基于ANSYS 应力强度因子法的压力钢管安全评估

基于ANSYS Workbench断裂分析模块,根据某小型水电站压力钢管部分管段纵焊缝未焊透的情况,建立含未焊透缺陷钢管段有限元模型,求解管壁的环向应力,并确定16Mn钢的临界应力强度因子。按照焊缝缺陷特征在管壁建立裂纹的有限元网格,再次计算并提取正常发电工况及水锤工况下钢管缺陷尖点的Ⅰ型应力强度因子。根据临界应力强度因子判断准则,其未焊透缺陷不影响钢管的安全性,在后续检测中未发现缺陷有扩展趋势。     

基于Ansys Workbench的流固耦合下不同开度弧形闸门应力变形分析研究

针对某水利枢纽工程中弧形闸门在流固耦合场中应力变形特征,引入流固耦合分析理论与Ansys Workbench数值计算平台,研究了闸门支座反力特征参数值随开度值增大而逐渐减小,开度值为5.0时,铰支反力与吊支座反力相比开度值0下分别降低了86.7%、95.0%;分析了两支座反力在不同开度下的差异特点。获得了不同开度下闸门在Z向、X向变形特征与分布态势,量值亦是随开度增大而降低。基于不同开度下应力值变化特征,得到了最大拉、压应力与等效应力分别为132.28 MPa、201.48 MPa、184.27 MPa,小开度与大开度下闸门最大等效应力位置会发生变化。论文为研究闸门安全有效运营的开度值提供一定参考。     

考虑主筋约束作用的高压水工隧洞衬砌裂缝开度研究

针对高压水工隧洞衬砌裂缝开度的研究,基于钢筋混凝土有限差分方法,引入Cable结构单元,对衬砌开裂后混凝土—钢筋的联合承载特性进行分析,结果显示,裂缝开裂位置与衬砌力学状态有关。通过探讨运行期高内水压力工况下主筋对衬砌裂缝的约束效果,分析了环向配筋率、钢筋位置、隧洞半径和围岩类别对衬砌裂缝开度的影响,并通过逐步回归分析提出高压水工隧洞衬砌的限裂设计优化方法。结果表明:衬砌最大裂缝开度与环向配筋率、围岩变形模量呈反比,选择适中的钢筋位置可以实现对衬砌的最佳约束;在衬砌限裂的优化设计过程中,建议优先采取固结灌浆等工程措施,改善围岩力学性能,其次提高衬砌环向配筋率以减小最大裂缝开度,将调整钢筋位置和隧洞半径作为衬砌限裂的辅助方法。本文研究成果为高压水工隧洞衬砌限裂设计配筋计算和裂缝预测提供重要参考。     

两种堤坝稳定分析方法的比较

利用改良圆弧法和圆弧法分别计算堤坝的安全稳定系数 ,并将两种方法在材料指标、坝坡、软弱夹层埋置深度和地震力作用等条件下的计算结果进行比较 ,分析夹层对堤坝稳定的影响 .当夹层埋置深度小于坝高 ,夹层的抗剪强度小于坝堤土抗剪强度的 47%或在地震区 ,应采用改良圆弧法计算含软弱夹层堤坝的稳定性 .     

混凝土拱坝横缝开度三维仿真计算研究

采用全过程仿真粘弹性空间有限单元法，耦合非线性接触问题，对混凝土拱坝横开度进行了计算研究，得出了横缝开度随时间变化的情况，计算说明靠近地基和坝体上部的横缝开度较小，不满足接缝灌浆要求，应采取必要的工程措施以确保大坝安全。     

深基坑支护失效模式初探

工程中为了克服安全系数评定基坑稳定性中的缺陷,研究者已开始将可靠性理论应用到基坑分析中,而此理论要求必须正确建立基坑失效模式和功能函数。在前人研究的基础上,通过对深基坑稳定性影响因素分析研究,从失效机理上对深基坑支护失效模式进行探究性总结,提出7种失效模式,并认为此7种模式是相互耦合的,具有一定的相关度,从而为基坑支护体系可靠度的计算奠定基础。     

弧形钢闸门流固耦合自振特性分析

为了使设计的闸门自振频率远离水流的高能脉动主频率段,以保证闸门的安全,采用三维有限元的数值方法,考虑流固耦合作用,得出了弧形钢闸门在不同开度下的自振频率和振型模态特性。计算结果表明:水体对闸门的影响总趋势是使其自振频率降低、振动模态发生变化;闸门的自振频率随着开度非线性变化。     

顶拱欠厚条件下局部锚索失效对隧洞内衬安全影响分析

输水隧洞衬砌顶拱欠厚和局部预应力锚索失效在实际工程中可能会叠加出现，并对工程运行安全造成影响。以某大型输水隧洞为例，选取两个典型洞段，采用仿真技术研究顶拱欠厚条件下一束和两束锚索失效对应力状态的影响。结果显示：顶拱欠厚和锚索失效会对局部区域产生影响，环向为欠厚范围内，纵向为锚索布设间距内；个别锚索失效不会使洞段环向应力大幅度降低，但可能导致顶拱内侧应力超标；内衬纵向应力在张拉阶段产生，充水影响不大；锚索补张拉会使环向压应力得到有效补偿，但纵向开裂将难以恢复；锚索失效部位外侧应力超标，可能导致混凝土开裂，应做好防渗工作。     

基于CFD混流式水轮机转轮空化及涡旋流动数值模拟

采用RNK湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,基于欧拉-欧拉方法中均匀多相流假设的混合两相流体无滑移模型,选用Schnerr and Sauer空化模型,对混流式水轮机转轮进行三维空化湍流数值模拟。利用ANSYS CFX,通过转轮的汽含率云图、流线图、turbo面分析以及转轮进出口压力、速度曲线分析,获得了该水轮机在大开度、小开度下的转轮、叶片以及泄水锥的空泡、涡旋黏度等主要流动特征。计算结果表明:大开度和小开度对转轮的空化影响不同,存在一定规律,即大开度下空化严重而范围比较集中;小开度下空化较轻但发生范围较广;大开度下涡旋黏度偏大,则空泡不宜脱流,即不容易在叶片上产生漩涡;小开度则涡旋黏度小,即叶片上漩涡明显。     

环形钢筋混凝土电杆裂缝深度的超声波检测

研究采用超声波检测环形钢筋混凝土试件和环形钢筋混凝土电杆中裂缝深度的方法,导出纵向裂缝和环向裂缝深度计算公式。对环形钢筋混凝土试件和环形钢筋混凝土电杆裂缝深度的检测结果表明:用本文提出的检测和计算方法对于环形钢筋混凝土构件裂缝深度的检测具有较高的准确度;对于环向裂缝,用两换能器的连线斜跨环向裂缝的布置方法可以基本消除钢筋的影响。     

水泥浆流变性分析及其环空流动的数值模拟

偏心环空流动的均匀性在固井工程中有重要影响。通过实验对三种不同配方的水泥浆进行流变性分析,得到适合水泥浆的最佳流变模式是赫切尔一巴尔克莱(H-B)模式。应用Fluent软件对外径0.24 m(9 1/2”),内径0.18 m(7”)的环空井筒内水泥浆流动进行了数值模拟,得到了偏心度、流速以及流体的流变参数对流动不均匀度的影响规律。模拟结果表明,偏心是引起环空流动不均匀的主要原因。随着偏心度的增加,流动均匀性降低;另外,提高流动速率以及降低流体的屈服应力、稠度系数和流性指数有利于环空流动的均匀性。     

天然气水合物分解对井筒周围土层变形的影响

通过运用FLAC3D软件建立三维土体模型,采用具有塑性流动特性的摩尔库仑模型并参考我国近海海域地形和地质参数,分析水合物分解后的井筒周围土体变形,重点讨论天然气水合物分解范围、土层倾角、井筒与土体间的连接方式等因素对土体变形的影响,对深水天然气水合物的开采土体稳定性和安全性进行评估。结果表明:水合物分解范围对土体变形影响最大,水合物分解范围越大,储层的沉降越大;当分解范围超过某临界值时,井筒周围土体发生破坏。这些结论可为深水水合物开采及勘探时的井筒安全评估提供参考。     

INVESTIGATION ON PRODUCTION CASING IN STEAM-INJECTION WELLS AND THE APPLICATION IN OILFIELD

The casing damage is a serious problem when the steam-injection method is applied in the oilfields.In this work,the commercial software ANSYS is used to predict the thermal expansion and the thermal stresses of casings in steam-injection wells under different conditions,including steam channeling,well shut-in and cavitation in cement ring.The results indicate that nearly no temperature change occurs in oil-layer areas 4.0 m-6.0 m away from the casing center.When steam channeling appears,the maximum Mises stress of both the casing and the cement ring occurs on the interior wall.During the shut-in operation,while the maximum thermal expansion ocurs within the temperature-transition area,the maximum thermal stress will be on the interior wall of casing,exceeding the thermo-elastic yield ultimate stress of N80 steel.Besides,the thermal stress is much higher than the elastic strain limit if certain amounts of cavitations appear in the cement ring.Based on the results,some preventive measures against casing damage are proposed,which are verified through the successful application of TP120TH casings during well completion in Liao'he oilfield.     

深埋隧洞开挖稳定性评价方法对比研究

引入2种等效超载法,并结合强度折减法和超变形法,对深埋隧洞初次开挖支护的稳定性进行渗流-应力耦合计算分析.结果表明,考虑增加初始孔隙水压力和应用弹塑性损伤本构模型均会增加破坏区的范围和最大值;等效超载法与强度折减法产生的破坏区范围差异性较大,且得到的安全系数要大于强度折减法;基于弹塑性损伤模型的强度折减法得到的安全系数...     

坝后背管承载安全性能研究

采用钢筋混凝土非线性有限元法,考虑混凝土软化和分期施工过程,研究了某坝后背管的管坝接缝面应力状态、管道钢材应力和管道外包混凝土裂缝宽度,并且针对调速系统误操作引起的超载作用,研究了背管内水压超载破坏过程,评价了管道的承载安全性能,提出了减少配筋量和提高结构安全度的措施。研究表明:管道设计方案能够安全承载,结构的内水压超载安全系数为2.03;在规范"轴对称"配筋设计方法基础上,管道约束区可适当减少配筋量,环向断面不同位置可采用不同配筋量;提高主变平台以上局部管道的混凝土标号,可使结构破坏形式由局部失稳转化为整体失稳或强度破坏,能提高结构的整体安全度。     

水泥净浆和水泥砂浆材料的Ⅰ型断裂韧度测定

本文针对水泥净浆和水泥砂浆两种灌浆材料，采用三点弯曲梁进行了不同强度、不同尺寸以及不同初始缝高比的断裂试验。根据水工混凝土断裂试验规程，利用试验中测得的最大荷载及对应的裂缝口张开位移计算了水泥净浆和水泥砂浆的失稳断裂韧度，并通过电阻应变片法确定的起裂荷载得到了二者起裂韧度的实测值。试验中发现，水泥净浆并不是一经起裂就失稳破坏，而是在失稳破坏前存在着一个比较明显的裂缝稳定扩展过程。结果表明，随试件强度的提高，两种材料的起裂韧度和失稳韧度均增大，而随试件尺寸和初始缝高比的变化，水泥净浆的起裂韧度和失稳断裂韧度     

锦屏二级水电站深埋大理岩破裂扩展的时间效应

针对在锦屏二级水电站引水隧洞中出现的大理岩滞后破裂现象,采用试验、监测、理论分析等手段综合分析了此现象的内在机理。锦屏二级引水隧洞的最大埋深2525 m,应力和岩体强度之间的矛盾尖锐,埋深的变化导致属于脆性岩石的大理岩也出现了破裂扩展的现象。借助室内压缩试验确定破裂为大理岩的主要开挖响应方式,现场布置的锚杆应力计测量结果及声波测试结果都表明深埋大理岩存在破裂随时间扩展的特点;采用基于应力腐蚀理论开发的应力腐蚀模型PSC可以很好地模拟这一现象。     

水泥固化镍污染土的强度和微观结构特性研究

通过室内无侧限抗压强度试验和扫描电镜技术,对水泥固化稳定后的重金属镍污染土的强度特性和微观结构进行了研究。分析了不同镍离子浓度、水泥掺入量和龄期对水泥固化土强度特性的影响以及不同镍离子浓度水泥土微观结构的差异。研究结果表明：水泥固化镍污染土的强度随着龄期以及水泥掺入量的增长而提高,不同龄期的强度间大致呈线性关系。同时,分析了水泥固化镍污染土变形指标破坏应变以及E50的变化规律。随着镍离子浓度的增加,破坏应变增大,E50降低。得到了破坏应变、E50和无侧限抗压强度之间的相关关系。     

水泥土劣化深度-时间关系预测

为研究水泥土劣化深度-时间关系,进行了水泥土室内劣化,建立了水泥土的劣化深度、完全劣化深度和劣化过渡层深度与时间的幂函数关系式。试验结果表明:水泥土初始强度对劣化水泥土贯入阻力曲线性状无明显影响;劣化水泥土是劣化程度随时间增大的非均质体,由强度几乎为0的完全劣化层、强度随深度增加的劣化过渡层以及强度可看成与同龄期标准养护水泥土相同的未劣化区共3部分组成。水泥土劣化深度、完全劣化深度和劣化过渡层深度均随水泥土初始强度增大而减小。劣化深度-时间关系预测式(幂函数)中,系数分别为90 d劣化龄期的水泥土劣化深度、完全劣化深度和劣化过渡层深度,指数A取值与劣化类型、室内劣化试验或现场劣化试验无关,均可取0.6。此时,计算结果与试验结果具有较好的一致性,可利用该式预测固化土劣化深度。     

高强土工格室加筋砂土地基模型试验研究

分别针对纯砂地基和高强土工格室加筋地基进行多组模型试验, 研究了单层土工格室埋深、焊距以及地基土压实度对地基承载力和变形特征的影响, 并结合格室拉应变和筋材下方附加土压力的分布规律, 以及地基和筋材的极限破坏状态, 总结了高强土工格室加筋地基的作用机理。结果表明:相比纯砂地基, 土工格室加筋能的地基承载力提高2倍多, 可以减小地基沉降, 并提高土体抗变形能力;加筋效果随格室埋深、焊距的减小和地基压实度的增加不断提高。影响程度从大到小依次为:砂土压实度、格室埋深、格室焊距;中间高强格室单元充分利用其抗拉强度, 发挥侧限作用, 有效扩散土中应力。