热力耦合作用花岗岩细观破坏强度及声发射规律

利用SEM全数字液压高温疲劳实验系统开展花岗岩细观力学实验,采用多阈值分割法区分材料组成并构建细观数值模型,开展单轴拉伸条件下花岗岩热力耦合作用下的强度破坏特征与声发射规律研究。设计3种升温加载路径,路径Ⅰ:先升温到预定温度点后位移加载至破坏;路径Ⅱ:先加载到预定载荷点后升温至破坏;路径Ⅲ:以固定的载荷增量温度增量交替升温加载直至试件破坏。详细探讨了3种不同路径下声发射规律,在不同的温度强度区间,可分为3种类型。3种不同路径均表现为花岗岩的强度随温度的升高呈指数型衰减趋势,强度是温度的单值函数。细观模型中不同温度-载荷路径下的声发射特性主要取决于破坏时的温度和强度。     

基于热力耦合金属切削数值模拟的有限元分析

采用ABAQUS有限元模拟的方法对切削过程进行了数值模拟,分析了切削深度、切削速度、刀具前角等切削工艺和刀具几何参数对切削的影响。分析过程中耦合了切削热的影响。获得了切削应力场、应变场分布,切削后表面粗糙度观察,温度分布等,可以作为刀具设计和切削工艺参数制订的依据。     

热冲击下冷却温度对花岗岩细观破裂的影响研究

从细观角度出发,借助高精度显微CT技术,以构建三维空间数字岩芯为基础,对花岗岩加热到相同温度后在相同冷却介质中急剧冷却到不同温度的细观演化过程进行研究,从热冲击后花岗岩的裂隙长度、宽度、和深度上进行具体分析,探究高温热冲击作用下冷却温度对花岗岩细观特性的影响。研究结果表明,花岗岩的热冲击作用随其在水中的冷却温度升高而变化明显。在水中冷却温度为100℃时,花岗岩热破裂最剧烈,说明在花岗岩热冲击破裂过程中,其破裂程度不仅与花岗岩的初始加热温度有关,还与其在水中急剧冷却的温度有关。此外,花岗岩热破裂后产生的孔隙—裂隙网络,会大大降低花岗岩的致密性,进而有助于增大地热开发中的热交换面积,有利于储层改造。     

热力耦合作用下长焰煤的热变形规律试验研究

热力耦合作用下煤的热变形对煤炭地下气化、 直接液化和低变质煤原位注热开采等地下高温工程中岩层移动和变形的评估至关重要.采用自主研制的伺服控制多功能高温三轴岩石力学试验机,研究了山西河保偏煤田长焰煤在两种不同地应力条件下的热变形特征,结果表明,在5MPa(相当于200m埋深)、7.5MPa(相当于300m埋深)地应力条件...     

高速圆柱滚子轴承热力耦合分析

对高速圆柱滚子轴承在机械载荷和热载荷联合作用下的应力场进行研究,建立在列车实际服役工况下的轴承热力耦合模型。结果表明,考虑热力耦合效应以及轨道不平顺作用时,轴承温度场以及应力场均存在较明显的差异,且该差异受到高速列车振动环境的影响。     

盘式制动器热力耦合分析及其温度试验

在对摩擦副进行热力耦合数值分析的基础上,通过ABAQUS模拟了盘式制动器制动工况下的温度和应力变化特性,探讨了不同制动压力和制动速度制动下制动盘最高温度、热变形和热应力的变化趋势,结合系统试验分析了制动盘摩擦进出口的温度变化,结果表明:制动盘的热变形会随着制动压力和制动速度的增大而增大,同时温度特性曲线和应力特性曲线呈急速上升趋势;此外,通过对比温度试验与仿真结果,得出两者的温度相差小于5%,为盘式制动器的简化模型提供了实验依据。     

基于热力耦合的推焦杆变形分析

在推焦过程中,推焦杆由于温度载荷和机械载荷的作用容易出现热力耦合变形导致失效的问题。以6.25 m捣固型焦炉设备推焦杆为研究对象,使用UG软件对其进行实体建模,然后使用ANSYS Workbench软件对推焦杆进行有限元分析,得到了推焦杆温度场分布云图。基于温度场模拟结果,将其作为体载荷采用顺序热力耦合法对推焦杆进行热力耦合变形分析,得到变形分布云图,对推焦杆的变形失效研究具有参考意义。     

单轴压缩下煤岩细观结构参数表征及演化规律

为研究煤岩细观结构特征随着轴向应力增加的演化规律,利用NanoVoxel-3502E X射线三维显微镜与Deben原位加载实验台进行煤岩单轴压缩试验,获取不同应变条件下的CT数据,并结合三维可视化软件AVIZO,研究煤样试件的孔隙裂隙分布特征,统计分析煤样试件孔隙裂隙细观参数-球形度、配位数、曲率和开度。揭示了煤样在单轴压缩情况下的细观结构空间分布特征及随时间的展布规律,细观结构随轴向应力的演化规律。研究表明：微小裂隙在20～732 N过程中大量出现,孔隙增多,在431～732 N过程中孔隙球形度集中分布范围变窄,部分孔裂隙逐渐融合进入裂隙网络,部分孔裂隙被压实压密,732 N时部分孔隙被压实压密,导致孔裂隙减少90 000个,裂隙曲率逐渐增大、裂隙逐渐开度变大,配位数集中率更高,同时也说明煤样内部连通性更好,732 N是裂隙网络发育的巅峰。轴向力达到1 100 N（峰值）时,形成复杂的裂隙网络。随着单轴压缩过程的推进,部分孔裂隙虽然在732 N被压实压密,但由于轴向力的增大以及残余荷载的作用,孔裂隙的增多是必然趋势,峰值和峰后仍然存在微小孔裂隙,但峰后裂隙较窄,球形度更多的是集中在1...     

轨道运载车鼓式制动器热力耦合分析

针对现有的井下运载车制动方式操作复杂、环节多等问题,提出了机电联合式的曲柄摇杆机构结合鼓式制动器的机械式制动方案。为了探究制动过程中制动器温度场和应力场之间的交互作用,采用CATIA建立了鼓式制动器的三维结构模型,然后导入ABAQUS中,进行了瞬态热度场与瞬态应力场的耦合过程仿真分析。最后得出了鼓式制动器制动鼓、制动蹄和摩擦片的温度和应力分布云图,确定了制动结束时制动器的等效应力集中区域。     

深厚土层冻结过程的水热力耦合分析

煤炭开发已成深部开采,围压和孔隙水压力的急剧增大使得浅层冻土的研究成果不适用于深层冻土。针对高围压和高孔隙水压力对冻土冻结过程的影响这一关键问题,基于传热学、渗流理论及结构力学相关理论,建立温度场、水分场和应力场耦合问题的数学模型,对深厚土层冻结过程中温度变化、水分迁移速度、冻结应力及冻胀变形进行分析。分析表明高围压对冻胀有抑制作用,但在冻土内部可产生很大的应力积累,对深厚冲积层冻结施工危害极大。     

拉伸应力下超高分子量聚乙烯的红外辐射研究

对超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)材料进行了单向拉伸的热红外辐射探测实验 ,分析了在 5mm min、5 0mm min、1 0 0mm min、5 0 0mm min 4种加载速度下的UHMWPE材料应力与应变、平均红外辐射温度与应变、平均红外辐射温度与机械功之间的定性关系。实验结果表明 :平均红外辐射温度变化与应变和加载速度正相关。在拉伸的初始阶段 ,UHMWPE材料的红外辐射温度先降后升 ;拉伸至断裂过程中 ,UHMWPE材料的平均红外辐射温度随机械功增加而增加     

动静载荷耦合作用下PDC刀具的失效机理

运用应力波理论分析了冲击-静压切削模式下PDC刀具的破损机理,得出了冲击应力波的幅值、入射角（刀具侵入角）、刀-岩接触间隙,以及在接触面上的多次透、反射造成加载-卸载-再加载的循环,对破岩效果和PDC刀具破坏有很大影响.在自行研制的动静态多功能岩石破碎试验台上,以砂浆块和花岗岩为试验对象进行了冲击-静压切削破岩试验.结果表明：在硬岩破碎中,PDC刀具的破坏模式主要是轴向崩裂、冲击压碎和径向崩裂3种;施加一定的静压可使刃面与岩面充分接触,有利于应力波的传播,从而提高破岩效果和PDC刀具的使用寿命.     

温度-应力-化学三场耦合作用下深部软岩巷道蠕变规律数值模拟

描述了所建立的连续介质温度场-应力场-化学场三场耦合控制方程。使用有限元程序对地下1 500 m的深部软岩巷道蠕变规律进行了温度场、应力场和化学场三场耦合过程的三维数值模拟,分析了温度场、应力场和化学场对深部软岩巷道蠕变规律的影响。结果表明,深部软岩巷道产生大应变,主要来源是蠕变,弹性应变和热应变次之;温度场、应力场和化学场对深部软岩巷道蠕变都产生不可忽视的影响,就影响程度来看,应力场影响最大,化学场和温度场次之。     

高温均匀压力花岗岩热破裂声发射特性实验研究

为研究花岗岩体热破裂规律,通过实验研究了均匀压力(25 MPa)下大试件（200 mm× 400 mm ）花岗岩在常温~500 ℃范围的声发射变化规律及特性,探讨了各个阶段声发射信号反映的岩石破裂特性。研究表明：① 330 ℃为花岗岩破裂声发射和热破裂性质转变的分界点,低于330 ℃ ,热破裂为弹性破裂,330 ℃以后,花岗岩出现局部塑性变形和破坏;② 330 ℃以后,局部塑性破坏造成大量低能量释放率的声发射产生,声发射密集区由小部分能量率很大的声发射和数量很多、低能量释放率的声发射组成,声发射密集区整体上累积释放能量较低;③ 声发射振铃率发生突变可以作为花岗岩内部微破裂带开始形成的标志,花岗岩从110和420 ℃开始分别经历了2次大的热破裂裂纹网络的改善。     

渗透-应力耦合作用下灰岩压缩破坏及声发射特性分析

富水隧道围岩体挖掘过程中,复杂的渗透-应力耦合作用经常导致岩体内部结构演化具有不稳定性,进而诱发围岩体的劣化与失稳,这对地下渗流岩体稳定性的研究提出了更高的要求。为研究贵阳下麦西隧道进口区灰岩的宏观力学和声发射特性,利用自主研发的渗透-应力耦合试验装置进行了不同渗透水压下的单轴压缩破坏、声发射和压汞试验,分析了灰岩的应力-应变、峰值强度、特征应力、破裂和声发射特性以及劣化机制等。研究结果表明:随渗透水压力增大,灰岩压密阶段延长而弹性阶段相对缩短,峰值应力为指数衰减;闭合应力和损伤应力均随渗透水压力增加呈线性减小,而随峰值应力增大而增加,表明溶蚀作用增加了灰岩损伤敏感程度;渗透水压力对灰岩破裂形式未造成较大影响,以劈裂破坏为主,且碎块均匀度与渗透水压力、峰值应力均为指数关系;不同渗透水压力下,灰岩声发射振铃计数大致经历了"平静-发展-突增-跌落"过程,水岩作用弱化了灰岩结构稳定性,导致应变能提前释放;渗透水对灰岩具有溶蚀和引裂作用,随渗透水压力增加,单位质量孔隙体积呈指数增加,起裂应力呈线性衰减。研究结果可为地下富水岩体的开挖的稳定性及减防灾分析提供理论基础。     

热-应力耦合作用下深部软岩隧洞大变形三维数值模拟分析

高地温是深部隧洞的一个重要特点,温度场的存在必然会影响到深部隧洞的变形和应力状况,特别是考虑到深部隧洞的高地应力和大变形的特性,温度场的影响就更加显著。因此,本文基于摩尔-库仑本构模型,利用FLAC3D软件对深部软岩隧洞洞室围岩的力学响应及其在不同温度场作用影响下的应力、变形及塑性区分布等指标的分布及变化情况进行模拟计算及研究分析,得出了一定基本规律,为工程设计提供参考。     

带式输送机输送带力学特征及最大张力的确定

以矿用带式输送机为研究对象 ,对输送带进行受力分析 ,得出其力学特征和最大张力的确定方法 ,进一步分析带式输送机的安全系数 ,为带式输送机的安全运行和选型及动态分析提供理论依据     

添加纳米颗粒对溴化锂溶液表面张力的影响及其机理分析

纳米颗粒可以改变溴化锂溶液的表面张力,从而促进其传热传质效果。利用Wilhelmy平板法研究了温度、溶液浓度、分散剂和纳米颗粒添加量等因素对溴化锂溶液表面张力的影响。结果表明,溴化锂溶液表面张力随溶液浓度和纳米颗粒添加量的增加而增大,随温度和分散剂添加量的增加而减小。分散剂的添加量存在最佳值,此时溶液表面张力趋于稳定,且稳定纳米溴化锂溶液的表面张力是分散剂和纳米颗粒耦合作用的结果。并拟合出溶液温度25~60℃、溶液浓度50%~59%、分散剂质量分数0~5%、纳米颗粒质量分数0~0.2%时,稳定纳米溴化锂溶液的表面张力半经验模型。     

降雨-堆载耦合作用下深厚填土边坡稳定性分析

以湖北咸宁某深厚填土边坡为工程背景,采用Geo-studio数值模拟软件,进行了降雨-堆载耦合作用下深厚填土边坡稳定性数值模拟分析,研究了降雨作用下边坡内部孔隙水压力分布特征,探究了降雨持续时间及坡顶堆载对边坡稳定系数的影响规律,结果表明：初始边坡在降雨及坡顶堆载条件下处于欠稳定状态,且边坡稳定系数随着降雨时间的增加逐渐减小,与降雨因素相比,坡顶堆载对该处边坡稳定性影响更大。据此提出了刷坡减载及防水护坡的边坡防护方案,边坡稳定性数值模拟分析结果表明处理后边坡稳定性较好,满足建筑工程要求,同时也验证了数值分析结果的合理性和有效性。