高速公路连拱隧道开挖稳定性数值模拟研究

为研究高速公路连拱隧道开挖后的稳定性规律,本文利用FLAC 3D岩土工程数值模拟软件建立了连拱隧道开挖的数值计算模型,分7步开展了连拱隧道的开挖和支护,分析了隧道开挖后不同位置的竖向位移、水平位移、塑性区和二次衬砌弯矩与轴力分布特征.研究结果表明:连拱隧道的最大位移均出现在中隔墙周边,中隔墙顶部的竖向位移最大,达到28...     

基于ANSYS的支护巷道围岩稳定性数值模拟研究

由于煤矿巷道的地质条件复杂多变,为了对井巷围岩的稳定性做出正确评价,借助ANSYS软件,对支护后采煤巷道进行数值模拟,通过对巷道围岩和围岩的混凝土喷层应力状态进行分析研究,来验证支护手段和支护参数是否具有合理性,从而对围岩稳定性做出正确的评价。     

浅谈山岭隧道勘察工作的重点

随着我国长输管道建设的不断加大,管道穿越山岭隧道的情况会经常遇到。本文通过对金丽温输气管道工程金华市段6条隧道的勘察资料进行的分析和总结,归纳了山岭隧道勘察工作步骤及相应的重点。     

地铁站基坑开挖施工对临近地层影响的数值模拟分析

基于某地铁站基坑的开挖工程,在考虑支护结构与土层之间相互作用前提下,采用ABAQUS软件进行二维平面有限元建模,通过计算分析施工过程中基坑周边地表沉降、支护连续墙水平位移与弯矩的变化,同时对比分析实际监测结果与数值计算结果。结果表明：开挖过程对邻近地表产生的影响较小,位移和沉降计算值均处于相关规范的要求范围内;由数值模拟计算的基坑周边地表最大沉降的计算值明显小于监测值,支护结构的最大水平位移大于监测值;采用二维有限元计算结果与实际监测数据较为接近,验证了数值模拟的有效性。     

既有隧道加固后对小净距隧道爆破震动响应数值模拟研究

本文主要研究了在新建隧道爆破时,既有隧道的加固措施,以实际工程为依托,进行了有限元的相关计算,通过等效计算分析了不同间距的钢拱架作用。     

矿群采空区侧向围岩移动力学性质变化数值模拟分析

大多数情况下,静态稳定性的研究就是围岩稳定性的研究。围岩环境、岩石力学性质对围岩稳定性有显着影响,弱结构面的存在和不确定性对露天煤矿群采空区稳定性的评价有很大影响。考虑露天煤矿群采空区的地压状况,对岩石横向运动成因进行三维数值模拟研究。模拟结果表明,采空区侧过载坍塌应力集中的影响范围不仅作用于煤层,而且形成了从煤层和顶板向采空区侧倾斜的应力集中拱形范围。路边支护的砌筑位置应在工作面后方一定距离,有利于避免动压对支护效果的影响。     

大倾角开采围岩应力特征数值模拟研究

通过对煤层倾角为35°、45°、55°大倾角工作面进行数值模拟,分析了不同煤层倾角开采条件下煤体及围岩的应力分布,探索因煤层倾角变化而引起的应力重新分布规律,为工作面安全生产与支护设计提供了理论依据。     

暗挖隧道施工对既有管线沉降影响的数值模拟研究

以地铁暗挖隧道为实例,针对影响既有管线沉降问题,采用FLAC3D软件建立模型并计算,模拟分析了暗挖隧道施工对上方水平的、与隧道施工方向垂直的既有管线造成的沉降影响。研究表明,随着隧道暗挖施工的进行,管线沉降量逐渐增大,当开挖至本段边界时,隧道正上方管线处沉降量达最大值7.16mm。现场监测显示管线最大沉降量为6.91mm,管道沉降规律和数值模拟结果基本吻合。针对两个误差较大的问题进行了模型改进研究,主要改进了支护手段和施工工艺。根据对改进后的模型重新模拟计算的结果可知,重新模拟计算的管线沉降量有所减小,模拟计算与实际监测的数据能够吻合,更能够保障隧道施工过程中管道的安全,达到了模型改进研究的目的。     

FRPM管涵力学特性试验与数值模拟研究

结合河北承德某工程实际,对工程中涵洞选用FRPM管的标段进行车辆静载试验,以研究其受力状况,为实际工程做指导。FRPM管的受力状况与不同填土高度及荷载作用密切相关,为此依据现场试验所得管道受力特征,在平面应变条件下,采用ABAQUS建立的管-土相互作用模型对现场试验进行数值模拟,利用数值分析的方法,以减少传统试验在人力、物力上的耗费。研究结果表明,在最小填土0.5m,不同车辆荷载作用下,管涵最大变形为1.3mm,管涵受力较好;试验与模拟结果一致性较好,验证了所建模型的正确性。     

大面积土体加卸载对基坑与邻近隧道变形的影响研究

郑州站东广场下设两条地铁隧道,南北两侧开展深基坑施工并且地表可能有大面积土体堆积。以此为背景建立了大面积土体加卸载对基坑与邻近隧道的数值计算模型,在模型准确性验证的基础上,分析了基坑和隧道的变形规律,研究了有无堆土对基坑与隧道变形的影响以及南北量测基坑开挖顺序对隧道变形的影响。研究结果表明：(1)基坑的最大水平位移、沉降、隆起值分别为9.1 mm、106.6 mm和27.1 mm;隧道的最大水平位移、竖向位移分别为7.2 mm和5.5 mm,无安全稳定性隐患。(2)大面积土体加卸载条件下,基坑围护结构的位移、地表沉降、隧道结构位移分别比无堆土条件下小8%～20%、20%以及10%～16%。(3)从土体变形量控制以及围护结构均匀受力的角度考虑,南侧基坑先于北侧基坑开挖更有利于基坑和隧道的稳定性。     

深井重复采动底板回采巷道稳定控制技术研究

针对近距离煤层回采后底部煤层回采巷道稳定性问题,以6128工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场观测综合研究方法,分析了其回采结束后下伏14 m处6127工作面轨道平巷的稳定性问题,并设计了巷道的支护形式,取得了显著地经济技术效果,为类似开采条件下的矿井提供了一定的借鉴意义。     

催化裂化沉降器新型高效旋流快分器内气固两相流动

用CFX软件对催化裂化沉降器新型旋流快分器的气相流场进行了三维模拟,湍流模型采用雷诺应力输运方程模型.计算结果与用五孔探针测试的气相流场实验结果吻合很好.采用离散轨道模型对该旋流快分器内颗粒的运动情况进行了计算,并由此估算了旋流快分器的分级效率和总分离效率.模拟结果表明：该新型旋流头可消除现有旋流头喷出口附近的短路流,更有利于提高旋流快分器的效率.两种结构形式的旋流快分器分离效率的计算对比说明：在旋流头处加入一个内构件,是很有价值的改进.     

催化裂化沉降器旋流快分系统内气相流场的数值模拟与分析

为进一步提高催化裂化沉降器旋流快分系统的分离效率,首先对系统内气相流场进行了研究和分析.采用CFX5软件和应力输运方程模型（DSM）对其气相流场进行了三维数值模拟.将计算结果与用五孔探针测试的流场实验结果对比发现,计算结果与实验结果吻合较好,证明了应力输运方程模型适合用于旋流快分系统内三维流场的数值模拟.模拟结果表明：旋流快分系统内的流场为三维湍流场,在旋流头喷出口附近区域存在多个纵向旋涡,存在短路流现象,这是导致分离效率不易提高的主要原因.旋流快分头的S值和倾斜角对气流切向速度都有一定的影响,应优化确定.加入汽提气后,对旋流快分系统内的流场影响不大,但对气体的快速引出有利.     

端面锥形参数对锥-孔组合型机械密封性能的影响

给出新型锥-孔组合型端面密封,考虑液膜压场的变化规律与环受力变形的相互作用关系,构建机械密封3D流、固耦合数学模型,并给出相关的数值计算方法,获得了膜压分布规律及端面变形情况,分析锥面结构参数在各工况下对密封性能的影响规律。结果表明：由菱形孔所引起的动压效应可使端面产生周向和径向波状变形,而静压效应随锥度Ф和锥宽比γ的变化,在端面区域范围内所起作用也发生相应变化;对压强较低和低、中转速设备,应选取Ф=5~6或Ф=2~4的收敛锥面密封,且γ=0.8~1.0。对高压和高速设备,应选用Ф=2~3的收敛锥面密封,且γ=1.0或γ=0.2;通过改变锥面结构可有效改变机械密封的特性参数,实现密封运行中的自动调节,特别适合变工况条件。另外,由于锥面结构的变化所引起平衡系数B和膜厚h的变化,低速时可弥补动压效应较小的缺陷,获得较大开启力,也可在大h下工作,故可降低密封端面对平整度和光洁度的要求。     

自泵送流体动压型机械密封性能分析

基于离心泵工作原理提出了一种自泵送流体动压型机械密封,并运用Fluent软件对自泵送型槽进行了三维流场动力学仿真分析,探讨了几何参数和工况参数对自泵送流体动压型机械密封性能即端面开启力和泄漏率的影响。研究结果表明:转速增大,开启力和泄漏率均减小;介质压力、槽台宽比、引流孔孔径及螺旋角增大,开启力和泄漏率均增大;随着槽数、槽长坝长比的增大,开启力均有所降低,泄漏率略有增大;槽深对开启力和泄漏率的影响趋势相似,存在一个使开启力较大而泄漏率较小的槽深;通过型槽参数匹配,自泵送流体动压型机械密封可以获得足够的开启力和较低的泄漏率。     

基于数值模拟的自泵送机械密封正交试验

提出了一种进液槽设置于静环、动压槽分布于动环的自泵送流体动压型机械密封;运用正交试验法设计了自泵送机械密封试验方案,并基于Fluent进行了数值模拟试验,探讨了各试验参数对端面开启力和泄漏率影响的显著性。研究结果表明:在试验参数范围内,影响端面开启力F_O的显著因素为槽数N_g、槽长坝长比g、槽台宽比d和压差p;影响泄漏量Q的显著因素为槽数N_g、槽长坝长比g、槽台宽比d、转速n和压差p;具体表现为开启力随着槽长坝长比、槽台宽比、密封端面内外压差的增大呈上升趋势,随着槽数的增多呈下降趋势;泄漏量随着槽长坝长比、槽台宽比、转速、密封端面内外压差的增大呈上升趋势,随着槽数的增多而呈下降趋势。依据正交试验分析结果,提出了初步优化的密封端面型槽结构。     

盾构施工对临近地层影响的近场动力学分析

针对传统的有限元方法在面对不连续情况时会出现奇异性这一问题,本文采用基于非局部作用思想建模的近场动力学方法研究了地铁盾构开挖问题,并完善体积修正公式,建立能够考虑隧道开挖过程中衬砌、注浆层作用的近场动力学模型。结果表明:近场动力学解与有限元解在临近地层位移的影响上呈现出相同变化趋势;盾构隧道开挖引起隧道上方土体沉降,下方土体隆起,左右两侧土体向隧道中心方向移动。近场动力学结果与现场实测结果的对比分析表明近场动力学方法在盾构施工模拟中具有较高的精度,在隧道工程施工的数值模拟研究领域具有应用前景。     

上游泵送机械密封润滑膜固体颗粒沉积特性研究

上游泵送机械密封运行中常因固体颗粒沉积而出现动压槽堵塞失效现象,为了对微间隙润滑膜固体颗粒沉积特性进行研究,建立了密封润滑膜三维几何模型和气液固多相流计算模型,应用Mixture模型和DPM模型模拟研究了不同颗粒直径、转速、介质压力、颗粒进口体积分数和润滑膜厚度对固体颗粒沉积特性的影响规律。研究表明：来自润滑膜内径侧固体颗粒的沉积率及沉积区域均与颗粒直径、颗粒进口体积分数、密封工况和润滑膜厚度等参数有关,粒径较小、转速增大、介质压力增大和膜厚减小有利于降低颗粒沉积率;螺旋槽低压区是颗粒沉积的主要部位,且粒径、颗粒进口体积分数、转速和膜厚增大,介质压力降低,使沉积区域明显向外槽根拓展,这是螺旋槽易出现堵塞失效的原因;低转速时易在坝区出现颗粒沉积,非槽区的沉积颗粒呈周向分布。     

Modelling and experimental measurements of the mechanical response of piezoelectric structures from millimetre to micrometre

ABSTRACT

Laser interferometry techniques have shown their ability to assess the mechanical response of a piezoelectric thin film. To support these investigations, a numerical study based on the finite element method is carried out: three-dimensional modelling of piezoelectric samples from bulk materials to thin films is examined. For each considered sample, a time-dependent analysis and a frequency domain study are performed. By performing time-dependent analysis, we obtain effective piezoelectric coefficient, d₃₃, of the samples. The frequency domain study helps to calculate the frequency response of these samples. The calculated d33 values and the first frequency resonance values are then compared with the experimental data.