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关键词： 试验研究   数值模拟   膛线形状   枪械   刻痕   应力   姿态   身管  

摘要： 为了研究膛线类型对枪械射击性能的影响,开展矩形膛线和弧形膛线两种身管的有限元模型仿真,通过数值仿真与试验相结合的研究方法,分析膛线线型对弹头刻痕、应力、弹头姿态、身管受力的影响。通过对比矩形膛线和弧形膛线下的弹头以及身管受力分析,得到以下结论:弧形膛线下的子弹与矩形膛线下的子弹相比,其质心偏量更小,整体射击过程更加稳定;其子弹受到的应力以及应变都更小,线膛受到的磨损小,整体寿命有所提高;子弹射击初速更高,射击威力更大。该研究可对弹头的运动姿态和身管设计提供参考。

关键词： 水泥回转窑   富氧燃烧   传热特性   氧气分配方法   数值模拟  

摘要： 水泥生产是一种高二氧化碳排放的过程,其中煤粉燃烧产生的碳排放是水泥回转窑碳排放的重要组成部分,富氧燃烧技术在电站锅炉碳捕集利用方面的优势使得其在工业炉窑中的应用受到了广泛关注。前人对水泥回转窑富氧燃烧改造后炉内组分体积分数和燃烧特性进行了研究,但针对水泥回转窑富氧燃烧改造后与原有空气气氛下传热特性的匹配方法并不完善。为了获得在保证水泥生产质量条件下对水泥回转窑进行富氧燃烧改造的最佳策略,采用计算流体动力学(CFD)软件对500 kW水泥回转窑燃烧试验炉富氧煤粉燃烧进行了三维建模,研究了总体氧气体积分数(25%~35%),恒定总体氧气体积分数条件下一、二次风的氧气分配方法和二次风预热温度(650~950℃)对炉内传热特性和火焰长度的影响。模拟结果表明,在富氧燃烧气氛下,不同总体氧气体积分数下的火焰长度相对于空气气氛增加了5%~8%。炉内峰值温度和热通量随着总体氧气体积分数增加显著提高,当总体氧气体积分数分别为29%和35%时,总体热通量和炉内峰值温度与空气气氛相同。保持总体氧气体积分数为29%,改变一、二次风氧气分配方法时,当一次风氧气体积分数从0增加至80%,总体热通量与空气气氛下热通量的差异的变化范围在3%以内。并且当一次风氧气体积分数为60%时,在保证总体热通量与空气气氛下的总体热通量基本一致的同时,可以进一步降低与空气气氛下的沿程热通量差异。在总体氧气体积分数29%,一次风氧气体积分数60%时,当二次风温度从650℃升高至950℃时,总体热通量和火焰长度分别增加16%和4%,二次风温度为720~760℃时可以实现与空气气氛相同的炉内总体热通量匹配。

关键词： 冷金属过渡   路径优化   温度场   残余应力   数值模拟  

摘要： 为对电厂锅炉受热面管进行有效的修复及防腐处理,保障设备的安全运行,针对水冷壁管采用了一种冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)熔覆工艺。设计了4种熔覆工艺路径,通过ANSYS数值模拟与搭建的CMT熔覆实验平台,验证了数值模拟数据的可靠性。根据仿真过程中拟定的工艺进行对比,结果表明:设计的CMT热源函数表征的温度场较传统电弧热源吻合度更高,且沿材料厚度方向的温度梯度变化规律与试样横截面实际形貌规律一致;在热输入相同的情况下,交叉熔覆路径平均温度均比顺序熔覆路径低30℃,交叉熔覆路径给基体带来的热影响更小,比顺序熔覆路径后的应力低22.0 MPa;交叉反向熔覆路径下的管道变形较顺序反向熔覆路径减小0.18 mm;综合考虑残余应力和变形量的影响,得出交叉反向熔覆路径是CMT最佳的工艺路线。

关键词： 潜艇   近水面   重叠网格   定常回转   Z形操纵  

摘要： 除深水作业外,现代潜艇还需在自由面附近完成更多任务。因此,潜艇的操纵性能及流动特性均会受到自由面的影响,进而发生改变。该文采用计算流体力学方法对近水面的潜艇回转运动以及Z形操纵运动开展了数值模拟研究,以Joubert BB2潜艇标准模型和Marine 7371R型螺旋桨为研究对象,采用RANS方程求解方法,结合SST k-ω湍流模型,并通过流体体积法(Volume of Fluid,VOF)捕捉自由液面。然后,基于多级动态重叠网格方法实现潜艇的操纵运动模拟和艇-桨-舵的耦合控制,对深水和近水面工况下的潜艇自航运动、20°舵角下定常回转运动及20/20 Z形操纵运动进行了数值模拟。结果表明:在相同航速下,自由面的存在使得自航点的转速和相应螺旋桨推力逐渐增大,回转半径和战术直径都会增加;近水面潜艇在Z形操纵中超越角增大,转艏周期降低。最后,该文还探讨了操纵运动中自由面对流场特性、兴波特性和涡旋结构的影响。

关键词： 海水入侵   层状非均质含水层   抽水井   允许开采量   数值模拟  

摘要： 在滨海地区的层状非均质含水层,当抽水井过量开采时会引起严重的海水入侵。本文基于前人的物理模型试验,利用OpenGeoSys科学模拟软件,建立了滨海地区层状非均质含水层抽水井开采地下水引起咸水上升的二维数值模型,并用验证后的模型分析了层状非均质含水层的非均质性、低渗透率含水层的厚度以及抽水井的位置对允许开采量和海水入侵的影响。数值模拟结果表明层状非均质含水层中抽水井的允许开采量比均质含水层中低一些,对于深水井和靠近海水边界的井,两种含水层中允许开采量的差值更大。除此之外,层状非均质含水层中低渗透率含水层的厚度越厚,海水入侵的影响越大,随着抽水井泵送速率的增加,海水入侵的影响越明显;抽水井距离海水边界的水平距离越近、深度越深,其允许开采量越低,且抽水井深度的变化比抽水井与海水边界的距离对允许开采量的影响更加敏感。本文的研究成果为滨海地区地下水资源的合理开采和规划提供了科学的理论依据。

关键词： 软组织   PlatSil®Gel硅胶   聚合物分离式霍普金森压杆   本构模型   二次开发  

摘要： 为研究人体软组织力学特性,选用PlatSil®Gel硅胶为模拟材料进行研究。基于聚合物分离式霍普金森压杆(polymer split Hopkinson pressure bar,PSHPB)实验,结合朱-王-唐(zhu-wang-tang,ZWT)本构模型,借助Fortran语言,利用ABAQUS软件中的VUMAT子程序对硅胶材料粘弹性本构模型进行二次开发;通过3维算例与实验对比,验证本构模型的有效性。结果表明:利用VUMAT子程序开发的有限元模型计算准确,仿真结果与实验结果一致性较好,ZWT本构模型能较好描述硅胶材料在强动载荷作用下的力学响应;该研究成果可拓展有限元软件在生物软组织力学特性研究中的应用,为软组织损伤规律分析提供理论参考。

关键词： 地铁深基坑   邻近建筑物   有限元分析   建筑物沉降  

摘要： 以绍兴市地铁1号线城市广场站项目为研究背景,基于现场监测数据,对地连墙水平位移、地表沉降、建筑物沉降等因素进行探讨和分析,使用有限元分析软件建立相应的数值模型,探讨和分析不同工况下地连墙水平位移、地表沉降和建筑物沉降随基坑开挖进行的变形规律,最后再把模拟结果和实测数据对照,进一步地分析和验证。结果显示:数值模拟所得位移数据与工程实测数据较为贴合;周边地表沉降的最大值产生在基坑标准段端部且距离基坑8 m位置,而非产生于基坑边缘位置处,最大沉降值达到22.75 mm;墙体的最大水平位移一般在墙体深度的中部靠下位置发生。

关键词： 地质雷达   盾构隧道   数值模拟   物理模型   钻孔取芯  

摘要： 由于盾构隧道预制管片内部钢筋分布致密,致使管片背后注浆密实度地质雷达法检测的效果一直存在争议。为消除争议,拟通过对地质雷达技术原理的详细分析和不同钢筋间距对雷达波传播影响的数值模拟,阐释其是否具备探测盾构隧道管片壁后缺陷体的理论基础;依据盾构隧道实体情况,构建含有充水空洞、充气空洞、砂含水及泥含水缺陷体的数值模型和具有不同尺寸充水空洞的数值模型,以模拟不同缺陷体的波形特征;依托含有缺陷的1∶1盾构隧道物理模型,检验地质雷达对其缺陷体的探测效果;最后罗列了三处某在建盾构隧道的钻孔取芯实例。结果表明,从理论原理、数值模拟、物理模型及工程实例验证,均说明地质雷达法对于盾构隧道管片壁后缺陷体的探测效果良好,整体论断出地质雷达法是当前检测盾构隧道注浆质量的最佳方法。

关键词： 燕辽地区   基性岩床   环境效应   中元古代   数值模拟  

摘要： 为了探究中元古代时期地球深部动力与全球碳循环过程、环境变化及星球演化的关系,选取北京黄土贵剖面,对1.32 Ga燕辽地区基性岩床的侵位特征及环境效应进行研究。通过岩石学及数值模拟分析,发现1.32 Ga基性岩床以“岩浆指”的形态侵位于围岩中,对围岩产生显著的热效应,使富碳围岩中有机质的镜质体反射率显著提升,有机质由未成熟阶段演化至过成熟阶段;该期基性岩床侵位于华北以及北澳大利亚克拉通地层,热释气量可达3.61×10^(12) t当量的CO_(2),促进地壳沉积物中碳的活化,具有明显的环境效应。

关键词： 仿生机器鱼   俯仰运动   数值模拟   协同推进   胸鳍攻角  

摘要： 针对胸鳍运动参数与仿生机器鱼俯仰运动之间的关系不够明确的问题,基于计算流体力学(CFD)数值模拟机器鱼在水中的俯仰运动,对俯仰运动步态行为进行分析。建立机器鱼模型和三维胸鳍模型,设定机器鱼胸鳍运动规律为“椭圆型”,运用最小二乘法对绕Y轴的转角与胸鳍攻角之间的关系进行拟合,得到绕Y轴的转角关于胸鳍攻角和时间的非线性映射关系,分析机器鱼在俯仰运动过程中的运动性能、流场涡结构等,最后,采用实验室仿生机器鱼对仿真结果进行验证。研究结果表明:胸鳍攻角的绝对值越大,机器鱼做俯仰运动的幅度越大;在给定的胸鳍攻角下,绕Y轴的转角关于胸鳍攻角与时间呈二次函数关系;胸鳍在拍动时,胸鳍前后两侧和上下两侧都存在压力差,为鱼体提供推力和升力,支持机器鱼上浮和下潜。仿真结果具有准确性和可靠性。