子位移影响明显;当覆冰厚度超过15 mm时,导线张力超过设计上限;安装间隔棒后导线脱冰跨中冰跳高度均发生下降,最大可降低53.84%,抑制效果最佳。研究结果可为覆冰区输电线路设计、脱冰方法及防护提供重要的理论参考。

关键词： 炭质板岩   软弱夹层   力学特性   数值模拟   参数敏感度  

摘要： 为探究软弱夹层对炭质板岩抗拉力学特性的影响,对含有不同倾斜角度软弱夹层的炭质板岩进行巴西拉伸强度试验,分别研究软弱夹层及其倾角对炭质板岩抗拉强度、荷载-位移曲线以及破坏形态的影响规律,并采用ABAQUS有限元软件建立内聚力模型进行数值模拟分析。研究结果表明:不同软弱夹层倾角炭质板岩的抗拉强度表现出明显各向异性,随着软弱夹层倾角的增大,抗拉强度先减小后增大,大致呈“U型”分布;不同软弱夹层倾角炭质板岩在劈裂过程中,其轴向负荷随位移的演化过程呈现压密、似弹性、破坏3个阶段;不同软弱夹层倾角炭质板岩的破坏形态分为拉裂破坏、剪切破坏以及拉裂-剪切破坏3种;利用内聚力模型对不同软弱夹层倾角炭质板岩巴西拉伸强度试验进行数值模拟,模型的破坏形态与力学性态均与试验吻合良好,且对内聚力单元参数均敏感。

关键词： 积石山M_(S)6.2级地震   泥流   数值模拟   FLO-2D   运动过程  

摘要： 2023年12月18日23时59分,甘肃省积石山县发生M_(S)6.2级地震,同时在青海省民和县中川乡祁家沟暴发了泥流地质灾害,造成了严重的人员伤亡和财产损失。经过野外调查、高精度的遥感图像解读和室内实验等多种方法,对中川乡地区泥流灾害链的形成原因、动力学机理和运动学特征进行分析和数值模拟。根据现场调查和室内实验确定的参数,利用FLO-2D模型模拟了祁家沟泥流发生、运动和堆积过程。研究表明,在地势起伏较大的张家沟与祁家沟交汇处泥流最大速度接近10 m·s^(-1),最大泥深接近16 m,模拟结果与实测数据一致。本研究所采用的数值模拟方法,可以有效描述泥流运动和堆积阶段的特征,可为类似泥流灾害的预测和预防提供重要借鉴。

关键词： 有限元   海冰数值模型   冰阻力   数值模拟  

摘要： 为准确预报船舶在不同厚度海冰下的阻力性能,基于FEM/SPH(Finite Element Method/Smoothed Particle Hydrodynamics)耦合方法开展不同冰级船舶冰阻力预报研究。采用线弹性与非线性软化相结合的方式构建黏聚单元损伤模型,以冰层厚度为基础尺寸建立海冰数值模型,通过弯曲强度测试标定相应的力学参数。同时,考虑船舶破冰过程中海水的影响,分别选择低冰级、中冰级和高冰级极地船舶开展破冰过程数值模拟并预报船舶冰阻力。将冰阻力数值计算结果与模型试验结果相对比,结果表明二者的最大偏差不超过12%,证明该数值预报方法可行。

关键词： 深部开采   巷道   塑性区   围岩   围岩应力   支护方式   数值模拟   破坏模式   围岩稳定性  

摘要： 以云南某矿山为背景,采用理论分析、现场监测、数值模拟相结合的方法,对埋深1 500 m巷道围岩破坏模式进行分析,研究巷道围岩应力的变化规律。结果表明:埋深1 500 m近矿体段主运输巷道及沿脉运输巷道围岩基本属于Ⅰ、Ⅱ类围岩;巷道地层稳定性对松动圈的影响大于巷道断面尺寸对松动圈的影响;在围岩应力、采动应力、爆破荷载等扰动作用下,巷道拱角围岩应力大于侧帮围岩应力。基于巷道围岩破坏模式,提出了锚杆+钢筋网+喷砼支护方式,3DEC数值模拟结果表明,巷道支护后,巷道两帮、拱顶、底板塑性区深度分别减小了0.5、0.8、0.6 m。

关键词： 裂纹扩展   混合断裂相场   数值模拟   多场耦合  

摘要： 本文基于Griffith和Bourdin的断裂理论和能量最小化原理,建立了一种准脆性混合模式断裂相场模型。将拉伸和剪切相场分别进行弹性应变能分解并赋予退化函数,选择瞬态求解器并设置求解参数,通过迭代求解相场方程。通过建立适当的数学模型和物理模型并写入COMSOL的不同模块,建立各模块的耦合关系并采用交错格式求解,分析裂缝扩展过程中的应力场和位移场的变化。采用相场模型模拟了纯拉伸、纯剪切案例,并分析了拉剪裂纹和纯剪裂纹的区别。此外,文章还讨论了网格划分以及长度尺度对结果的影响。裂缝路径和载荷-位移曲线的结果与其他方法计算结果一致,验证了该模型的合理性和可靠性。结果表明:混合型相场模型不仅保留了对纯Ⅰ型破坏的识别能力,且在捕捉真Ⅱ型裂纹滑移特征方面表现出色,与传统仅能识别Ⅰ型裂纹的模型形成鲜明对比。同时,研究发现长度尺度对材料裂纹行为和峰值负荷有着显著影响,小尺度参数对应的裂纹相对较窄,但其峰值载荷更大。此外,所提出的混合型相场模型具有网格不敏感的显著优点,当网格尺寸变化为h_(max)=l/2时(l为长度尺度),裂纹形态仍能保持连续光滑,充分验证了模型对网格的鲁棒性。