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关键词： 铁路桥梁截面   高速列车   横风   气动特性   数值模拟  

摘要： 高速铁路线路建设中桥线比例高、断面形式多,在环境风条件下,不同桥梁形式断面与高速列车结构耦合对车辆周围气流流动影响显著,甚至影响列车行车安全.本文采用数值模拟方法求解三维N-S方程,对工程中常用的6种高速铁路桥梁形式下的列车横风气动特性进行仿真.计算结果表明,列车在穿过横风风速为40 m/s的风场时,综合上下线工况,桥梁U-B和R-B对列车的倾覆力矩系数影响较小,而桥梁CW-B和CS-B对列车的倾覆力矩系数影响较大;同一桥梁上运行时,上行线的气动力系数大于下行线的,当横风风速为40 m/s、列车在6种桥梁运行时,上下行线之间其平均横向力系数、升力系数和倾覆力矩系数分别相差56.9%、17.0%和14.2%;同一横风风速下,桥梁的几何形状会直接影响列车的迎风面风压,对列车运行安全性有着较大影响,同时桥梁的高度也会影响列车的气动载荷.

关键词： 数值模拟技术   爆破安全课程   爆破动载   既有硐室  

摘要： 为有效达到爆破安全教学目标,提出将数值模拟技术用于爆破安全教学。以爆破动载对既有硐室的影响为例,开展模型实验与数值模拟,将模拟与实验结果相互验证、分析。结果显示:模拟和实验结果具有较高匹配度,二者都能清楚呈现硐室周围的应变分布特征和易破坏部位;与实验只能获取最终结果不同,数值模拟还可展现炸药爆破破岩、爆炸波传播及硐室破坏的全过程。在爆破安全教学中使用数值模拟,既能帮助学生扎实掌握爆破安全知识,还可保证师生们的人身安全、激发学生的学习兴趣和热情。

关键词： 涡流发生器   矩形管   数值模拟   结构优化   强化换热  

摘要： 为应对全球能源需求增长与“双碳”目标挑战,针对涡流发生器进行强化换热研究以提高能源利用效率。通过CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)仿真,对传统涡流发生器的结构和内部流动特性及其换热性能进行了优化研究。以PEC(performance evaluation criterion,性能评价准则)作为换热性能指标,对涡流发生器进行结构优化及分析。结果表明,优化后的涡流发生器对流体流速提升175%,扰流效果更好,换热性能更优,且涡流发生器与壁面夹角增大,PEC因子先增大后减小,在夹角60°处PEC因子最高,此时随着进口流速增加PEC因子增加。在涡流发生器与壁面夹角60°,流体流速3 m/s时,优化型涡流发生器的PEC因子平均值较传统型提高16.8%,强化换热效果显著。

关键词： 电性源   磁共振   双源   信号增强  

摘要： 磁共振测深技术具备定性、定量获取地下水分布信息以及针对性强等优势,被广泛应用于野外水资源勘察以及工程性危害水源预警等领域.近年来,随着城市地下空间的逐渐开发和利用,城市地下水的探测需求越来越迫切.基于传统磁性源的地面磁共振地下水探测方法已趋于成熟,但由于其存在磁性回路覆盖面积大、响应信号振幅低等问题而无法在高噪声的城市环境中开展应用.针对以上问题,本文提出利用双电性源代替传统大规模磁性源回路,以解决环境适应性问题;推导空间磁场表达式,构建核函数,获取强振幅正演响应,以解决信号幅值低的问题;建立反向脉冲和同向脉冲双电性源激发模型,以讨论最佳双源装置;设置不同收发距和百米级深水案例,以探索收发参数对城市深水场景的探测潜力.经深入分析得知,同向脉冲双电性源装置能够获取远超于反向脉冲双电性源、单电性源以及传统磁性源的磁场覆盖距离、灵敏度核函数辐射深度以及深水信号感应强度.结果证明,本文所提出的双电性源磁共振探测方法具有地形适应性好、探测灵敏度高以及激发深度大等绝对优势,能够极大地拓宽磁场覆盖范围,从方法上突破传统磁性源探测弊端,具备纵深聚焦揭示深部异常体的能力.本文的研究结论为打破传统磁共振探测的瓶颈深度、以及推进城市环境下的磁共振地下水探测进程提供了理论基础.

关键词： 桩-土接触   薄层系数法   主从面接触法   数值模拟   接触面参数  

摘要： 基于Abaqus对不同场地的单桩实例进行建模,采用薄层系数法和主从面接触法模拟不同桩-土接触面,分析其竖向载荷作用下的力学承载特性,从建模复杂程度、计算准确性、计算时间、土体组成以及桩-土接触面参数等5个方面比较分析2种接触面建模方法的适用性。结果表明:2种桩-土接触面建模方法准确性都很高;薄层系数法建模过程简单、计算速度快;土体内摩擦角对2种方法的影响基本相同,主从面接触法对桩-土接触面摩擦系数更加依赖。

关键词： 顶板压裂   深煤岩界面   裂缝穿层扩展   天然裂缝   数值模拟  

摘要： 为研究深煤层条件下顶板压裂裂缝在煤岩界面处的穿层和扩展规律,考虑煤储层天然裂缝、煤岩界面粗糙度、界面抗剪切能力等参数,通过数值模拟和实例验证,分析水平主应力差、弹性模量、排量等参数,对顶板压裂裂缝穿层扩展的影响。结果表明,随水平主应力差增大,裂缝穿层扩展变得逐渐困难;随弹性模量差异增大,裂缝穿层扩展变得逐渐容易;随起裂位置距煤层顶面距离增大,裂缝穿层扩展的缝长总体呈现减小的趋势;随排量的增大,裂缝穿层扩展更加容易,但增加了界面失稳破坏的可能性,不利于裂缝的穿层。通过模拟发现,当顶板与煤层的弹性模量差异≤18 GPa、水平主应力差在3~7 MPa,是深煤层顶板压裂施工的最佳地层参数范围。通过实例验证发现,临兴L井在合适的地层参数范围内,调整起裂位置距离煤层顶面1.5 m、排量控制在16.5~18.0 m^(3)/min时,有较为优异的压裂效果;相较于浅煤层的顶板压裂,水平主应力差和弹性模量差异是影响深煤层顶板压裂能否开展的关键因素。研究成果可为涉及天然裂缝的深煤层顶板压裂提供理论参考意义。

关键词： 盾构   暗渠   数值模拟   承载力  

摘要： 以石家庄地铁1号线三期工程下穿南水北调中线干线华柴暗渠为对象,根据工程实际设计结构、所处位置地质条件等建立了三维有限元仿真模型。经过分析可知,盾构掘进过程中在深孔注浆等加强措施条件下比未考虑深孔注浆措施所导致的竖向变形减小了0.74 mm,管节间最大差异沉降减小0.4 mm;以最大变形为基础复核了华柴暗渠承载力和配筋,结果均可满足要求;在采取加强措施下,保证暗涵沉降数值控制在5 mm以内。

关键词： CMA-MESO模式   KFeta方案   积云对流参数化方案   台风“暹芭”  

摘要： 传统的积云对流参数化方案难以较好地适用于高水平分辨率,特别是10 km以下水平分辨率的降水数值模拟,尺度适应(scale-aware)积云对流参数化方案是对此进行改进的有效方法。在中国气象局中尺度模式(China Meteorological Administration MESOscale model,CMA-MESO)中应用尺度适应KFeta(Kain-Fritsch eta)积云对流参数化方案对台风“暹芭”进行800 m、1 km、3 km、10 km和20 km这5种水平分辨率的数值模拟试验。结果表明:(1)随着水平分辨率的提高,尺度适应KFeta积云对流参数化方案模拟的降水强度和落区更接近实况,显著减少了由积云引起的虚假性降水,提高了网格降水量。(2)随着对流强度减弱,尺度适应KFeta积云对流参数化方案TS(threat score)评分优势逐渐凸显,空报率和漏报率明显改善。(3)在降水最大时刻的强对流区域,尺度适应KFeta积云对流参数化方案雷达组合反射率因子的模拟结果更优。整体来看,尺度适应KFeta积云对流参数化方案在对流强度较弱的条件下表现更出色,为改进现行数值模式强降水预报提供了参考。

关键词： 综合管廊   基坑开挖   周边环境   数值模拟  

摘要： 利用有限元模拟软件对青岛市唐山路与重庆中路交叉口综合管廊进行三维仿真模拟基坑开挖全过程,得出基坑周边土体、支护结构和周边建筑物的位移变化情况。结果表明,基坑开挖深度越深,基坑周边的地表沉降量越大,沉降最大值为0.072 mm,最终在距离基坑约25 m处趋于平衡;基坑开挖会引起围护墙的水平位移,位移最大值为0.081 mm,各工况最大值均出现在围护墙的顶部位置;对于浅基础建筑物,建筑物沉降位移最大值出现在距离管廊最近处的J1监测点,最大沉降位移为0.0527 mm,满足工程要求,为类似工程提供了参考依据和经验。

关键词： 铝电解槽   数字孪生   在线监测   数值模拟   故障检测  

摘要： 铝电解槽进入正常生产阶段的重要标志之一是铝电解槽内壁形成规则稳定的内形,而铝电解槽内高温波动的铝液使得槽内运行情况难以判断,因此在线监测铝电解槽槽膛对企业来说十分重要。本文提出一种基于数字孪生技术的铝电解槽槽帮在线监测的方法,旨在实现铝电解槽内部的实时监控。首先构建了铝电解槽数字孪生框架结构,并根据铝电解槽槽膛形成原理和电-热场数学方程构建了铝电解槽电-热仿真模型。为获取铝电解槽运行数据,利用物联网技术对实时运行数据进行了采集和传输。最终构建了铝电解槽数字孪生模型,并在铝电解车间进行了验证实验。模拟得到的铝电解槽电解温度、槽壳温度和槽帮形状符合铝电解槽的实际运行情况,实现了铝电解槽槽帮的在线监测。另外利用数字孪生模型研究了槽帮厚度随温度场的影响,实验结果表明随着槽帮厚度的减薄电解温度和槽壳温度均升高,且槽壳温度变化更为明显。因此可以通过监测槽壳温度来判断槽帮破损情况,定位具有破损风险的位置。