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关键词： 单箱单室箱梁桥   爆炸荷载   数值模拟   破坏特性   动力响应  

摘要： 针对箱梁桥在服役过程中可能遭受军事冲突或恐怖袭击的威胁，本文选取了某实际单箱单室箱梁桥的一跨及桥墩，利用ANSYS/LS-DYNA进行了爆炸荷载作用下其损伤特性的研究。在验证了材料模型以及数值模拟算法的有效性后，根据美国联邦紧急事务管理署（FEMA）对潜在爆炸威胁的分类选取了23kg和454kg两种炸药当量，并根据爆炸位置的不同布置了16种不同的工况，分别为桥梁跨中、1/8跨的桥面和箱室上方。结果表明：在23kg炸药当量作用下，桥梁迎爆面破口尺寸较小，桥梁迎爆面和背爆面表现为局部损伤；在454kg炸药当量作用下，桥梁迎爆面出现较大尺寸破口，除了爆炸中心区域损伤严重外，桥梁迎爆面和背爆面整体损伤都较为严重，并且发生在1/8跨边箱梁上方的爆炸破坏最为严重，全桥背爆面出现多处混凝土剥落露筋现象。通过对比不同工况箱梁桥的损伤特性，得出结论：相同炸药当量下，发生在梁上方的爆炸比发生在桥面上方的爆炸破坏更加严重；发生在边跨尤其是边跨边室的爆炸比发生在跨中的爆炸破坏更加严重。

关键词： 高速铁路   动力响应   数值模拟   U形路基   动应力   动位移  

摘要： 为研究高速铁路U形路基在列车荷载作用下的动力响应，采用数值模拟方法建立无砟轨道-路基-地基三维动力有限元模型，对比分析U形路基和传统路基在高速列车单线行车、双线会车工况下的动应力、动位移分布规律。结果表明，路基基床在轨道板正下方3.1 m范围内承担了更多的动荷载。在两种工况下，U形路基轨道板下方路基面动应力幅值分别在13.33～21.33 kPa、13.62～21.66 kPa范围内波动。U形路基对动应力的衰减效果更好，在单线行车工况下，U形路基3个不同位置路径下4.7 m深度处动应力衰减率可达到87.39%、86.69%、78.60%；在双线会车工况下，U形路基3个不同位置路径下4 m深度处动应力衰减率可达到83.48%、82.38%、69.57%。U形路基在限制路基动位移方面要优于传统路基结构形式，在单线行车工况下，两种路基动位移幅值分别在0.071～0.085 mm、0.083～0.089 mm范围内波动；在双线会车工况下，路基面动位移幅值存在明显的叠加效应，在两块轨道板下方以及路基中部共计8.1 m范围内动位移幅值相对较大，两种路基动位移幅值分别在0.088～0.113 mm、0.105～0.124 mm范围内波动；且U形路基动位移衰减效果同样也要优于传统路基，在两种行车工况下，U形路基3个不同位置路径下4 m底板顶面位置处位移水平即可衰减至传统路基4.7 m处位移水平。

关键词： 宏观偏析   铸造   液体增材   数值模拟   齿条钢  

摘要： 采用数值模拟及中试试验研究了齿条钢铸锭的液体增材铸造工艺，探讨了浇注时间间隔和增材铸造层数对铸锭晶粒组织及宏观偏析程度的影响，并以基于数值模拟研究结果制定的工艺制备了200 kg级铸锭。结果表明，钢铸锭的液体增材铸造工艺应采用较小的浇注时间间隔和较多的层数。相比于传统方式浇注的铸锭，液体增材铸造制备铸锭的等轴晶区面积增加，金属收得率显著提高，中心线偏析指数波动范围下降了26.3%。

关键词： 裂缝性油气藏   岩石组构   数值模拟   定量预测  

摘要： 裂缝性油气藏是全球范围内重要的油气储量增长点，已探明地质储量约占总探明地质储量的30%以上，其分布范围广泛且勘探潜力巨大。岩石组构（矿物组分、粒度、结构）是控制裂缝发育程度的根本因素，颗粒离散元法已应用于脆性矿物力学性质及微裂缝破裂机制的研究，然而岩石组构差异对裂缝发育程度的影响及机理研究较弱。本文针对组构差异约束下的花岗质基岩成缝机制这一关键科学问题，构建矿物含量、矿物粒径、矿物定向排列与宏观力学参数以及裂缝发育模式的离散元数值模型，明确岩石组构对裂缝发育的控制机理，从而为裂缝性油气藏的勘探提供指示意义。以济阳坳陷花岗质裂缝性基岩储层为例，通过岩心观察描述、铸体薄片鉴定和XRD等分析测试，定量表征岩石组构特征，建立岩石组构-裂缝预测初始离散元数值模拟模型。运用岩石单轴力学压缩试验和声发射监测，标定并验证初始模型细观参数。综合数值模拟结果，构建岩石组构对岩石力学性质及裂缝发育控制作用的综合定量预测模型。研究结果表明：（1）通过对矿物的晶内缝数量化后，发现碱性长石对储层裂缝发育贡献程度最高，其含量与岩石微裂缝发育总数呈正相关，斜长石次之，石英最低，其含量与岩石微裂缝发育总数呈负相关；（2）随着花岗质岩石粒径由2.0 mm 增大至 5.0mm，单轴抗压强度呈下降趋势，发育微裂缝所需的构造应力越小，易于生成裂缝性储层，但在构造应力作用足够大时，微裂缝密度有所下降；（3）通过对矿物的晶间缝数量化后，发现相对于构造应力方向的矿物定向排列倾角与晶间微裂缝数占比呈正相关，具片麻理的花岗质岩石相较块状花岗质岩石的抗压强度低的，且微裂缝之间的连通性更好，更容易发育优质储层。该研究成果可为裂缝性储层预测提供重要理论依据。

关键词： 选择性激光熔化(SLM)   IN718合金   数值模拟   力学性能  

摘要： 结合仿真和试验，研究SLM过程中的熔池演变和不同扫描间距对成形IN718合金力学性能的影响。结果表明，在多道扫描过程中，热量积累和熔池两侧材料的导热性不同是影响第二道轨迹熔池形状不对称的主要原因。激光热源对熔池的温度产生的影响基本一致。定点处熔池温度变化过程为先缓慢上升，随后急剧上升至峰值温度，最后迅速下降。随着扫描距离的增加，IN718合金的抗拉强度逐渐减小，扫描间距为75μm时，抗拉强度最大为692 MPa，伸长率先增大后减小，扫描间距为100 μm时，伸长率最大为29.2%，在适当范围内增大扫描间距可以改善IN718合金的力学性能。

关键词： 空化   射流清洗   空化喷嘴   异形中心体喷嘴   双腔室自激振荡喷嘴   数值模拟   射流实验  

摘要： 为探究不同结构形式喷嘴的空化效果和射流清洗能力，设计了一款异形中心体空化喷嘴，通过数值模拟揭示了该喷嘴的空化过程和气相分布情况；并以喷嘴出口的含气率、出口速度等参数为评价标准进行了尺寸参数优化；通过对外流场射流冲击力计算探究了最佳靶距位置。开展空化射流实验，测得冲击力的变化规律与模拟结果一致；与文献中的双腔室自激振荡喷嘴进行实验对比，发现异形中心体喷嘴在空化气柱范围、射流冲击力方面更具优势，且最佳作用靶距较远，更适用于实际工程清洗。本文可对后续清洗用空化喷嘴的设计提供参考。

关键词： 哈兹列特连铸   凝固传热   数值模拟  

摘要： 基于Fluent流体模拟软件构建了3003铝合金在二维尺度下的连铸区液-固耦合流变场模型，采用单一变量法模拟分析了不同工艺参数对铸坯温度场、凝固场的影响。结果表明，当拉坯速度一定且浇注温度在适配区间内升高时，铸坯芯部形成位置的延后偏移量要大于表面坯壳，但两相区长度影响较小。当浇注温度一定，拉坯速度在中速区间升高时，铸坯芯部及坯壳形成位置的延后距离几乎一致且微量，但拉坯速度提高到0.15 m/s和0.17 m/s时上述距离会明显增加且整个铸区的温度梯度减小，两相区长度相近。此外，拟合并验证了铸坯出口温度与厚度、温差的公式，为热连轧建立合适铸坯温度控制机制。

关键词： 氢气泄放   火焰淬熄   多孔介质   数值模拟  

摘要： 【目的】为提高氢能使用的安全性，研究多孔介质对管内氢气泄放自燃火焰传播动力学的影响以及抑制过程。【方法】基于Ansys Fluent，采用大涡模拟模型、涡耗散概念模型、21步氢-空气详细化学反应机理及各向同性的多孔材料模型建立了带有多孔介质的高压氢气泄放管段数值模型。将模拟结果与前人所做研究相对比，保证数值模拟准确性与仿真结果可靠度。【结果】分析自燃火焰在管内与多孔介质区的压力变化可知，多孔介质对压力波具有一定的吸收作用，并且激波在进入多孔介质时会形成反射激波，反射激波会在多孔介质区域前相交干涉形成高压区。基于冷壁效应分析多孔介质内部温度变化，与普通管道相比，多孔材料管道的比表面积更大，这会导致火焰在多孔介质中传播时损失大量的热量。由OH自由基的浓度分布情况可知，OH自由基的浓度分布呈先增大后减小的趋势，在多孔介质的器壁效应下OH自由基活性降低，最终导致淬熄。氢气的泄放压力与多孔介质的孔隙率都会影响火焰在多孔介质内的淬熄距离，泄放压力越大，火焰的淬熄距离越长，并且孔隙率越大，多孔介质对火焰的抑制能力越弱。【结论】相关研究可为多孔介质的抑制机理探索、氢气泄放时自燃管内火焰的抑制与安全防护提供参考。

关键词： 滤筒   脉冲清灰   文丘里   数值模拟   正交试验  

摘要： 常规滤筒长度以660，1000 mm为主，虽然延长滤筒长度能增大过滤面积，降低过滤风速，但这也可能引发压缩空气量或压力不足，导致喷吹气流难以抵达滤筒底部进行清灰的问题。针对上述问题，选取3 m滤筒为研究对象，建立滤筒三维模型，利用数值模拟分析方法对滤筒的喷吹清灰过程进行试验研究。在验证数值模拟分析方法的精确性与可靠性的基础上，设计一种文丘里式导流管以提高滤筒的清灰性能。在此基础上进行了L16(45)的正交试验，确定3 m滤筒最佳喷吹清灰参数范围。结果表明，3 m滤筒在距袋口1.5 m处时发生径向压力衰减的现象，滤筒中下部位置波峰至波谷间压力分布不均匀。增设文丘里式导流管后的滤筒诱导气流量是无文丘里式导流管滤筒的1.47倍，壁面峰值压力与最大反向加速度增加的倍数为1.1～1.5倍，证明了增设文丘里式导流管可以通过增加诱导气流量提高壁面峰值压力。正交试验结果表明滤筒壁面峰值压力随喷吹压力和喷嘴直径的增大而增大，滤筒长度的增加而减小；最佳喷吹时间为100 ms；喷吹过程中存在一个最佳喷吹距离，即与喷嘴直径成10倍关系。建议在无文丘里导流管的情况下，喷吹压力为0.5 MPa；在增设文丘里式导流管的情况下，喷吹压力0.3～0.4 MPa，喷嘴直径22 mm，喷吹距离220 mm。研究成果可为滤筒喷吹参数设计及应用提供指导。

关键词： 超空泡航行体   空泡   壁面剪切层   数值模拟  

摘要： 超空泡技术对水下航行体减阻增程具有重要意义。而当航行体近水底面航行时，刚性壁面对航行体的空泡形态会产生显著影响，从而影响航行体的运动姿态和稳定性。为研究壁面效应对超空泡航行体空化的影响，采用VOF(Volume of Fluid)多相流模型、Schnerr-Sauer空化模型和Realizable k-ε湍流模型，分别对单壁面作用以及壁面边界层作用下的超空泡航行体进行模拟研究，以揭示壁面、剪切层与超空泡航行体的耦合作用机理。结果表明：对于单壁面作用，由于刚性壁面对空泡膨胀排挤水体的阻碍效应，近壁面侧的空泡显著减小，而远壁面侧的空泡略微增大，超空泡向远壁面侧偏斜，并且航行体离壁面越近，超空泡的偏斜越强，甚至还会使得航行体下侧沾湿。然而，壁面边界层作用下，由于航行体上侧绕流快于下侧，周围流线往低速的近壁面侧偏斜，空泡上凸下平的不对称性减弱。随着边界层厚度增加以及航行体与壁面距离减小，航行体周围的剪切作用增强，超空泡由远壁面侧的偏斜逐渐向近壁面侧偏斜，最终变成上平下凸的不对称形态。