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关键词： 饰面砖系统   聚脲   加固   拉拔试验   数值模拟  

摘要： 大量外墙饰面砖系统面临界面脱粘问题,可能引发饰面砖脱落并造成经济损失和人员伤亡。传统维修手段存在修复成本高、旧面砖再利用率低、新面砖生产能耗高等问题。该文提出了在机械锚固的基础上采用聚脲材料覆盖外墙饰面砖系统的新型原位加固技术,并分别对未加固的饰面砖系统和利用聚脲涂层加固的饰面砖系统进行了拉拔试验。结果表明:聚脲涂层使系统的破坏模式从脆性破坏转变为延性破坏,大大提高了系统的承载能力和变形能力。此外,建立了加固前后饰面砖系统的三维有限元模型,采用内聚力模型模拟饰面砖-砂浆与饰面砖-聚脲的界面损伤行为,数值模拟结果与试验结果吻合较好。

关键词： 深部岩石   本构模型   数值模拟   黏弹塑性  

摘要： 深部原位赋存环境致使深部岩石具有明显的黏弹塑性变形行为。针对矿井深部岩石的黏弹塑性变形行为,基于一致性导数推导了Abel黏壶本构方程,并建立了三维黏弹塑性元件本构模型。采用局部微分代数方程组的残差形式及其隐式方法进行求解,同时依托MFront,MTest与FEniCS软件进行了数值模拟实现。利用解析解与实验数据验证了本构模型的可靠性,且具有较好的收敛效果。模拟实验表明:本构模型可以很好的描述围压变化条件下的岩石三轴压缩及其扩容效果。通过控制本构模型的相关参数可以有效的分析蠕变过程中的黏弹性变形行为。

关键词： 离心泵   机械密封   变工况   数值模拟   几何参数  

摘要： 离心泵在设备启停阶段,可能会因泵体内部压力发生急剧变化、机械密封接触不良等原因导致机械密封短暂失效。文章针对上游泵送机械密封通常在变工况条件下发生密封失效的问题,对失效原因进行了分析。分析显示,原有动压槽为单向螺旋形,其在设备变工况条件下容易出现密封效果不佳的情况是导致密封失效的根本原因。为解决这一问题,结合双向槽结构特点,设计出一款新型双向连通槽。通过数值模拟对双向连通槽的流体膜转速、压力、泄漏量等进行了研究,结果表明:动环顶端受到的压力最大;密封环外径速度最大;当槽深小于6μm、槽数在8~10之间、台宽比为0.3~0.4、坝长比小于0.5时,可以使机械密封在变工况条件下达到良好的密封效果。根据上述研究结果对双向连通槽的结构参数进行了优化。

关键词： 混相湍流   破碎波   翻卷射流   封闭模型   数值模拟  

摘要： 波浪破碎过程伴随着大量空气卷入,会形成水、气充分混合的混相湍流,对其发展数值模拟方法与湍流封闭模型是当前研究的难点。本文综述了混相湍流的数值模拟研究进展,重点介绍了高密度比两相流模拟的数值稳定性问题和解决方案。针对传统方法在界面捕捉与动量方程求解格式不一致导致的数值不稳定性问题,近期提出的密度预估-同步法通过显式求解质量输运方程,实现了高密度比条件下的稳定计算。本文详细阐述了该方法的控制方程、时空离散格式及界面捕捉技术,并通过经典算例验证了其有效性。此外,以射流、尾流和船首波破碎为例,分析了混相湍流的流动特征,揭示了弗劳德数对湍动能和湍流质量通量的影响。在封闭模型方面,对比了代数型与动力学模型的优劣,指出动力学模型虽更具理论潜力,但需进一步解决组合项封闭问题。最后,展望了混相湍流数值模拟研究的未来研究方向,如建立标准的算例数据库和通过GPU并行优化提高计算效率等。本文研究可为混相湍流的模拟与建模提供参考。

关键词： 混凝土结构   异形曲面结构   预应力技术   数值模拟   结构监测   应力分布   变形控制  

摘要： 以某新建工程的预应力混凝土结构为研究背景,探讨了预应力技术在解决结构不利应力分布问题和控制结构挠曲变形中的作用。通过采用数值模拟和实体结构监测的方法,着重分析了预应力筋的布置如何有效地改善异形曲面结构的压拱效应,减少由板厚变化及不规则形状引起的不利拉压力分布,从而降低结构的开裂风险和提升整体结构刚度。研究发现,预应力筋不仅对改善双层异形曲面结构的内力分布有增益效果,而且能够通过建立新的结构传力路径有效控制局部及整体的变形。

关键词： 公路隧道   复合式套拱   加固技术   数值模拟  

摘要： 以规范、标准为依据,从素混凝土和钢筋混凝土对二衬结构受力理论计算方法和适用情况进行介绍,对隧道外业病害调查、建立有限元模型、外荷载计算、边界约束、受力计算等方面注意事项进行分析。以实际工程为例,运用二衬结构受力理论和数值模拟方法对原二衬及套拱加固后结构进行有限元建模、运算分析,结果得到:原二衬在计算断面拱顶位置处安全系数为1.8,规范值值为3.6,二衬在加固后拱顶位置处安全系数为5.48,规范值为2.4,安全系数相比加固前增加204%,加固效果较好,套拱安全系数均满足要求,此结果可为同类隧道加固工程提供理论依据和技术参考。

关键词： 砂石混合体   骨架组分   三轴试验   离散元法   数值模拟  

摘要： 砂石混合体是一种由粗粒废石和细粒砂土混杂而成的具有复杂结构的非连续介质,广泛存在于矿山排土场等工程中,其力学性质较为复杂,与混合体骨架组分与应力传递模式密切相关。而废石占比是影响混合体骨架组分等细观结构的主要因素。从细观结构层次出发,采用离散元计算方法,结合废石与细砂室内三轴试验结果与不规则废石三维扫描壳体,构建了考虑废石实际形状的废石细砂混合体细观分析模型,并采用离散元程序对其开展了不同废石占比条件下的细观结构模拟,探究了废石占比对混合体骨架组分与应力传递模式的影响。结果表明:混合体骨架组分与应力传递模式的转变以及废石骨架完整性的破坏具有临界体积比。该工况下混合体骨架组分与应力传递模式转变的临界废石与细砂体积比为5.7∶1,而废石骨架完整性破坏的临界废石与细砂体积比为5.0∶1。通过分析废石与细砂力链分布、应力分担比与配位数的响应特征,将混合体骨架组分及应力传递模式划分为3类。Ⅰ类:混合体中废石起到骨架作用,该类存在于废石与细砂体积比大于5.7∶1时;Ⅱ类:细砂参与力的传递,但混合体骨架仍以废石为主,该类存在于废石与细砂体积比小于5.7∶1并大于5∶1时;Ⅲ类:废石与细砂两者同时起到骨架作用,该类存在于废石与细砂体积比小于5∶1。

关键词： 混凝土   细观模型   凹凸骨料   氯离子扩散   数值模拟  

摘要： 混凝土内氯离子扩散的细观数值模拟是研究海洋环境下钢筋混凝土结构耐久性的重要手段,开展数值模拟的基础是建立可靠的混凝土细观骨料模型。目前的混凝土骨料模型中大多是围绕规则的圆形、正多边形或简单凸多边形展开的,与实际情况有较大出入,少数学者建立的包含凹多边形的骨料模型,其算法也比较复杂。文章基于蒙特卡罗法原理,实现了三维凹凸骨料的随机生成和投放,使生成的骨料更符合实际骨料的形态特征且算法更加简洁。在此基础上,考虑界面过渡区(ITZ)厚度的变化,将ITZ厚度与粗骨料的大小和形态相关联,定义ITZ顶点的厚度δ与粗骨料中心到粗骨料顶点之间的距离d成比例,比例系数为t,即δ=t×d,粗骨料两顶点之间ITZ厚度呈线性变化。建立了混凝土氯离子扩散细观三维随机凹凸骨料数值模型,通过数值模型计算结果与物理模型试验实测结果的对比,验证了所建立模型的可靠性。针对数值模型计算结果具有随机性的问题,分别建立粗骨料形状为球体、凸多面体、凹凸多面体的混凝土细观三维随机骨料模型各100个,通过对比三种形状下数值模型计算结果的变异系数,证明了文章所建立的混凝土凹凸骨料模型具有更好的稳定性。

关键词： 混凝土重力坝   变形安全监控   可解释机器学习   SHAP值理论   LightGBM模型  

摘要： 针对目前基于机器学习的大坝安全监控模型无法给出模型预测解释的问题,引入SHAP值理论,并结合LightGBM模型,建立了一种具备可解释性的混凝土重力坝变形安全监控模型,且该模型可以量化每个影响因子的具体贡献。工程实例验证结果表明,该模型考虑了变形与环境量之间复杂的非线性关系,更接近真实情况,不仅具有良好的拟合精度和预测精度,还能对模型进行全局和局部的解释。

关键词： 沉井基础   CSM工法   防渗墙   复杂地层   数值模拟   施工技术  

摘要： 以汉南长江大桥南锚碇沉井基础液压双轮铣削搅拌(CSM)工法墙为研究对象,该工程毗邻长江大堤,施工区环境复杂,地下水位高,砂基地层与江水连通,场地水位随季节变化明显,存在水力通道,易造成管涌等风险。锚碇沉井基础施工周期覆盖长江汛期,为避免汛期对沉井施工造成影响,沉井四周设置内径为132m的圆形落底式液压双轮铣搅拌(CSM)工法墙。采用数值计算,结果表明,在沉井下沉不同工况下均满足要求。通过工艺试验,优化设备性能需求,创新提出“钻+铣”施工技术,提高施工工效、保证墙体垂直度与入岩深度,优化分段“四铣四喷”成墙技术与水泥掺入比,取芯验证了成墙完整性、墙体强度与渗透性,确保长江大堤及周边环境安全,保障锚碇沉井顺利下沉。