教学课程资源库 更多>>

关键词： 桥梁桩基   水流冲刷   冲刷侵蚀   桩基稳定性   数值模拟  

摘要： 以汉江一桥工程为研究背景，利用大型有限元软件ANSYS对该在役桥梁的桩基开展数值模拟，研究河道冲刷深度对于桩基稳定性的影响。结果表明：当冲刷深度越大时，桩身的轴力会变大，桩侧摩阻力会逐渐减小，冲刷后的桩侧摩阻力由冲刷线以下部分来提供，桩基的极限承载力随冲刷深度的增加而减小；提出在役内河桥梁桩基的防护措施，对在役桥梁的设计和维护提供参考。

关键词： 粘弹性轴向运动板   变分数阶微分方程   移位Bernstein多项式   数值模拟  

摘要： 为研究2种粘弹性轴向运动板的动态响应，采用变分数阶模型推导轴向运动板的控制方程,将移位Bernstein多项式作为基函数来求解变分数阶微分方程，导出移位Bernstein多项式的算子矩阵,控制方程用矩阵乘积的形式表示.通过数值算例验证算法的可行性.此外，比较陶瓷（Ceramic）板和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）板在简谐载荷下的位移，分析轴向移动速度对轴向粘弹性板位移的影响，并比较不同材料板在不同厚度变化下的位移变化.研究结果初步突破求解粘弹性运动板的变分数阶模型，为粘弹性结构的研究提供理论依据.

关键词： 岩石力学   裂隙数量   力学特性   破裂特征   声发射特征   应力强度因子   数值模拟  

摘要： 为探究裂隙数量对岩石注浆前后强度的影响及裂纹扩展规律，开展不同裂隙数量砂岩注浆前后力学特性试验研究，结合三维全场变形测量分析系统（XTDIC）和声发射系统，从宏观与微观相结合来研究裂纹扩展规律。试验结果表明：（1）随着裂隙数量增加，应力–应变曲线压密阶段时间变短，并提前进入裂纹发育与扩展阶段，强度衰弱系数随裂隙数量呈幂函数增长趋势，平均抗压强度降低了15.82%～53.32%;1∶1水灰比浆液下强度修复系数随裂隙注浆数量呈指数函数下降趋势，较未注浆前提高了6.76%～29.27%，达到原岩强度的60.34%～89.88%。（2）裂隙数量对起裂应力影响较大，注浆改造后起裂应力有所提高，注浆前后起裂应力与峰值应力比值均随裂隙数量增多而减小，呈开口向下的二次函数关系。（3）不同裂隙数量注浆前后裂纹扩展规律存在一定相似性，注浆前后裂纹均主要从裂隙尖端开始发育，并连接预制裂隙，使岩桥发生贯通，主要以拉伸破坏为主。（4）AE振铃计数与累计振铃计数随裂隙数量增加明显大幅度上升，裂隙注浆仅能在一定程度上改善岩石整体性，抑制尖端应力集中，并不能有效地阻止裂纹的扩展和交互作用。（5）通过理论分析，注浆后的应力强度因子小于注浆前的应力强度因子，表明注浆改造后裂隙尖端应力减小，从而提高了岩石的强度，并结合数值模拟进行了验证。

关键词： 滑坡机理   地下水   水压力   动态演化   数值模拟   安全系数   地质灾害预警   降雨  

摘要： 【目的】数值模拟方法广泛应用于滑坡灾变力学演化研究中，在治理滑坡过程中发挥着重要作用。为研究滑坡的触发机制，【方法】合理的进行模型假设，准确的设定边界条件及参数，建立二维动态数值模拟评估方法，以兰新铁路张家庄段滑坡为典型实例，通过GeoSlope、ABAQUS软件进行二维数值模拟，分析滑坡主剖面、滑动带塑性发展过程、滑动区域分布、位移分布、突变前后的增量位移等特征，结合二维极限平衡法以及试验分析滑坡机理。【结果】结果显示：承压水无法作用到滑动带顶部，在顶部滑动面上承压水作用引起的安全系数降低幅度比静水压力作用小，承压水对滑动带底部作用大，底部滑动面上承压水作用引起的安全系数降低幅度比静水压力作用大，安全系数直接降低了0.26。【结论】结果表明：施加承水压力后，滑动带附近的Mises应力场发生显著变化，应力增量最高可达0.5 MPa，表明承压水作用显著改变了滑坡体内部的应力分布。此外，滑坡体在承压水作用下表现出明显的位移突变特征，坡顶水平位移在折减系数达到1.05时迅速增大，进一步证实了承压水作用对滑坡体稳定性的影响。通过数值模拟结合现场勘察和试验的综合方法和分析，合理的模拟了滑坡在地下水压力等复杂条件下的动态演化规律，对于边坡渐进破坏过程进行稳定性评价以及滑坡可视化动态演示提供了依据。

关键词： 三维五向织物   金属基复合材料   数值模拟   高温力学行为   失效机制  

摘要： 三维五向织物复合材料因高比强度、高模量和优异的轴向性能被广泛应用于航空航天领域，目前尚缺乏其高温力学性能与破坏行为的研究。针对三维五向碳纤维织物增强铝基复合材料，本文开展其高温(300℃)环境下准静态拉伸力学行为与失效机理研究。基于复合材料织物结构和纱线微观组织特征，构建基于微观和细观尺度代表性单胞的细观力学有限元模型，结合数值模拟和实验结果分析了复合材料高温拉伸力学响应及组元结构的渐进损伤与失效行为。高温拉伸模量、抗拉强度和断裂应变的实验值分别为129.13GPa、732.5MPa和0.621%，且计算结果与实验结果总体上吻合。高温环境下复合材料内部热应力分布不均，其中编织纱拉应力水平高于不动纱，而基体的压应力分布较为均匀。拉伸变形初期编织纱和不动纱交织处发生局部的纱线和界面失效现象，但复合材料仍表现出近似线性的宏观力学响应。随着拉伸载荷增大，编织纱和不动纱二者间隙内出现明显的界面脱粘破坏，复合材料抗变形能力下降并表现出非线性宏观力学响应。拉伸变形后期界面大面积脱粘而且编织纱和不动纱先后发生整体断裂，导致复合材料失去承载能力并出现拉伸应力曲线的急剧下降。高温拉伸断口呈现出纤维断裂后拔出和基体合金撕裂条带共存的微观形貌特征。

关键词： 可重复使用运载器   喷流反作用控制系统   喷流干扰效应   真实气体效应   表面催化效应   气动热环境  

摘要： 针对可重复使用运载器喷流反作用控制系统（RCS）工作产生的喷流干扰问题，基于喷流燃气物理化学模型和求解三维化学非平衡N-S方程，研究了俯仰、偏航、滚转控制喷管附近的局部热环境。结果表明：无喷状态下，由于喷口存在凹陷结构，喷管唇口迎风侧热流显著升高，较周围区域增大2～4倍；喷管开启工作时，由喷流干扰引起的气动加热现象十分显著，其中滚转控制喷管附近的热环境最为严峻，热流峰值可达无喷状态下的10倍；采用简化的量热完全气体模型计算会明显高估喷流干扰引起的气动加热，最大可偏高40%，造成防热系统设计的冗余；采用简化模型导致的热环境高估主要由流场中耦合的多物理效应引起，其中真实气体效应使喷流干扰区内热流峰值降低约40%，热喷干扰效应使干扰区热流峰值增大约14%，表面催化效应最高可使干扰区热流峰值升高37%。

关键词： 下击暴流   沿海地形   风特性   冲击射流模型   数值模拟   风洞试验  

摘要： 以沿海地区桥址处地形为背景，通过冲击射流模型的下击暴流实验装置，利用风洞试验和计算流体力学方法，细化模拟三维地形情况，对稳态下击暴流和移动下击暴流作用下地形风场特性展开研究。结果表明，与喷射口下平坦地形相比，坡体会对下击暴流风场产生加速效应，最高径向风速差达到3.1%，稳态下击暴流试验与数值模拟结果良好吻合，基本重现了下击暴流作用下的风场特征，近地面风速呈快速增大后衰减的变化趋势，移动下击暴流试验采集到的风速峰值和谷值也与数值模拟一致。该研究通过精细化的地形模拟对位于沿海地区桥梁在特异风作用下的抗风设计提供了重要的理论依据，下击暴流的移动效应会增强其破坏力，对桥梁的抗风设计提出了更高的要求，对于深入研究位于沿海地区的桥梁在下击暴流作用下响应机理以及提高桥梁性能具有实际意义。

关键词： 超渗蓄满动态组合   山洪预报   干旱区   网格水滴法   分布式水文模型   径流   降雨   数值模拟  

摘要： 【目的】干旱区降水转化形成径流的过程复杂，准确刻画和模拟降雨-洪水过程是区域水文研究的重点。【方法】基于超渗-蓄满动态自适应转化建模思路，以土壤田间持水量与下渗能力为阈值，采用Green-Ampt模型（GA）、新安江模型（XAJ）以及考虑下垫面特性对汇流影响的“网格水滴”汇流方法（CW），建立了基于超渗-蓄满动态转化的分布式降雨-径流模型（GA-XAJ-CW Model，简称GX-CW模型）。以贺兰山东麓苏峪口沟流域为例，选择2013—2019年的10场降水，对模型进行率定和验证，并与分布式Green-Ampt（Grid-GA）模型进行对比。【结果】结果显示：考虑超渗-蓄满时空自适应转化的GX-CW模型模拟效果更好。模型率定期，洪峰相对误差在20%以内、峰现时间误差在1h以内占比为80%，Nash效率系数均在0.7以上；验证期模型效果较率定期有所下降，洪峰相对误差在20%以内、峰现时间误差在1h以内占比为60%，Nash效率系数在0.7以上占比为60%。【结论】GX-CW模型整体效果较Grid-GA有明显改善，降雨-产流过程解析更清楚，在干旱区小流域山洪模拟方面有较好的应用前景。

关键词： 非常规气藏   天然气   储气库   多周期注采   地层出砂   交变载荷   近井地带   预测模型  

摘要： （目的意义）“十四五”期间在“双碳”目标背景下，我国将迎来储气库建设的蓬勃发展期。对于枯竭油气藏型储气库，由于其本身生产工况的特殊性，其在注气和生产两个阶段都存在出砂过程，这对储气库的安全运行构成了巨大的挑战，而目前国内外尚未发现有效的理论模型和方法来预测在交变载荷条件下储层的出砂情况。（方法过程）本文耦合孔弹塑性控制方程和出砂侵蚀准则并建立了交变载荷条件下的储气库储层出砂数值模拟模型，模拟储气库多轮次注采过程中的近井地带生产工况。应用模型分析了储气库近井地带储层在交变载荷条件下的出砂机理，分析了地层孔隙度、地层渗透率和地层弹性模量对储气库近井地带出砂的影响规律。研究结果显示，随着地层水平主应力比R值的增大，井筒出砂侵蚀的区域逐渐增加，对应的等效塑性应变值也在增大。较高渗透率的地层结构疏松，渗透性更强，导致砂粒更容易被流体带出。在弹性模量较低的情况下，出砂速率呈现阶梯状上升趋势。对交变载荷影响下的临界出砂预测模型与室内出砂预测实验得到的储层临界出砂压差进行对比，结果表明符合率达到92%以上，在针对Y储气库的出砂预测上模型精度平均提升36%以上。（结论建议）该研究提供了一种储气库地层出砂预测方法，对于保障储气库安全高效运行具有重要意义。

关键词： 宽禁带半导体   碳化硅   晶体生长   缺陷   数值模拟  

摘要： 碳化硅(SiC)作为第三代半导体具有禁带宽度大、载流子迁移率高、热导率高和稳定性良好等优异特性，在电力电子器件领域尤其是高温、高频、高功率等应用场景下有着巨大潜力。目前用于SiC晶体生长的主要技术包括物理气相传输(PVT)法、高温化学气相沉积(HTCVD)法和顶部籽晶溶液生长(TSSG)法。在SiC单晶生长和外延过程中，不可避免地会产生各种类型的缺陷，这些缺陷对半导体器件的性能会产生显著影响，具体表现为击穿电压降低、漏电电流增加以及导通电阻变化等，这些性能的变化不仅会降低器件的效率和可靠性，还可能导致器件完全失效。因此，为了提高SiC半导体器件的良率和性能，在器件制造之前降低和控制SiC晶体生长过程中产生的各种缺陷变得非常重要。本文对当前SiC单晶的制备方法、SiC晶体生长过程中产生的缺陷及其检测技术进行了归纳总结，分析研究了SiC晶体生长过程中产生的缺陷之间的转化及影响因素，并讨论了降低SiC单晶缺陷密度的方法，最后对SiC单晶生长过程中缺陷的控制技术发展方向提出了展望。