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关键词： 微观偏析   溶质再分配   TiN析出   数值仿真   连铸拉速   凝固过程   偏析度  

摘要： 含钛微合金钢在连铸过程中易析出具有尖锐棱角结构的TiN夹杂物，其引发的应力集中效应对钢材力学性能和使用寿命产生负面影响。TiN析出与钢中溶质元素Ti、N的偏析行为紧密相关，通过构建微观偏析-宏观传热-TiN析出热力学的多尺度耦合模型，并基于三维切片方法建立了连铸全域凝固模型，研究了多元合金凝固行为以及溶质再分配过程对TiN析出的影响规律。凝固结束后，厚度中心及1/4处钛、氮元素呈正偏析，而铸坯表层处由于受高冷速影响出现负偏析现象。厚度中心及1/4处均呈现出显著的TiN析出峰，表层析出量较小，中心处TiN析出质量分数为0.00034%，1/4厚度处TiN析出质量分数为0.00041%，而在1/4厚度处析出量为中心处的1.2倍，TiN析出分布与板坯液相穴的分布呈现出显著的空间对应关系。探究了拉速变化对溶质偏析及TiN析出的影响，研究结果表明拉速的提高会加剧溶质偏析以及TiN析出行为，当拉速从1.2 m/min提升至1.4 m/min时，拉速每提高0.1 m/min，坯壳厚度平均增长率为8.52%，凝固终点位置将延长1.1m，铸坯中心处溶质氮的偏析度平均增幅约为0.91%，钛的偏析度平均增幅约为1.15%，TiN质量分数平均增幅为0.35%。研究结果对提升微合金钢铸坯质量和控制有害夹杂物具有理论指导意义。

关键词： 激光切割   离散相模型(DPM)   放射性气溶胶   收集效率   数值模拟  

摘要： 核设施退役中涉核设备的切割与解体是必不可少的关键工艺，激光切割过程中产生的放射性气溶胶将对环境造成污染。本研究基于计算流体动力学（CFD）方法，使用离散相模型（DPM）针对激光切割作业过程产生的气溶胶流动行为开展仿真模拟，探究局部通风条件下集气罩角度和抽吸流量两种因素对气溶胶收集效率的影响，为实际激光切割作业场景下的气溶胶有效控制提供理论指导。研究结果表明，减小集气罩角度能够更有效地收集激光切割产生的气溶胶，同时增加抽吸流量也能够在较大程度上改善收集效率。因此，在实际作业中要选择风量较大和集气罩布置角度较小的方案进行布置。

关键词： 地下工程   储罐   数值模拟   围岩压力   埋深  

摘要： 依托某复杂超大断面地下储罐工程，基于生死单元法及软变模量法，建立数值模型，研究不同埋深及围岩等级工况下地下储罐工程竖向应力荷载形式。结果表明，对于不同等级围岩，支护结构表面整体竖向应力呈中心轴对称分布；Ⅰ，Ⅱ级围岩压力较接近，呈反W形分布，Ⅲ～Ⅵ级围岩压力呈U形分布；围岩压力在两侧距离起始点2m左右距离位置出现阶跃现象，设计中应当重点关注，该位置恰好为罐体环梁所在部位，这一发现证实了环梁设置的必要性。

关键词： 不均匀地基   大跨径拱桥   拱座基础变形   数值模拟   沉降监测  

摘要： 针对大跨径拱桥在不均匀地基条件下的变形控制问题展开研究。对比分析局部桩基加固、满堂桩基加固、局部注浆加固和满堂注浆加固这4种方案对拱座地基变形的控制效果。研究发现，未加固情况下，地基最大沉降达到50.7 mm，基底不均匀沉降差达8.8 mm，表现出明显的沉降变形及不均匀沉降现象，显著影响结构稳定性。局部桩基加固方案通过桩体荷载分担、刚度协调及水平位移约束机制，将最大沉降量降低至40 mm，不均匀沉降率降低至4 mm，优于满堂桩基（最大沉降46.4 mm）及注浆加固方案（变形控制效果不足）。现场监测显示，加固后地基沉降经历快速固结、速率衰减及稳定三阶段，最终沉降量为27～30 mm，与有限元计算结果吻合，验证了局部桩基加固的有效性与数值模型的合理性。研究成果可为复杂地质条件下大跨拱桥地基处理及监测提供参考。

关键词： 水电工程   深厚覆盖层   渗透系数   反演分析   数值模拟   帷幕灌浆   INFO-SVR-Adaboost模型  

摘要： 针对深厚覆盖层坝址区三维渗流场分析时地层渗透参数难以精确确定的难题，提出了融合向量加权平均算法（INFO）、支持向量回归（SVR）与自适应提升集成学习算法（Adaboost）的智能反演框架，构建了INFO-SVR-Adaboost混合代理模型；基于原位渗透试验数据，实现了深厚覆盖层坝址区渗流参数最优反演，显著提升了渗流参数反演精度和反演效率。反演绝对误差均值为0.011 m，标准差为0.008 m，所有测点误差比例均低于0.084，验证了混合架构对全局优化机制建模的有效性。以易贡藏布流域某水电站为例，基于包含右岸古河槽防渗体系、坝基及左岸防渗帷幕和大坝的三维数值模拟计算，揭示了天然工况和正常蓄水位工况下渗流场分布与渗控模拟效果，认为古河槽段深厚覆盖层为渗漏优势通道，对渗漏量起控制作用。

关键词： 水-热耦合   变形规律   数值模拟   冻土路基   有限元  

摘要： 为探究寒区路基在水-热耦合作用下的变形机理，本研究以鹤哈高速（G1111）苔青至伊春段（62.44km）为对象，构建二维水热迁移耦合模型，结合现场监测与数值模拟方法，揭示冻融循环过程中路基温度场、水分场与变形场的相互作用规律。基于相变传热与非等温水分迁移理论，采用Abaqus软件进行仿真分析，在路基横断面上自左侧路肩至右侧路肩按1.25m间距均匀布设9个综合监测点，量化路基表层冻胀与融沉阶段的变形特征。结果表明：冻结期模拟路段路基表层最大冻胀位移可达8.48mm，横截面变形呈抛物线分布；春季融沉速率（0.12mm/d）显著高于冻胀期（0.07mm/d），且11月至次年1月的冻胀速率较1-2月高18.7%；竖向位移极值与地温梯度呈负相关。研究成果为寒区道路抗冻设计与病害防控提供了理论依据。

关键词： 半赫斯勒合金   热发电器件   有限元模拟   数值模拟  

摘要： 由于能够实现热能和电能的直接转换，中高温区热电器件在深空探测、工业余废热回收等领域具有巨大的应用潜力。半赫斯勒合金由于优异的机械性能、热稳定性和良好的热电表现，成为中高温区热电器件制作的有潜力的候选材料。然而与半赫斯勒热电材料的研究相比，相应的器件研究还远远滞后，制约了其大规模的工业应用。本研究首先制备了高性能P型和N型半赫斯勒合金，采用自主设计的石墨模具成功钎焊组装了单对半赫斯勒热电器件。之后采用有限元分析方法对单对器件进行三维仿真建模，同时建立一维数值模型进行对比。除此之外，开发了一套自主集成的综合测试系统，系统地表征了单对器件的输出功率、转换效率等关键热电性能。两种模型仿真预测结果与实验测量数据高度一致，在工作温差达到538K时，最大输出功率和最大转换效率分别为0.28W和7.34%，能够与目前报道的器件最佳性能相媲美。本研究结果可以为半赫斯勒热电器件的实际制作、仿真建模和表征测量提供参考。

关键词： 混凝土泵送   多相流   气体体积分数   管道压力   管壁激励力   数值模拟   计算流体动力学与离散单元法  

摘要： 针对混凝土在泵送过程中受吸入气体的影响由定常流动转变为非稳态流动，严重影响了泵车臂架稳定性这一问题，对泵车管道内混凝土非稳态流动特性进行了研究。首先，根据C40混凝土的主要材料属性，建立了泵车管道内流体区域的几何模型，并对模型进行了网格划分；然后，建立了流体流动的数学模型，引入了气相和液相控制方程、固体颗粒运动方程和层流模型，设置了边界条件和介质属性，并基于计算流体动力学与离散单元法（CFD-DEM）耦合算法进行了数值计算；最后，采用了实车实验，将数值模拟结果与实验结果进行了对比验证，并根据数值模拟比较了气体体积分数对直管和弯管中混凝土流动特性的影响。研究结果表明：进入气体体积分数越大，直管和弯管压力越小，直管激励力越小，弯管激励力不受影响；直管激励力波动在150 N以内，弯管激励力波动在100 N以内，当气体体积分数在30%左右时，臂架振动最小。该研究结果可为泵车混凝土非稳态泵送提供理论参考。

关键词： 板柱结构   火灾   爆炸   耦合效应   动态响应   数值模拟  

摘要： 为探究火灾-爆炸耦合效应对板柱结构动态响应的影响，本研究通过数值模拟的方法，先通过现有试验充分验证所建立火灾与爆炸模型的有效性，再通过火灾-爆炸耦合模型定量分析火灾-爆炸耦合效应中不同参数（火灾时长、炸药当量、爆炸比例距离以及起爆位置）对板柱结构动态响应的影响。研究结果表明，所建立的火灾模型和爆炸模型在各参数上均能较好地与原有试验相拟合，具有较高的准确性，且耦合模型的损伤叠加率、位移放大率和频率衰减比均大于1，火灾与爆炸对结构产生的损伤、残余位移和频率衰减并非线性叠加，而是存在加剧的协同耦合效应。拓展参数分析发现：火灾时长的增加会劣化材料、削弱钢筋的塑性耗能，也会削减结构承载力，使其在2 h左右达到临界强度；炸药当量的增加会显著增加结构的损伤区域，使结构产生更大的应力集中效应，进而在节点区域产生严重的冲切破坏；炸药紧贴结构表面不如炸药与结构保持较小距离所造成的爆炸动态响应强烈，且在比例距离为0.18 m/kg1/3左右时最强；炸药靠近柱子时，损伤集中在柱节点区域且柱底反力大，反力波到达时间迅速，炸药靠近板时，损伤区域扩大但柱底反力变小，反力波到达时间变迟缓。

关键词： 活化作用   裂缝成因   新生代   数值模拟   渤南低凸起  

摘要： 中新生代多期次构造运动叠加产生的复杂裂缝网络是渤海海域渤南低凸起太古宙基底、古生代碳酸盐岩中油气运储的主要空间。由于后期成岩作用与岩浆作用的改造，中生代产生的裂缝普遍被充填，现今支持油气运储的有效裂缝主要是新生代对中生代先存裂缝“活化”的结果，但这种活化作用发生的具体时间和机制尚不清楚。为解决上述问题，本文基于渤南低凸起太古宙基底的岩土三轴实验结果计算其岩土力学参数，通过地震剖面解析和二维平衡恢复计算各时期古应力状态，结合多物理场断裂分析软件MultiFracS对渤南低凸起新生代的先存裂缝活化过程开展了详细研究。研究结果表明：1）喜山期伸展环境下先存裂缝发生活化产生的新裂缝控制了渤南低凸起太古界储层的形成；2）渤南低凸起在孔店组—沙河街组时期、东营组时期、平原组时期共发生了3次伸展作用，这3次伸展作用都可以使太古界中的中生代先存裂缝发生活化产生新裂缝，但支持渤南低凸起油气运储并形成规模性储层的有效缝主要产生于平原组时期；3）由于上覆巨厚地层产生的压力作用于太古宙基底，伸展背景下水平地应力减小会使得基底受到的差应力显著增大，同时先存裂缝会弱化岩体形成薄弱带，增大的差应力作用于薄弱带并使其周围和内部发生破裂产生缝缘缝和缝中缝就是活化作用的本质，因此上覆地层产生的压力是先存裂缝活化的主要驱动因素，与上覆地层压力夹角较小的燕山期裂缝相较于印支期裂缝更容易响应其驱动发生活化。