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关键词： 空间变异性   隧道开挖   强风化板岩   围岩稳定性   数值模拟  

摘要： 采用直剪试验对含层理围岩抗剪强度参数进行标定，建立盾构隧道开挖数值模型，研究不同层理倾角条件下岩体中围岩松动区分布规律及盾构开挖后围岩变形分布规律。结果表明：层状围岩变形破坏形态与层理倾角相关，当层理倾角小于45°时，主要为层理拉伸破坏，当层理倾角为45°～60°时，主要为拉剪破坏，当层理倾角为60°～90°时，围岩破坏模式为围岩层理间的剪切破坏；含层理构造时围岩松动区深度可达1.4～2.2倍隧道开挖直径；围岩松动区范围及延伸方向受层理倾角影响，松动区分布具有明显的非对称性。

关键词： 均质土石坝   漫顶溃决   数值模拟   参数敏感性分析   结构优化  

摘要： 针对土石坝抵御超标准洪水漫顶溢流能力较弱的问题，应用FLOW-3D平台建立土石坝漫顶溢流水动力模型，基于标准RNGΚ-ε紊流模型与VOF法开展不同结构特性与致灾动力条件下土石坝漫溃固液两相流数值模拟研究。结果表明：发生漫顶时，溃口起动时间及坝体溃决历时与坝顶宽度呈指数形式增长，坝顶宽度增加至8 m，延时时长增长率近乎于1；随着上游坝坡放缓，溃口发生历时呈现先减小后增大的趋势，在接近1:2时达到最小值，而漫溃历时与上游坡比成负相关，坝体漫顶溃决历时稳定延长近20s；对于不同坝高土石坝，增加坝体高度至15m时，溃口起动时间与侵蚀破坏历时同时呈上升趋势，并在15m时达到最大值，此后，随着坝体高度的继续增高，溃决历时呈现先下降再上升最终趋于稳定的趋势，溃口形成时间不断提前，每增高5m减少近90s；当入库流量不断增大时，土石坝漫顶溃决历时明显缩短，溃口横向侵蚀与纵向侵蚀加剧，溃口不断拓宽，断面峰值流量出现时间明显提前。本研究对土石坝设计建设具有理论指导意义。

关键词： 相变储热   矩形翅片   翅片布局   数值模拟   结构优化  

摘要： 在相变材料（phase change material, PCM）中嵌入翅片是增强相变材料与传热流体（heat transfer fluid, HTF）间传热最有效的方法之一。本文针对无翅片及具有不同翅片分布位置的管壳式潜热储能装置中的PCM熔化过程进行了详尽的数值研究。重点是根据PCM瞬态温度变化、液相分率以及熔化边界和温度云图来评估加入翅片以及翅片分布方式对相变材料熔化过程的影响。通过对5种不同翅片分布位置的模拟分析，分析了确定了翅片的最佳分布位置。研究结果表明，PCM在熔化过程中受到自然对流的影响，表现出显著的不均匀性。与无翅片结构Case A相比，Case B、Case C、Case D、Case E和Case F分别使PCM的完全熔化时间缩短了75.68%,75.14%,44.54%,78.14%和85.25%。这一数据充分证明了翅片结构在优化熔化性能方面的显著作用。为未来进一步优化管壳式潜热储能装置的设计提供了宝贵的参考依据。

关键词： 燃气轮机   进气系统   积冰   数值模拟  

摘要： 在高寒高湿的地区，地面和船用燃气轮机进气系统易发生积冰现象，目前国内外对燃气轮机进气积冰研究仍处于起步阶段。本文基于外流场、水滴场以及积冰热力学计算原理，提出了复杂结构及流场条件下的积冰预测方法。建立了某型燃气轮机2.5级模化压气机复杂进口部件模型，对不同平均粒径(MVD)、液态水含量(LWC)、风速和温度条件下流场分布、水滴收集特性以及积冰特性进行了模拟研究。结果表明，喇叭口壁面几乎不产积冰；导叶区域积冰主要集中在相对叶高10%～50%内，积冰在压力面区域均有分布，在吸力面区域仅集中在前缘。相关结果对完善燃气轮机进气积冰理论、指导相关防冰系统设计具有重要参考价值。

关键词： 构造混杂岩带   软弱基座   白格滑坡   土工离心机试验   数值模拟   滑坡形成机制  

摘要： 我国青藏高原东缘广泛分布构造混杂岩带，常形成软弱基座型斜坡，其在内外动力作用下极易失稳，制约梯级水电开发和交通廊道等国家重大战略的实施。开展构造混杂岩带软弱基座型滑坡形成机制研究是防灾减灾的关键，具有重要的理论价值和现实意义。本研究以白格滑坡为研究对象，通过细致的野外调查、大型土工离心机物理模拟和数值模拟等手段，开展构造混杂岩带软弱基座型滑坡形成机制研究，研究结果揭示了白格滑坡原始斜坡为一典型软弱基座型斜坡，其变形演化过程可分为四个阶段：（Ⅰ）蠕滑压缩变形下错阶段；（Ⅱ）裂隙及蚀变黏土的发育和扩展阶段；（Ⅲ）锁固段剪胀隆起阶段；（Ⅳ）锁固段剪断、滑坡启动阶段。斜坡的岩性组合特征是控制其失稳模式最根本原因，蛇纹岩带充当软弱基座，在长期的自重应力作用下发生沉降蠕变，坡顶沉降，横向裂缝持续发育扩展逐渐贯通，同时上部岩体不断蠕滑挤压下部阻挡的锁固段岩体，使其发生剪胀隆起。随着时间坡内的节理逐步连通，形成滑动面，底部锁固段剪断破裂，连同主要滑动区域的岩土体一同滑动，引发白格滑坡。研究结果可为软弱基座型滑坡防灾减灾提供科学依据。

关键词： 桥梁工程   裂纹损伤   数值模拟   蜂窝钢梁   压电传感   应力波  

摘要： 钢梁薄弱位置处的裂纹可能会对整体结构安全造成极大危害,为了监测正六边形孔蜂窝钢梁的焊缝裂纹损伤情况,以焊缝带有裂纹的正六边形孔蜂窝钢梁为研究对象,采用Abaqus数值软件,建立了基于压电传感的不同裂纹损伤工况下蜂窝钢梁数值监测模型,研究了压电信号在裂纹损伤蜂窝钢梁数值模型中的影响规律,得到了裂纹长度损伤程度和裂纹深度损伤程度与裂纹损伤指标的关系表达式,明确了不同裂纹工况下应力波在蜂窝钢梁数值模型中的传播过程.结果表明,基于压电传感原理建立了正六边形孔蜂窝钢梁焊缝裂纹损伤监测数值模型,数值模型中采用汉宁窗激励信号及三维黏弹性边界,该边界能够较好地模拟应力波通过裂纹时的衰减效果;随着裂纹长度和深度的增加,压电信号时域幅值会产生不同程度的衰减,且裂纹深度对时域信号的影响较大;裂纹损伤程度越大,裂纹损伤指标值越大,且损伤刚出现时其增长幅度最大,说明应力波传播对裂纹损伤较为敏感;当裂纹长度增大到整个焊缝长度时,压电信号时域幅值衰减了 33.3%,且焊缝附近应力减少了 37.8%;当裂纹深度增加到整个焊缝厚度时,压电信号时域幅值衰减了 95.4%,且焊缝附近应力减少了 99.2%,此时传感器接收到的压电信号很小,焊缝附近钢梁接收到的应力波几乎可以忽略不计.

关键词： 混凝土框架结构   结构监测   日照辐射   裂缝控制   数值模拟   温度场  

摘要： 混凝土框架结构温度效应分析是裂缝控制的基础。对结构施工阶段温度场进行模拟和监测，能指导混凝土早期温度控制，进一步结合结构分析计算施工阶段温度应力，可为开裂预防提供参考。本文基于北京城市副中心站综合交通枢纽工程，开展了混凝土材料热工试验标定热工参数，提出了结构施工阶段温度场精细化数值模拟方法，建立监测系统实时监测结构施工阶段温度场并通过实测数据验证温度场模拟方法。研究表明，混凝土浇筑过程受水化放热、日照辐射、对流换热等多因素影响，混凝土温度变化复杂，冬季最大温升可达28℃，施工阶段开展数值模拟和结构监测可为把握混凝土早期温度裂缝提供支撑。施工阶段温度场模拟需标定混凝土热工参数，同时不可忽视日照辐射的影响。可通过控制内外热源生热控制混凝土早期温度裂缝。

关键词： 环氧树脂   电热联合老化   沿面闪络   等离子体   表面陷阱  

摘要： 干式变压器正在向高电压等级、高功率密度方向发展，长期运行于电热协同等多应力复杂工况下的环氧树脂浇注绝缘更易诱发沿面闪络故障。为研究电热协同老化应力下环氧树脂的沿面闪络特性，该文搭建了交流沿面闪络实验平台，实验发现当老化温度为160℃时，老化80天的环氧树脂试样闪络场强为2.11 kV/mm，下降了25.7%。进一步地，结合带电粒子连续性方程、平均电子能量方程和界面反应表征式建立了环氧树脂沿面闪络等离子体模型，实现了工频下沿面闪络的动态模拟。根据老化实验结果引入随机函数改变介质表面粗糙度，并结合老化后的介电常数模拟环氧树脂准确的电热老化行为，得到了老化前后环氧树脂闪络过程中切向电场强度、电子密度和表面电荷密度的时空演化规律。仿真结果表明，老化环氧树脂闪络发展过程中电子密度和表面电荷密度均增大，12 ns时流注头部电场强度达到1.183 kV/mm，增加近10.87%，且老化会引起闪络演化速度更快。最后，通过表面电荷消散实验对其进行机理解释，发现老化试样表面电荷消散速率明显减弱，深陷阱能级和密度均增大，分别达到1.06 eV和2.56×1016eV-1·m-3，导致材料表面电荷大量积聚，最终造成闪络场强下降。上述研究结果可为干式变压器故障运维及寿命预测提供理论和方法基础。

关键词： 入口流动不均   板翅式换热器   氢正仲催化转化   分布参数模型   数值模拟  

摘要： 耦合氢正仲催化转化的板翅式换热器（PFHE-OP）是氢液化系统中实现流动换热和催化转化一体化的关键设备，入口流动不均是影响其性能的关键因素之一。本文构建了多股流PFHE-OP的分布参数模型，研究了A、B、C三种流体的入口流动不均参数?对PFHE-OP流动换热特性及正仲转化效率的影响；其中A为发生氢正仲催化转化的热流体氢气，B为热流体氦气，C为冷流体氦气。结果表明，当?A、?B、?C从0增大到1.5时，PFHE-OP换热量分别下降3.3%、8.8%和10.0%；?C对换热量的影响最为显著，这是由于C流体作为热流体，其流量大于冷流体A和B流量之和。泵功随?A的增大而增大，随?B的增大而减小，随?C的增大而先减小后增大，单位泵功换热量（HEPUP）随?A、?B、?C的增大而逐渐减小；泵功和HEPUP对?A最为敏感，这是由于A流体通道中填充了催化剂。尽管C流体中未涉及氢正仲催化转化，但是?C对A流体出口仲氢质量分数分布的影响最明显; 当?C从0增大到1.5时，靠近顶部和底部的A流体通道的出口仲氢质量分数下降高达11.9%；?C的增大限制了A流体靠近顶部和底部的通道内的氢正仲转化速率。研究结果可为多股流PFHE-OP的优化设计提供理论指导，促进氢能源的高效利用。