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关键词： 金属型重力铸造   响应面法   数值模拟   多目标优化  

摘要： 以某铝合金三通阀体为研究对象，通过Box-Behnken法建立以浇注时间、浇注温度、模具温度、铸件传热系数为因素，铸件缩松缩孔体积与二次枝晶臂间距为响应目标的响应面试验设计并进行数值模拟。运用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化，并以优化后的参数进行数值模拟验证。结果表明，当浇注时间7 s、浇注温度715 ℃、模具温度340 ℃、铸件传热系数2 700 W/(m2·K)时，铝合金阀体的成形质量较初始方案有明显改善，通过产品试制与金相分析，证明了此优化工艺方案的可行性。

关键词： 液体火箭发动机   含能材料   喷射雾化   数值模拟   DPM模型  

摘要： 为研究小推力液体火箭发动机内HAN基液体推进剂的雾化特性，基于有限体积法和离散相模型（DPM），构建了毫米级小尺度空间三维压力旋流雾化仿真模型，针对不同雾化喷嘴尺寸和入射压力对HAN基液体推进剂雾化液滴平均轴向速度vz和索特平均直径d32的影响特性进行了讨论，并对雾化旋流的破碎过程和传播机制进行了分析。研究结果表明：HAN基液体推进剂雾化时，燃烧室内部会产生较强涡流场，燃烧室流场在20 ms后趋于稳定。喷嘴直径增加对整体流场速度影响较小，但能使液滴索特平均直径降低，显著增加雾化旋流的穿透力。当压力旋流器喷射压力p增加时，流场内HAN基雾化液滴平均轴向速度衰减率K增加，液滴平均轴向速度增长率k与轴向距离z呈线性负相关。

关键词： 沁水盆地   高煤阶煤层气   水平井   井距优化   地质工程一体化   数值模拟   协同解吸  

摘要： 【背景】井距设计直接影响区块资源利用率与开发效益。合理的井距设计对煤层气田效益开发具有重要意义。“十四五”以来，沁水盆地南部开发区块埋深不断增加、渗透率逐步降低，主体开发技术不断升级，传统井距难以满足现场需求。【方法】以沁南西-马必东区块为例，采用数值模拟与经济评价相结合的方法，以地质工程一体化思路为指导，基于压降扩展协同解吸机理，分析了井距影响因素，建立了煤层气井距研究流程图，明确了给定经济参数下，不同地质条件与工程参数组合下的最优井距。【结果与结论】(1)渗透率、含气量、压裂缝半长是影响井距的重要因素，与井距呈正相关。(2)煤层气井距设计应利用数值模拟技术进行不同地质、工程参数组合下的产能预测和采出程度预测；同时开展经济极限井距计算，兼顾单井评估的最终可采储量（EUR）最大化、采出程度合理化与经济效益优选最优井距。(3)根据沁南西-马必东区块实际地质、工程及经济参数，建立了最优井距值图版，指导了现场生产实践工作，为沁南西-马必东区块产能建设过程中的井距优化设计提供了可靠依据。通过考虑压降扩展协同解吸作用，采用地质工程一体化方法进行合理井距优化，是今后煤层气开发的重要趋势，研究成果可为煤层气田合理高效开发提供有益参考。

关键词： 铝电解槽   嵌入铜棒   电磁流场   数值模拟  

摘要： 本研究采用有限元法来研究铝电解槽阴极钢棒嵌入铜棒对阴极上表面电磁流场分布的影响。研究内容包括：铜棒长度以及铜棒截面积变化对电场的影响，有无嵌入铜棒对全槽电磁流场的影响。研究结果表明，嵌入铜棒有效降低阴极上表面水平电流，水平电流随铜棒长度增加而小幅降低，随截面积增加而显著降低；嵌入铜棒可降低阴极上表面最大电流密度，最大电流密度由16420 A/m2降低到15543 A/m2，缓解阴极上表面电化学腐蚀速率；嵌入铜棒还能改善铝液流场，铝液流速由 0.331 m/s 降低到 0.291 m/s，降低阴极物理磨损速率。最后，采用工业炉底压降测试数据对模拟结果进行了验证，研究结果可用于实际铝电解槽阴极改造。

关键词： 推进剂粘接试件   多角度加载   数字图像相关方法   内聚力模型   损伤演化  

摘要： 提高装药结构完整性对保障固体火箭发动机工作稳定性有重要意义。对HTPB推进剂粘接试件开展多角度拉伸加载试验，拉伸过程中使用双目相机结合三维数字图像相关方法对粘接试件的变形场进行分析；根据试件的细观结构，基于颗粒脱湿、基体断裂以及粘接界面脱粘三种损伤模式，建立了粘接试件的细观内聚力模型并进行数值模拟分析。探索了不同拉剪应力状态下黏接试件的损伤演化规律、开裂机理以及破坏形式。试验结果表明：HTPB推进剂粘接试件在拉剪混合应力状态下更容易发生损伤，随着拉伸角度的增大，试件的承载能力下降并且会产生更大的拉伸位移；临界状态时推进剂粘接试件应变较大的区域即是宏观裂纹萌生的位置。数值模拟结果表明：第一主应力是影响固体推进剂裂纹产生的主要因素并且当第一主应力值大于0.548 MPa时会导致裂纹的萌生；拉伸角度越小，推进剂内部颗粒与基体越容易发生脱湿；拉伸角度越大，推进剂/衬层界面越容易脱粘并且裂纹扩展的位置越靠近推进剂/衬层界面。

关键词： 计算流体力学   转捩   动态特性   圆锥   非定常流动  

摘要： 高速再入飞行器在进入临近空间时，随着雷诺数的增大会发生边界层转捩，改变飞行器的物面压力和摩阻分布，进而影响气动特性和操稳特性。轴对称飞行器由于迎风面和背风面的转捩发生位置不同形成的非对称转捩会产生诱导力和力矩，从而影响飞行器的静/动稳定性。本文基于高速数值模拟软件分析转捩对尖锥的静/动稳定性影响规律，通过给定圆锥壁面转捩位置，在其法向扩展构造出转捩控制面实现了不同形状和位置的强制转捩模拟，强迫俯仰振动下的非定常流场数值模拟和分析结果表明：非对称转捩阵面会影响尖锥气动力/力矩的变化，随着转捩阵面后移，俯仰静稳定性降低，而动稳定性增强；边界层转捩诱导出压力和摩阻增量，在总附加力矩动导数中压力分量占主导。

关键词： 水凝胶   水分子扩散   裂纹尖端变形   实验分析   数值模拟  

摘要： 水凝胶中的水分子扩散作用对其力学行为具有显著影响。现有的水分子扩散作用下水凝胶断裂行为的实验研究主要集中于对宏观裂纹的观测，尚未有关于水环境下水凝胶裂纹尖端场的观测实验。而有关水分子扩散对水凝胶裂纹尖端变形场影响的研究仅停留在理论分析阶段，亟需不同工况下的实验结果对理论预测进行验证。本文基于自主设计搭建的力化耦合拉伸平台，选取PAAm水凝胶作为研究对象，基于数字图像相关性（DIC）方法，通过实验手段研究恒定力载荷和恒定位移载荷工况下水分子扩散对水凝胶裂纹尖端变形场的影响，揭示了不同工况下裂尖水分子非平衡态扩散竞争机制。基于水凝胶大变形与水分子扩散耦合的平衡态理论，对恒定力载荷工况下水凝胶裂尖变形场进行有限元模拟，分析裂尖水分子扩散行为的动力学机制。通过对比油环境和水环境下的实验结果，揭示了水凝胶与外界环境之间的水分子扩散行为对裂尖变形场的影响具有主导作用。

关键词： 锚式板桩墙   水泥搅拌桩   侧向减载   离心模型试验   数值模拟  

摘要： 水泥搅拌桩的侧向阻挡作用在软土地区基坑、码头等挡土结构工程应用中逐渐得到重视。本文采用土工离心模型试验研究了主动区水泥搅拌桩加固对锚式板桩墙侧向响应的影响；同时建立三维有限元数值模型对离心模型试验结果进行反演分析，进一步深究水泥搅拌桩复合地基的侧向减载效应及结构-土的相互作用机理；明晰了水泥搅拌桩桩长、桩间距及强度等地基加固参数对锚式板桩墙侧向减载效能的影响规律。结果表明：主动区水泥搅拌桩的设置会产生水平土拱效应，导致侧向荷载更多地被桩体承受，而桩间土体的侧向受力减小，进而削弱了作用于前墙的侧向土压力，有效改善墙体侧向变位和墙身弯矩；与地基未加固情况相比，主动区水泥搅拌桩加固减小了锚式板桩墙侧向主动土压力25.6%，弯矩32.4%和侧向变位26.7%。锚式板桩墙侧向变位随水泥搅拌桩强度、桩长的增大而减小，随桩间距的增大而增大；水泥搅拌桩的侧向减载效果随着开挖深度的增加越突出；当水泥搅拌桩桩长为端承桩，桩间距为两倍桩径时，其可获得较好的侧向减载效果。本研究成果对控制挡土结构变形，降低工程造价提供了思路，可为日后类似工程的设计与施工提供参考依据。

关键词： 河岸   植被带   溢油吸附   数值模拟  

摘要： 内河航道船舶海损及溢油事故时有发生，严重危害附近水体健康。河岸往往涉及植物边界，植物对溢油具有较强的吸附作用。为研究河岸植被带对溢油的吸附作用，建立平面二维水流模型、溢油扩展漂移模型及植物吸附溢油模型，对模型的合理性进行验证后，以三峡库区巫山河段为典型，研究了流速、植物类型和风速对河岸植被带吸附溢油的影响。结果表明，河道流速越大，河岸植被带吸附溢油的速率越大，更容易吸附至饱和状态；不同植物类型具有不同吸附能力；朝向岸边的风速越大，溢油到达河岸植物带并被吸附的速度越快。研究可为河岸植被带对溢油吸附及防治提供一定参考和基础。

关键词： 盾构隧道   埋地钢管   场地参数   敏感性分析   沉降槽宽度   数值模拟   Peck公式   沉降曲线  

摘要： 为探究盾构隧道掘进时场地土体参数对埋地管道力学响应的影响规律，建立管-隧三维有限元数值模型，探究了土体弹性模量、内摩擦角和黏聚力等关键土体参数对管道沉降量、沉降槽宽度和应力的影响规律及敏感度。通过三维盾构隧道下穿施工有限元模拟，对比分析了不同场地中埋地管线受盾构掘进施工的力学响应差异，以及对场地土体参数的敏感度大小。结果表明：各类场地中管道的沉降曲线符合高斯函数分布，但沉降量和沉降槽宽度差异显著，土体弹性模量、内摩擦角和黏聚力的增大会减小管道的沉降量和沉降槽宽度，内摩擦角的影响最大，其次是黏聚力和弹性模量。为保证盾构隧道掘进下埋地管道的安全运行，既要关注管道的最大沉降量，也要注意沉降槽宽度，研究结果从敏感度的角度量化了埋地管道受不同场地土体参数的影响程度，可为相关工程及分析研究提供参考。