流固耦合作用下气体钻井井壁稳定性分析

以经典流固耦合基础理论为根据,推导出一个井壁岩石流固耦合模型,利用ANSYS有限元分析软件对比分析了流固耦合和非流固耦合两种情况下的井壁稳定性。通过分析得出:气体欠平衡钻井时形成负压差,在负压差的作用下流体拖拽力引起的流固耦合作用对井壁岩石产生了拉应力作用,破坏了井壁岩石的抗拉性导致井壁失稳,所以流固耦合作用在气体欠平衡钻井过程中不容忽视;通过ANSYS有限元分析可知,由欠平衡钻井逐渐向过平衡过度时,井壁岩石所受的拉应力慢慢地过渡为压应力,流固耦合作用在这个过程中的影响也随之逐渐变弱,井壁的稳定性也逐渐变强。     

基于Geostudio的某土石坝稳定性流固耦合分析

选用某土石坝坝体的某一典型剖面,采用GeoStudio软件中的渗流分析模块SEEP/W和应力应变分析模块SIGMA/W,基于比奥固结原理进行坝体稳定性的流固耦合即应力场与渗流场的耦合分析,以较真实地判定坝体在外力作用下的力学响应特性,为找出该土石坝时间-位移曲线异常波动的真正原因提供了依据.     

承压水上采煤的流固耦合数值模拟

结合某受承压水威胁工作面的具体工程地质资料,利用FLAC3D软件强大的流固耦合功能,建立该带压开采工作面的数值分析模型并进行流固耦合数值模拟。通过数值模拟结果,分析不同开挖长度时煤层底板岩层的位移、应力分布规律及含水层承压水在隔水层中的导升高度。结合"下三带"理论,看在承压水作用下,是否存在完整隔水层,以判断工作面在采煤过程中是否会发生突水事故。对承压水上采煤的流固耦合数值模拟具有一定的参考作用。     

基于流固耦合的多级缸缸体性能分析

以ZZ15000/24/47型液压支架立柱缸体为研究对象,利用三维数字化建模软件对缸体进行建模,应用有限元分析软件,基于单向流固耦合原理对缸体结构进行流固耦合分析,对纯油液压力作用下缸体结构进行静力学分析,然后将缸体结构在上述2种分析中得到的位移云图和应力云图进行分析比较。     

基于流固耦合理论的尾矿库数值模拟及模型试验研究

以云南省某尾矿库为例,运用流固耦合原理进行尾矿库三维有限元数值模拟,研究尾矿库在正常工况和洪水工况下浸润线高低和孔隙水压力大小变化情况,并运用模型相似理论建立室内尾矿库试验模型,分别在2种工况下进行浸润线和孔隙水压力实际测量。研究结果表明:正常工况下,数值模拟中考虑流固耦合作用比不考虑流固耦合作用时浸润线偏差5%,孔隙水压力大小偏差30%;模型试验实测浸润线和孔隙水压力结果与考虑流固耦合作用时偏差分别为0.12%、6%,不考虑流固耦合作用时偏差分别为0.35%、21.20%。洪水工况,数值模拟中考虑流固耦合作用比不考虑流固耦合作用时浸润线偏差10%,孔隙水压力偏差16%;模型试验实测浸润线和孔隙水压力结果与考虑流固耦合作用时偏差分别为4.6%、4.1%,不考虑流固耦合作用时偏差分别为7.3%、11.3%。在2种工况下,数值模拟考虑流固耦合作用时尾矿库内浸润线和孔隙水压力更加接近室内模型试验结果。因此,在数值模拟中考虑流固耦合作用的计算结果更加趋于实际工程情况和满足工程实际要求。     

基于流固耦合理论的充气欠平衡钻井井壁稳定性分析

充气欠平衡钻井钻井过程中常出现井壁失稳、钻井失败情况。基于流固耦合理论,应用ANSYS软件平台模拟充气欠平衡钻井钻进中的井壁应力,在考虑流固耦合数学模型和应力破坏准则基础上,对井壁应力情况分析,得出以下结论:(1)确定了井壁失稳的破坏准则及破坏方向;(2)计算分析了井壁的3种应力随距井眼轴心距离变化规律,得出欠平衡钻井和过平衡钻井中井壁应力区别;(3)考虑不同渗透率条件下,欠平衡钻井井壁稳定随时间变化情况,以及孔隙压力变化情况。确定了不同地层条件下欠平衡钻井需要注意的问题。分析准确地指出了欠平衡钻井过程中井壁应力变化规律,保证了现场施工的顺利进行。     

基于流固耦合的强度折减法的地下水渗流对隧道稳定性的影响研究

为充分研探讨地下水渗流对隧道稳定的影响,基于流固耦合的强度折减法优化计算隧道稳定性的安全系数。以3种计算工况参考,分别对地下水渗流、流固耦合计算模式下影响隧道稳定性的安全系数进行详细分析,并对地下水位对隧道安全系数和拱顶沉降进行了分析。结果表明,考虑地下水渗流情况后,隧道的安全系数降低;考虑流固间接耦合和完全耦合的模式计算获得的隧道安全系数大致相同,但间接耦合模式下消耗的计算时间最短;随着地下水水位的升高,隧道安全系数有所下降,二者呈线性相关;在选取相同折减系数时,隧道拱顶的沉降程度随地下水水位升高而增加。     

地下工程突涌水物理模拟试验系统的研制及应用

基于流固耦合模型试验研究现状及其所存在的问题,探讨了突涌水物理模拟的关键技术难题,研制了新型流固耦合模拟试验系统.选用砂和滑石粉为骨料,以石蜡为胶结剂,通过大量配比试验,研制出新型流固耦合两相相似材料,采用高强PVC材料研制出组合式三维流固耦合试验台架,可实现不良地质体和含水层的自动生成;采用光纤光栅技术研制出突涌水前兆信息监测系统,传感器具有体积小、精度高和防水的特点,能够实现应力、位移以及渗压等多元信息的实时并行在线采集和分析.采用该试验系统对巷道涌水进行了物理模拟,试验结果表明该系统稳定可靠,具有良好的应用价值和工程实用意义.     

基于流固耦合龙卷风作用核电常规岛主厂房响应研究

基于弱耦合求解策略,利用ANSYS-CFX软件对核电常规岛主厂房钢框架结构与三维龙卷风场的流固耦合效应进行了CFD数值模拟,并就结构在龙卷风风场作用下的表面风压及位移响应进行了研究。研究结果表明:当龙卷风袭击结构时,屋顶及近涡旋中心侧面出现负压区,而最大正压出现在迎风面;结构的最大位移出现在结构迎风面的屋角处;单向流固耦合和双向流固耦合下两种情况下的位移相差较大,相对误差达到36%。因此,在结构的抗龙卷风设计中考虑结构与龙卷风场的耦合作用有一定的必要性。     

承压水上采煤底板破坏流固耦合数值模拟

随着开采深度的不断增加,一些深部的矿井正面临高承压水上采煤的现状,针对这一现状结合对底板突水机理的分析,利用FLAC3D软件强大的流固耦合功能,对高承压水上开采工作面进行流固耦合数值模拟,分析和研究煤层底板岩层在采动过程中的位移、应力及孔隙水压力变化规律,并得出了某煤矿9#煤层962工作面底板的破坏深度.结合突水系数法对该工作面带压开采的可行性进行分析,为工作面的正常开采提供理论依据.     

深部煤层采动流固耦合效应下陷落柱突水机理研究

以淮北矿区下组煤开采为例,研究煤层深部开采扰动诱发陷落柱突水机理,建立了陷落柱突水模型。基于FISH对FLAC3D进行二次开发,研究流固耦合效应下工作面推进不同步距条件下,陷落柱破坏特征。结果表明:深部高地应力及高承压水耦合作用下,随着工作面回采推进,陷落柱产生侧向塑性破坏。在采动影响下塑性破坏区范围不断地向外扩展,工作面前方的裂缝带与陷落柱塑性破坏区之间的完整岩层宽度在不断地减小,当工作面推进50m时,距陷落柱30m处二者相连通,形成突水通道,诱发陷落柱突水。研究揭示了矿井深部煤层采动流固耦合效应下,陷落柱突水的过程与机理。     

流固耦合作用下含缓倾软弱夹层边坡稳定及参数敏感性研究

含缓倾软弱夹层岩质边坡中,存在应力场、渗流场等多场相互作用。由于不同区域缓倾软弱夹层形成的地质条件和组成成分不同,导致软弱夹层力学参数各异,在渗流场和应力场耦合作用下软弱夹层力学性质相对于自然状态亦会产生变化,因此流固耦合作用下缓倾软弱夹层参数特征的研究成为边坡稳定性分析与治理工作中需要进一步研究的问题。为探求流固耦合作用下含缓倾软弱夹层典型相关参数对岩坡稳定性的影响程度,以四川省金顶黄山石灰石矿山边坡为研究对象,基于强度折减法和流固耦合理论对边坡进行稳定性分析,选取软弱夹层倾角、厚度、内摩擦角及黏聚力设计正交试验,并采用极差分析和单因素分析法对各参数在边坡稳定性分析中的敏感性进行研究。研究结果表明:在流固耦合作用下,软弱夹层厚度越大、黏聚力越高,边坡稳定性不一定越好;软弱夹层倾角越小、内摩擦角越大,边坡越趋向于稳定。     

煤矿底板突水流固耦合分析

以某矿承压水上开采为背景,运用数值模拟软件FLAC对底板突水规律进行流固耦合分析.通过分析工作面不同推进距离时煤层底板的破坏范围、应力和位移变化,得出承压水上开采工作面突水的基本规律,为安全开采提供了借鉴和依据.     

应力—渗流耦合作用下原煤渗透特性实验研究

煤岩是典型的层状软岩,在平行原煤节理和垂直原煤节理裂隙面应力作用下,原煤将呈现出不同的渗流规律。采用河南新安煤矿15110工作面的原煤,用酚醛树脂加以包裹,形成方形树脂包裹原煤的透明试件。根据原煤节理情况,选取平行节理方向和垂直节理方向作为试件加载方向,进行应力—渗流耦合作用下原煤渗透特性实验研究,获得应力—渗流耦合作用下原煤的渗流规律。通过实验得出结论:稳定水压条件下随平行节理方向应力的增加,其渗透水流量逐渐增大;透水量随垂直节理方向应力的增大而减少;同时,得到水压与应力耦合作用下原煤的流固耦合方程。     

考虑降雨入渗-重分布的边坡稳定性分析

为了阐述降雨对边坡稳定性的影响具有滞后性,提出了在降雨入渗过程中进行边坡稳定性分析时需考虑降雨入渗-重分布过程。在降雨入渗-重分布过程中,建立了基于GEOSTUDIO的边坡降雨入渗数值计算模型,研究了不同降雨强度对非饱和土质边坡稳定性的影响,并对比分析了在降雨强度和降雨持时相同条件下考虑与不考虑流固耦合时边坡稳定性变化规律。结果表明:不考虑流固耦合时,边坡安全系数随持续降雨逐渐变小,并在降雨结束后7~9h降至最低,之后安全系数逐渐增大,在降雨持时入渗及降雨结束后7~9h,边坡安全系数降低速率与降雨强度正相关;考虑流固耦合作用时,边坡的安全系数逐渐变小至趋于稳定,且始终不比考虑流固耦合时小。     

尾矿库流固耦合的地震动力响应特性

通过FLAC3D数值分析软件,建立某尾矿库的三维实体模型,利用人工合成地震波施加荷载实施地震作用下的尾矿库的流固耦合分析,得到了尾矿库在地震作用下的坝体位移、加速度以及库区液化的动力响应特性。结果表明,在静力作用下,尾矿库整体稳定,安全系数为1.42;在地震动力作用下,尾矿库的坡顶水平最大位移达到0.45m,垂直位移达到0.15m,产生局部水平式滑动破坏;地震动力响应的加速度在水平和垂直方向均得到放大,垂直向最大放大倍数为2.2;坝坡以及上游积水地发生液化流滑,特别是地震发生的初期0~10s内响应强烈。     

基于流固耦合的大型矿用洒水车矿区行驶防浪涌分析

洒水车是矿区环保的重要维护设备,但在矿区复杂的行驶条件下极易出现翻车及结构强度失效等问题.为保证行车安全,以容积为120 m3的大型矿用洒水车为研究对象,基于流固耦合动态有限元方法,选择8种典型行驶工况来探究洒水车水箱内部浪涌对结构的影响.分析结果表明:转向工况对水箱内隔板底部焊缝处的应力影响最为显著,且随着充液比的增...     

水耦合装药下爆炸应力波传播规律的数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA软件对爆炸应力波传播规律在炮孔水耦合装药不同耦合系数条件下模拟研究,并对所得到的模拟结果数据进行拟合分析,得到了4种炮孔水耦合装药条件下爆炸应力波峰值随传播距离衰减的指数α,并得到在爆破水耦合装药下最佳的不耦合系数为2.6。     

某矿山酸性水调节库重力坝流固耦合分析

根据某矿山酸性水调节库安全稳定运行的需要,建立调节库重力坝有限元分析模型,运用间接流固耦合分析方法,首先分析了重力坝在洪水水位的最危险状态下,加入相关坝体排水系统进入有限元分析,重力坝坝体和坝基的渗流状态和酸性水渗透量;然后将渗流计算耦合到应力变形中,分析了整个坝体的应力状态和变形行为,详细分析了斜缝(施工缝)附近的应力集中状态。结果表明:排水设施加入后,有效降低了坝体的浸润线位置,减少了渗水对坝体的不利影响,耦合作用下,重力坝各项指标符合相关要求。斜缝对坝体变形影响有限,但改变了坝体的应力分布情况,需要在斜缝位置加强保护。     

纵轴式掘进机横向和纵向随机振动响应的分析

为分析纵轴式掘进机在随机激励作用下的振动特性,利用拉格朗日方法建立其随机激励作用下横向和纵向的运动微分方程,以国产某型掘进机为例,针对截割头所受随机激励产生的随机振动,运用虚拟激励法导出了掘进机横向和纵向振动响应的数学模型,并利用Matlab汇编语言赋值求解,获得了该掘进机系统的固有频率和3阶振型以及在随机激励作用下截割头、悬臂和机体的位移响应特性。研究结果表明:系统的固有频率集中在低频7 Hz内,第2阶固有频率对掘进机振动影响较大。在外随机激励作用下,截割头和悬臂的横向位移响应幅值略小于纵向,机体的纵向位移响应幅值明显大于横向。为验证结论的可靠性,利用ADAMS对掘进机多刚体动力学模型仿真,理论值、模型仿真结果和实验数据较接近,证实该方法研究掘进机的随机振动可行。