基于流固耦合分析的干式变压器温度场数值分析

壁面空气对流换热分析是影响环氧浇注干式变压器温度场数值模拟准确与否的主要因素。为了模拟对流换热过程,摆脱气道参数对变压器温升计算结果的影响,从空气质量、动量、能量守恒方程出发,建立干式变压器流固耦合场数值模型,采用有限差分法对温度场进行了计算,并与实验结果进行了比较,模拟结果与实验吻合较好。考虑空气流场的流固耦合模型能准确分析干式变压器工作中的温升问题,可分析变压器内部温度分布规律及影响温度分布的因素,指导变压器优化设计。     

流固耦合作用下深埋高水压隧道稳定性的数值模拟研究

使用计算软件FLAC3D,在考虑水的流固耦合效应和不考虑水的流固耦合效应的两种情况下,分别对隧道围岩进行三维数值分析,得到了两种情况下的隧道围岩的应力场、位移场、塑性区的变化情况。试验模拟结果表明：考虑渗流效应的隧道,围岩压应力小于不考虑渗流效应时计算出的围岩压应力,但是此时的拉应力和剪切应力增加,围岩竖向位移变化不大,而水平位移相差很大,塑性区破坏的程度比不考虑流固耦合的情况的破坏程度要大。该情况将为该隧道施工和防渗设计提供依据。     

基于流固耦合效应隧道下穿施工围护桩变形研究

针对处于富水地层中的隧道下穿地下通道工程,采用流固耦合分析方法,研究在渗流场作用下下穿施工对地下通道围护桩沉降和轴力的扰动规律,同时还考虑壁后注浆加固对围护桩稳定性的影响.结果表明:隧道贯通后,桩体受到影响,发生了应力场与位移场的变化,沿桩深方向的竖向位移分布较为一致,并且首先掘进距桩体较近的隧道会对桩体造成更大的变形影响;沿桩身方向自上而下水平位移逐渐增大,增量幅度也在缓慢增加;隧道开挖不会对围护桩轴力分布产生显著的影响.     

某岩溶隧道围岩稳定性及涌水量预测的流固耦合分析

以沪蓉西高速公路乌池坝隧道为工程背景,建立了岩溶隧道三维地质模型,分析了在流固耦合条件下隧道轴向和垂直隧道轴向方向上的隧道围岩应力特征,讨论了围岩应力与分析断面距暗河、地表岩溶洼地之间距离以及与工况之间的关系,分析了各种工况条件下隧道典型断面洞壁的位移变化情况,对隧道的涌水量进行了分析和预测.研究和分析结果可为岩溶地区隧道的围岩稳定性分析和涌水量预测提供参考和帮助.     

基于流固耦合的叶片动力特性分析

在考虑耦合流场与旋转预应力条件下,建立了对应的叶片流固耦合系统的动力特性方程.采用ANSYS与FLUENT对整体叶片的耦合模态进行了计算,并利用实验获得气流压力脉动数据,对叶片振动进行了瞬态分析.结果表明:在旋转预应力与耦合流场压力作用下,叶片模态频率约有9Hz的上升,模态振型的最大位移位置点转移,振动方向改变,前三阶相对振幅分别从29.128,19.400,44.566下降到28.945,19.285,44.562;叶片最大变形和加速度位于前缘的上端,最大应力点集中在叶片根部一侧.     

基于流固耦合的大风区接触网正馈线舞动机制分析

为进一步明确挡风墙尾流影响下接触网正馈线的舞动机制,以兰新高铁接触网正馈线为研究对象,基于空气动力学理论,建立了接触网正馈线风致振动响应的分析模型。采用流固耦合方法对不同固有频率比和自由度的二维接触网正馈线模型进行了时程分析。研究结果表明:频率比和自由度对接触网正馈线的舞动幅值存在较大的影响。频率比越小,接触网正馈线的振幅受风速影响越大,接触网正馈线发生舞动时的风速范围更广。垂直单自由度系统中接触网正馈线的舞动幅值大于垂直-水平两自由度系统中接触网正馈线的舞动幅值,表明接触网正馈线的水平振动对垂直振动存在一定限制作用。当接触网正馈线在挡风墙尾流影响下发生振动时,正馈线的风攻角不断发生变化。迎风角较大时,正馈线垂直方向气动力幅值增大,更易引起正馈线垂直方向的大幅舞动,并将接触网正馈线的舞动模式归属为无覆冰条件下的Den Hartog舞动。研究结果进一步明确了大风区段无覆冰条件下接触网正馈线的舞动机制,为接触网正馈线舞动的防治提供一定的理论支撑。     

基于流固耦合的离心通风机叶轮强度研究

考虑风机工作时叶轮变形对流场的影响和气动力对叶轮变形和应力的影响,采用软件CFX进行流场计算、ANSYS进行结构计算,以MFX - ANSYS/CFX为数据耦合平台,应用弱耦合方法对风机叶轮强度进行研究.计算结果表明:叶轮最大总变形发生在叶片吸力面的中间位置,最大等效应力发生在前盘;在风机不同的稳定工况下,叶轮最大等效...     

基于流固耦合的磁流变减振器特性分析

针对磁流变减振器示功特性出现畸形的问题,首先采用Hypermesh软件建立磁流变减振器的液体模型和固体模型,将模型导入ADIAN液固耦合软件并建立流固耦合模型,并通过减振器台架示功特性试验验证了流固耦合模型的正确性;采用该流固耦合模型分析了不同速度、不同磁场及不同氮气压力下的内部速度分布和压力分布,通过对不同氮气室压力的减振器内部压力场仿真,合理选择了磁流变减振器内的氮气压力,避免了减振器示功特性出现畸形。这一磁流变减振器特性分析方法为避免磁流变减振器示功特性出现畸形提供了理论依据。     

考虑流固耦合的矩形渡槽动力分析

针对大型矩形渡槽的动力分析问题,建立流固耦合(FSI)系统的位移-压力(ui,p)有限元格式,固体域以位移为自由度,流体域以压力为自由度,给出流固耦合系统的动力特性方程;并基于FSI的(ui,p)格式建立槽体-水体-槽墩-基础-地基系统的力学计算模型,采用模态分析法和拟静力法分别求解6种水深(空槽、1/4水深、半槽水深、3/4水深、设计水深、满槽水深)下渡槽的动力特性和动力响应.计算结果表明,基于FSI系统的(ui,p)格式,考虑了槽体与水体的相互作用,提高了计算精度,同时也得出不同水深下渡槽结构动力特性和动力响应的变化规律.     

螺旋离心泵的双向流固耦合分析

基于Reynolds时均化N-S方程、标准k-ε两方程湍流模型, 以及结构响应的弹性体结构动力学方程, 采用多重坐标系法, 对螺旋离心泵清水介质时的内流场和结构动力学进行双向流固耦合全三维数值计算, 将计算结果与非流固耦合计算流场进行对比, 分析流固耦合作用对泵外特性及不同叶轮位置泵内压力场和速度场的影响。结果表明:采用双向流固耦合模式的扬程和效率预测值更接近试验值; 在小流量下流固耦合作用对外特性的影响较大, 而在大流量下对外特性影响较小; 流固耦合作用对压力场和速度场的影响主要集中在蜗壳扩散段, 对蜗壳其他部位和叶片影响较小; 在两种计算模式下蜗壳中截面压力分布出现明显差别, 并在叶片出口正对隔舌时压力分布出现突变。       

利用BP神经网络模型辨识隧道施工的危险源

阐述了人工神经网络基本原理,研究分析了BP神经网络模型在隧道施工危险源辨识中的具体应用。某公司隧道施工的评价实例证明了这种研究在MATLAB软件的基础上进行的开发工作在安全领域中是实用的,根据辨识结果提出的“防灾”对策贯穿于事故发生的前、中、后过程,可收到更为明显的效果。     

考虑渗流与蠕变耦合作用的水库滑坡变形数值分析

水库滑坡土体的变形主要是流固耦合作用的结果,但是变形并不是立刻发生的,大都经历了一个时间发展的过程,具有典型的流变特性。本文基于某滑坡土体的蠕变试验结果,推导了扩展的Burgers蠕变模型（M-2K）,并将其推广至三维形式,应用蠕变试验数据对推导的M-2K蠕变模型进行拟合,求得了蠕变模型参数。在传统的流固耦合分析中引入了时间变量关系,构建了渗流与蠕变耦合作用的数学模型,对其进行有限元求解,并应用matlab软件编写了有限元程序。以三峡库区白家包滑坡为例,应用该程序分别对滑坡体进行了考虑蠕变及不考虑蠕变的流固耦合计算。研究结果表明：三维形式的M-2K蠕变模型拟合程度较高,能反映土体的蠕变性质;有限元计算结果说明考虑渗流与蠕变耦合作用下孔压减少值大于不考虑耦合作用下时;选取关键点的耦合及非耦合条件位移计算结果与实际的GPS位移进行比较,两种计算值与实际监测值变形趋势基本一致,考虑渗流与蠕变耦合条件下两个监测点的位移值比不考虑耦合时大,而且与实际值比较接近。研究结论表明：所建立的渗流与蠕变耦合数学模型是合理的,有限元数值求解程序是正确的,该成果为水库滑坡的预测与预报提供了更加合理和更加精确的新途径。     

局部荷载作用下软土盾构隧道纵向沉降数值分析

基于摩尔-库伦准则,建立隧道衬砌与土体相互作用的三维有限元模型,模拟了软土盾构隧道下卧土层性能和隧道上方局部荷载对隧道沉降的影响,揭示了隧道的纵向变形规律.结果表明:隧道纵向沉降最大值与软土夹层弹性模量、纵向长度以及均布荷载集度呈线性关系;隧道沉降值随均布荷载作用长度和宽度增加而增大.     

Fluid-solid coupling model based on endochronic damage for roller compacted concrete dam

According to the characteristics of thin-layer rolling and pouting construction technology and the complicated mechanical behavior of the roller compacted concrete dam （RCCD） construction interface, a constitutive model of endochronic damage was established based on the endochronic theory and damage mechanics. The proposed model abandons the traditional concept of elastic-plastic yield surface and can better reflect the real behavior of rolled control concrete. Basic equations were proposed for the fluid-solid coupling analysis, and the relationships among the corresponding key physical parameters were also put forward. One three-dimensional finite element method （FEM） program was obtained by studying the FEM type of the seepage-stress coupling intersection of the RCCD. The method was applied to an actual project, and the results show that the fluid-solid interaction influences dam deformation and dam abutment stability, which is in accordance with practice. Therefore, this model provides a new method for revealing the mechanical behavior of RCCD under the coupling field.     

盾构隧道施工过程地表变形的数值模拟计算

为研究盾构隧道在掘进过程中地表不同点的位移变化,建立盾构隧道掘进的有限元模型,对盾构隧道的开挖进行了有限元数值模拟．结果表明：盾构隧道在掘进过程中,会导致地下土体应力释放,使地表土发生相应沉降,并且隧道纵向轴线正上方地表点的沉降变形最大．当掘进距离超过一定深度后,其后方较远地表点的沉降变形趋于稳定．盾构的顶推力会导致其前方一定范围的地表土发生向上隆起．在注浆层硬化前、后过程中,不论是拱脚、拱顶及对应地表点的沉降位移均会比注浆层硬化前要大．     

基于流固耦合的重力坝深层抗滑稳定离散元分析

在计算节理和断层时,基于连续介质力学的有限元法和假设岩体为刚性体的刚体极限平衡法有其内在的缺陷,在重力坝深层抗滑稳定的计算中遇到较大的困难,而离散元方法可以解决这些问题.采用离散元强度储备系数法分析了重力坝的深层抗滑稳定,其中考虑了渗流与变形的耦合效应,得到了坝体在降强前后的应力位移规律,给出了抗滑稳定安全系数和最终的破坏滑动模式.通过对关键点部位的应力及位移变化情况的记录,更清楚的了解坝体的变形情况和受力特点,而后将考虑流固耦合与不考虑耦合作用的结果进行了对比,考虑耦合的计算结果较小,其值偏于安全.最后通过与刚体极限平衡等K法计算结果进行了比较,采用流固耦合方法的计算结果与等K法结果比较接近,而其该方法物理概念明确,可以采用其方法计算重力坝深层抗滑稳定问题.     

黄土隧道边坡信息化施工安全管理

根据隧道边仰坡的破坏机理建立了围岩变形5个阶段的预警反馈机制.构建的信息化施工安全体系在忻保高速沙塔隧道施工中的边坡稳定性预警及安全控制方面起到了重要作用.     

地下通道施工步序的模拟仿真

大型地下通道施工通常要经过十几道施工步序才能完成,施工技术人员需要严格按照施工步序分部组织进行施工,才能达到最终设计要求.为了更好地满足生产实际的要求,需要将复杂的施工步序在进行施工之前就准确地展示出来.以实际工程为例,将三维设计技术应用于地下通道施工设计中,利用三维仿真软件Inventor进行地下通道施工步序的模拟仿真,演示地下通道施工的全过程,为地下通道施工设计提供新的技术方法.     

不同入射角度平板气膜冷却的数值模拟

利用RNG k-g湍流模型对斜圆柱孔不同角度入射气膜冷却进行了流动和传热的数值模拟。计算结果表明,在气动方面减小入射角度可以使冷气的射流核心更贴近壁面,但同时明显增大了壁面附近的气流速度;传热的影响也是两方面的,减小入射角度虽然可以显著地提高冷却效率,但同时也明显地增大了换热系数,最终的冷却效果取决于在实际工作状态下的底面热负荷。对于气膜冷却情况,25°入射和45°入射在总体冷却效果上都不如35°入射。