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关键词： 金属基复合材料   钛铝基复合材料   残余应力   SiC纤维   界面失效模式   纵横向拉伸   有限元模拟  

摘要： 针对SiCf/Ti3Al复合材料在单轴拉伸中产生的热残余应力对拉伸性能的影响，采用ABAQUS有限元模拟结合内聚力模型（Cohesive Zone Model，CZM），构建了包含纤维、基体及界面的三维细观结构模型，分析了复合材料的应力分布、裂纹扩展、界面失效等。结果表明：在横向拉伸中，界面脱黏为主要失效机制，基体内等效应力的重新分配对整体性能起关键作用；在纵向拉伸中，热残余应力导致应力场非均匀分布并影响基体屈服，同时界面径向压应力有效减缓界面脱黏，延缓材料失效。研究结果揭示了热残余应力与界面特性对SiCf/Ti3Al复合材料横纵向拉伸性能的影响机制，为优化纤维增强金属基复合材料的设计与性能提升提供了理论支持。

关键词： 内肋管   强化传热   综合传热性能   数值模拟   场协同  

摘要： 提出了一种新型椭圆内肋与丁胞结合的复合强化传热技术，通过数值模拟考察了Re=8 000～1 8000范围内的流动和热传递特性。考察了丁胞半径、间距、数量对换热效率的影响，优选了最佳组合方式。模拟结果表明：丁胞半径、丁胞数量、丁胞间距对热性能具有显著影响。深度1.5mm、丁胞半径3 mm、丁胞间距20mm、丁胞数量为5时，热交换性能最佳；场协同分析表明，该结构促进强烈二次涡流，增强速度场与温度场协同效应。

关键词： 高温   中空夹层钢管混凝土柱   抗冲击性能   有限元模型   简化计算公式  

摘要： 中空夹层钢管混凝土(concrete-filled double steel tubular，CFDST)柱因其优异的抗火和抗冲击性能，被广泛应用于建筑结构中，但因实验难度大、成本高，CFDST柱在火灾与冲击耦合作用下的动态响应研究仍然不足。本文基于有限元平台，采用完全热力耦合法，考虑温度软化和应变率对材料本构特性的影响，建立了CFDST柱在20、200、400、600和800℃下的侧向冲击有限元模型。在对CFDST柱抗火和抗冲击试验进行有限元模型验证后，对CFDST柱在不同温度下的破坏模式、应力分布、冲击力与变形特征、接触应力和能量变化等动态响应进行分析，然后利用该模型进一步考虑了轴压比、空心率、混凝土强度和名义含钢率等参数对高温下CFDST柱冲击力平台值和跨中最大挠度的影响，最后给出了CFDST柱在高温与冲击耦合作用下的动态抗弯承载力和跨中最大挠度的简化计算公式。研究结果表明：高温下CFDST柱遭受侧向冲击时主要发生弯曲破坏，在构件跨中和两端形成明显的塑性铰，且外钢管是CFDST柱的主要耗能部件。温度大于400℃后，CFDST柱的跨中挠度增长幅度显著增大，冲击力平台值急剧下降；轴力对CFDST柱具有削弱作用，当轴压比大于0.2时，削弱程度更加显著；空心率从0.3增大至0.7和混凝土强度从30MPa增大至60MPa可明显提高800℃下CFDST柱的抗冲击性能，而名义含钢率从0.043增大至0.103对其影响较小；公式计算的动态抗弯承载力和跨中最大挠度值与模拟值吻合较好。

关键词： 预旋系统   数值模拟   流动换热   功率损耗   入口质量流量   入口气流角   涡轮转速   函数拟合  

摘要： 涡轮预旋系统的功热转换特性直接影响旋转动叶对腔内气流的冷却效果。为确保充分冷却透平叶片与轮盘同时降低泵功损耗，针对涡轮盘腔内流动和换热特性展开研究。利用计算流体力学方法建立涡扇发动机预旋系统的二维轴对称旋流模型，对典型工况和考虑多因素影响时预旋系统内气体的流动换热特性进行数值研究，结合理论分析揭示了预旋系统泵功损耗特性与预旋喷嘴入口质量流量、入口气流角及涡轮转速的关联机制。结果表明：随入口气流角从12°升高到15°，泵功损耗平均增加3.19%；入口流量范围为5 kg·s–1～ 7 kg·s–1时，流量增大1 kg·s–1，泵功损耗增加36.01%；涡轮转速范围为8000 r·min–1～ 16000 r·min–1时，转速升高2000 r·min–1，泵功损耗增加20.06%。通过多项式函数拟合建立泵功损耗关系式，系统功耗特性与入口质量流量和涡轮转速具有强关联性。

关键词： 压气储能地下洞室   地应力   密封钢衬   混凝土损伤   数值模拟  

摘要： 压缩空气储能（compressed air energy storage， CAES， 压气储能）电站的地下储气洞室的压力与直径乘积（pressure × diameter， PD值）极大，因此密封钢衬的受力状态对于电站长期安全运行至关重要。基于ABAQUS平台，同时考虑材料的非线性特征，以及密封钢衬与混凝土衬砌之间的接触非线性，分析了围岩初始地应力对密封钢衬应力和混凝土衬砌损伤发展的影响机制。结果表明：在侧压力系数k由0.25增大至2.5的过程中，密封钢衬的应力峰值呈现先减小、后逐渐增大的趋势，密封钢衬高应力区、混凝土衬砌损伤严重区及围岩塑性区均从顶部和底部逐渐转移至腰部，且当侧压力系数k等于1.0时，结构与围岩沿圆周受力最为均匀；在卸压检修期，密封钢衬顶部与混凝土衬砌之间将形成缝隙，且缝隙值随着侧压力系数k的增大先减小再缓慢增大，但侧压力系数k大于1.0后敏感性降低；围岩地应力对衬砌结构力学响应的影响机制主要是通过调整运行期围岩环向应力状态，从而改变围岩塑性区分布，最终影响混凝土衬砌与密封钢衬的外部约束刚度。该研究对于通过数值模拟方法开展压缩空气储能地下洞室技术论证时考虑初始地应力的影响具有参考价值。

关键词： 非金属爆炸声源   声源级   季戊四醇四硝酸酯   水下爆炸   冲击波   有限空间   ANSYS   数值模拟  

摘要： 针对传统换能器体积大、功耗高以及现有大尺度爆炸声源经验公式在微型化声源中出现尺度效应不适配问题，本研究基于小当量装药特性，通过药量-体积等效计算，设计了圆柱形树脂外壳，并采用3D打印技术制备。利用 ANSYS 平台建立了微型非金属爆炸声源数值模型，分析了装药量与声源级的定量关系。通过400m标准基距下的收发合置实验，采用定深悬浮装置进行等深布置，实测数据与数值模拟结果的误差在1～7dB范围内，验证了该微型爆炸声源设计方法的精确性和可靠性，为优化微型爆炸声源提供了有效技术支撑。

关键词： 氢气迁移   蒸汽冷凝   平板冷凝   数值模拟   氢气浓度   气体流态   安全壳   多组分气体  

摘要： 当核反应堆发生严重事故时，会产生氢气扩散到安全壳中，高浓度的氢气将对安全壳的完整性产生威胁。为了掌握氢气的迁移行为从而防止氢气聚集，本研究采用数值模拟的方法建立了三维计算模型，分析了不同结构的壁面冷凝作用下，氢气占比从10%增大至70%时气体流态的变化规律。结果表明：随着氢气浓度的增大，竖直平板和倾斜管外的气体将依次呈现重力流、分离流和浮力流三种流态，而倾斜平板外的气体将从沿倾角向下流动转变为沿倾角向上流动，在转变过程中由于密度梯度的不均匀产生不稳定流。研究结果有助于揭示氢气在事故条件下可能聚集的区域，为后续采取消氢措施的研究提供基础。

关键词： 磁流体力学   液滴动力学   液滴撞击   数值模拟  

摘要： 采用数值模拟方法系统研究了外部垂直磁场作用下金属液滴撞击同种液体液池的动力学行为.基于轴对称坐标系,结合改进的流体体积法(VOF)与自适应网格细化技术,有效提升了界面追踪的精度与计算效率.洛伦兹力被简化为外部体积力.研究涵盖了雷诺数700～13 000及韦伯数40～520的广泛参数区间.通过对撞击过程中涡结构的演化分析,将撞击现象划分为无涡脱、主涡脱和卡门涡街3种典型模式,并据此构建了涡结构与射流形态的相图.结果表明,磁场强度和表面张力的增加均对溅射行为具有显著抑制作用,且二者均可诱发从无涡脱向主涡脱的转变.然而,在高雷诺数区域,表面张力对射流的抑制作用更为显著,而对涡环结构影响有限;垂直磁场则不仅影响涡环的形成与演化,还能有效减缓射流的径向扩展速度.进一步研究发现,在连续涡脱并形成卡门涡街的情形下,首次形成的射流在颈部区域呈现周期性摆动,其摆动频率与卡门涡街的脱涡频率密切相关,垂直磁场对射流初始摆动表现出非单调调控效应.

关键词： 瓦斯抽采   “U”型井   数值模拟   产气特征   抽采体系  

摘要： “U”型井瓦斯抽采是高瓦斯矿井瓦斯综合利用与治理的重要技术手段。将“U”型井技术特征、适应条件与保德煤矿煤系储层特征相结合，以8#煤层“U”型井瓦斯抽采现场实践为研究对象，对钻井设计布置、精准定向钻进技术、精准对接连通技术进行了总结阐述，依据无因次产气率分析了“U”型井产气特征。基于煤体变形控制方程、煤基质瓦斯扩散方程、裂隙瓦斯渗流方程建立煤层瓦斯运移流固耦合数值模型，分析了“U”型井周围煤层瓦斯压力分布、瓦斯含量分布及渗透率随时间变化规律。结果表明，保德煤矿采用的“直-增-稳-增-平”五段制轨道设计、精准定向钻进、精准对接连通等关键技术保证了“U”型井工程的顺利实施；“U”型井瓦斯抽采产气规律呈现典型的三个阶段，分别为排水降压阶段、稳产阶段和递减阶段；“U”型井瓦斯抽采周期较长，距抽采井距离较远处煤层瓦斯很难被抽出，且由于大量吸附态瓦斯的赋存，煤层残存瓦斯量较大，需建立地面-井下一体化瓦斯抽采体系。研究结果可为国内高瓦斯矿井瓦斯综合治理提供借鉴。

关键词： 花岗岩   热损伤   微观CT   动态观测   数值模拟  

摘要： 花岗岩在微观尺度的非均质性影响其在受热环境下裂缝的形成与发育。本文依据高精度原位同步辐射CT观测，分析了一个Westerly花岗岩样品先存孔隙的赋存状态，以及加热到395°C过程中热裂缝的形成与发展；随后，基于CT图像进行离散元建模，模型中包含先存孔隙和不同矿物，模拟研究热裂纹形成与发展规律，并与CT观测结果对比。CT图像分析表明，花岗岩中除了存在微小孔隙，不同矿物颗粒之间发育较多裂缝；大约100°C时就有新生裂缝形成，200°C以上可以观察到较大裂缝形成并随后发展成连通的孔隙网络。离散元数值模拟表明，热裂纹主要沿不同矿物颗粒的交界面发育，裂缝形成温度和分布规律与CT观测具可比性；对比不含先存孔隙的模型，发现原生孔隙的存在使得矿物晶体内部热应力值略低，但同时岩石热裂纹的起裂温度明显降低——这意味着含先存孔隙的花岗岩在200°C以下就已发生损伤。这些认识有助于深入理解不同花岗岩的热损伤发展规律，并为岩石受热破坏的预测提供参考依据。