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关键词： 堤坝   多场耦合   数值模拟   渗漏   电场  

摘要： 为了提升人工电流源激发下堤坝渗漏模型的地电场相应规律认识以及数值模拟的真实性，本文建立了堤坝渗漏模型的水流场、离子扩散场、稳定电场等多物理场耦合方程以及孔隙度、含水率、矿化度与电阻率的多物理属性耦合转换公式，借助有限元-无限元多物理场数值模拟平台，实现了堤坝渗漏的地电场多场耦合三维模拟。通过典型堤坝渗漏模型的维数值模拟表明，堤坝渗漏引起的电场包括真实还原了动电效应、电化学效应和集流效应三部分组成；稳定电场中由集流效应引起的电流密度占主导，幅值高达几千毫伏，电化学效应和动电效应起到增强作用，幅值分别为几十微伏和几十毫伏，为堤坝渗漏通道快速监测提供理论基础。

关键词： 比例边界有限元法   高拱坝   八叉树网格   非线性响应   不规则地形  

摘要： 传统有限元法对大坝-不规则地基-库水系统进行建模时存在一定的局限性。本文基于ABAQUS二次开发接口，实现了比例边界有限元方法（SBFEM）与八叉树网格的结合，建立了一种考虑真实地形的高拱坝-不规则地基-库水系统自动建模方法。利用构建的八叉树比例边界有限元法对某重力坝地震响应进行了数值验证。随后对NG5拱坝系统分别基于平整地基和不规则地基进行线弹性和非线性动力响应分析。结果表明：在地震作用下，相较于简化的平整地基拱坝系统，不规则地基拱坝系统坝顶与坝底横河向相对位移以及第一主应力峰值变化较大，分别增加了73.5%和103.6%；考虑拱坝横缝以及材料非线性的情况下，坝顶与坝底横河向相对位移以及顺河向相对位移和相对速度分别增加了43.9%、32.0%和56.6%，同时边缝的法向开度增加尤为显著，增加了388.9%和381.8%，开度峰值增加了105%，在应力和损伤方面，第一主应力峰值增加了81.6%，损伤较大的区域也沿着坝体底部进行了扩展。

关键词： 动态断裂   修正的Monaghan人工体积粘性   等效计算应变率   非常规态近场动力学  

摘要： 为了准确预测冲击爆炸荷载作用下混凝土材料的动态拉伸断裂破坏，基于非常规态近场动力学理论框架，本文首先建立了修正的Monaghan人工体积粘性计算方法用于消除数值振荡，然后将前期建立的等效计算应变率方法植入到课题组前期研发的Kong-Fang混凝土材料模型中，用以准确计算应变率突变时的应变率效应。在此基础上，开展了一维杆中的弹性波传播的数值模拟，发现在力矢量状态上额外附加修正的Monaghan人工体积粘性力矢量状态，可有效地抑制由变形梯度近似导致的非物理数值振荡现象，进而讨论分析了人工体积粘性参数的影响并给出参数建议值。最后将模型用于混凝土试件层裂的数值模拟，对比分析了人工体积粘性、不同应变率效应计算方法对动态拉伸断裂预测结果的影响规律，数值模拟结果表明，准确预测混凝土材料动态拉伸断裂破坏需同时考虑修正的Monaghan人工体积粘性和等效计算应变率，建立的考虑修正的Monaghan人工体积粘性和等效计算应变率的非常规态近场动力学模型可以较好地预测裂缝位置和数量，为冲击爆炸荷载作用下混凝土材料动态拉伸断裂破坏的数值模拟提供了新思路。

关键词： 悬浮微通道谐振器   流固耦合   数值模拟   谐振频率  

摘要： 悬浮微通道谐振器（Suspended Microchannel Resonator, SMR）因其微尺寸和高灵敏度，在传感器领域有广泛应用，可用于测量微弱的力值、质量、密度和流体粘度等物理量。本论文考虑流体运动状态对悬臂梁受力的影响，建立了流固耦合运动方程，并进行数值求解，研究了流体密度和流动状态对悬臂梁谐振器谐振频率和变形的影响。结果表明，流体密度增加，悬臂梁谐振频率降低，形变增大；流动雷诺数与谐振频率呈线性相关，且随雷诺数增大，频率误差系数逐渐增大，影响测量精度。研究结果为提高微通道谐振器的测量精度和灵敏度技术提供理论支持。

关键词： 矿山机械   底卸式矿车   卸载曲轨   数值模拟   耦合仿真   静力学分析(曲轨强度)  

摘要： 本文采用离散元与多体动力学相耦合的创新方法，精准模拟大型底卸式矿车卸载过程，并开展卸载曲轨的静力学分析，旨在验证其选材可靠性，为实际工程应用筑牢理论根基。应用Solidworks软件构建曲轨几何建模；其次建立矿石颗粒离散元模型及多体动力学模型；根据DEM-MBD耦合仿真获取的载荷数据，导入ANSYS Workbench有限元分析软件，展开底卸式卸载曲轨的有限元静力学分析。鉴于底卸式卸载曲轨受力的复杂性，着重对其卸料过程中的应力应变展开深入分析。实验结果显示：所选用的Q460钢材强度优异，有力保证了卸载曲轨的使用可靠性，为其在复杂工况下的稳定运行提供了坚实支撑。

关键词： 玻璃钢(GFRP)螺旋锚   数值模拟   破坏面形态   抗拔承载力  

摘要： 玻璃钢（GFRP）螺旋锚作为一种新型支护锚杆，具有施工简单、轻质高强、耐腐经济等优点。但目前关于其抗拔性状及抗拔承载力的计算，仍不明确。为了分析GFRP螺旋锚在拉拔过程中的破坏形态以及确定其抗拔承载力，本文首先采用有限元数值模拟方法，研究了不同锚板埋深对锚固土体破坏面形态的影响及演化规律。在此基础上，提出了GFRP螺旋锚锚固土体的统一破坏面形态，进而分别推导了不同锚板埋深下抗拔承载力的计算公式，公式中的参数均有明确的物理意义，反映了GFRP螺旋锚的埋深比（H/D，H为锚板埋深、D为锚板直径）、土体的密实度、内摩擦角等因素的影响。结果表明：（1）随着锚板埋深从浅埋逐渐增大到深埋，破坏面形态经历了从“喇叭口”状转向“高脚杯”状、最终形成封闭“灯泡”状的演化过程，但难以得到锚板“浅埋”与“深埋”的明确界限；（2）利用数值模拟数据和试验数据，验证了本文所提出的抗拔承载力计算公式的合理性和准确性。

关键词： 标量波方程   频率域   平均导数法   有限差分   优化系数  

摘要： 频率域有限差分正演的计算精度和效率决定了波形反演的质量，选择合适的差分格式是频率域正演的基础。目前基于旋转坐标系统的优化差分格式广泛的应用，但其受限于等间距采样的条件，为改善状况选择平均导数法的优化差分格式，其既可以适用于不同间距采样，同时又可以提高采样精度。因此，本文针对二维标量波动方程在传统9点有限差分的基础上发展了一种基于平均导数 （Average-derivative Optimal Scheme，ADM）25点有限差分优化差分格式，经优化后ADM-25点有限差分格式仅需每个最小伪波长大约5个点，即可实现1%以内的归一化误差。引入最佳匹层吸收边界(Perfect Matched Layer， PML)，进而计算并求取不同空间采样间距比情况下25点优化差分系数，实现纵横向之间非等间隔数值模拟。数值算例结果表明，基于平均导数法25点差分格式比经典的9点差分格式具有更高的模拟精度。

关键词： 预裂爆破   地应力   成缝机制   理论模型   数值模拟  

摘要： 地应力显著影响岩体爆破裂纹的扩展行为和分布特征，导致深部岩体超/欠挖等问题。本文基于弹性力学平面应变问题假设，建立了地应力下岩体预裂爆破理论模型。通过Laplace变换和数值反演的方法分析了爆炸应力波的衰减规律，讨论了地应力对岩体预裂爆破应力场分布的影响。此外，采用显式动力学有限元方法模拟了静水压力和非静水压力条件下，岩体预裂爆破的压力演化过程和裂纹扩展行为，并通过Hough变换的方法定量表征了爆炸裂纹的分布特征。研究结果表明：深部岩体预裂爆破成缝困难主要是由于地应力削弱了爆炸引起的切向拉应力作用，孔间岩体质点因切向位移受限而无法形成拉伸破裂面，拉伸破裂成缝机制通过切向拉应力演化和质点位移矢量变化得以验证。基于应力波叠加破坏理论提出的预裂爆破孔间成缝准则可以预测岩体孔间裂纹是否贯穿，得到的不同地应力条件下装药直径和孔距的关系可用于指导预裂孔布置方式，从而为深部岩体预裂爆破提供理论指导。

关键词： 中深层地热   管群   布置形式   非等深   热传导   数值模拟  

摘要： 为研究同轴套管式地埋管换热器管群(DBHEs)的不同布置形式及井管间距对管群取热性能的影响规律，在总埋管长度相等的条件下，针对等深布置和非等深布置情况，使用COMSOL Multiphysics 6.2进行数值模拟，分别对比分析了井管交叉线型排列、井管矩型排列和井管圆型排列3种井管排列方式的管群运行20a后的取热效果。结果表明：无论是等深布置还是非等深布置，DBHEs的不同井管布置形式对地埋管取热性能的影响存在一定差异。交叉线型排列时各地埋管出口水温和取热功率衰减最小，其次为矩型排列，圆型排列方式衰减最大。根据“冷堆积”区域范围有针对性地移除部分井管，在等深布置和非等深布置情况下均可有效提升管群的取热能力。与等深布置相比，改进平面布置后的非等深布置，矩型排列取热量提升率可达24.59%，交叉线型排列提升率可达24.36%，而圆型排列仅为13.04%。本文研究结果对于管群设计具有一定的理论指导意义。