混凝土水化热条件下人工冻土墙与内衬结构共同作用研究

研究了在人工冻土墙形成并达稳定温度场分布呈非线性后，基坑开挖并浇注大体积混凝土衬砌时，混凝土水化热对冻土墙温度场及其耦合应力场分布的影响，分析得出了在冻土墙温度场分布改变过程中，其与内衬共同作用应力场的变化规律．内衬混凝土水化热会使其邻近的冻土融化，之后在冻结管冷源的作用下融土又回冻，冻土墙温度场会发生非线性的变化过程；在冻土墙内侧随工况进行自上而下移动的融化区域使围护结构体系的应力场不断的变化，冻土墙内侧所受径向应力增大，内衬的支护作用提高，冻土墙支护性能下降；同时，冻土墙位移趋势加大，内衬支护作用的提高并没有完全遏制冻土墙的位移发展，说明冻土墙是主要的支护结构。     

盘式制动器热结构耦合分析

在盘式制动器图纸的基础上,建立了其三维模型。根据摩擦生热的理论,应用有限元软件Abaqus对制动盘进行了在紧急制动工况下的热结构耦合分析,得到了盘式制动器的温度场和应力场的重要信息。结果表明:在制动开始时,制动盘的温度场及应力场呈非轴对称分布,在制动结束时,制动盘的温度场及应力场接近于轴对称分布。     

热-流-固耦合岩体三轴压缩实验数值模拟

为了探究岩体渗透特性与应力场和温度场之间的关系,进一步获得耦合条件下岩体的力学行为规律,在温度场、渗流场、应力场三场耦合条件下,对岩体进行不同围压梯度、不同Darcy渗透系数的三轴压缩实验的数值模拟研究。研究表明:围压是影响岩体渗透性的因素之一,在其他各场条件一致的工况下,围压越大,岩体的渗透性越低;作用于岩体的应力场对流经岩体的渗流场产生的影响比较明显,流经岩体的渗流场对岩体内部分布的温度场的影响占主导作用,但作用于岩体的应力场对岩体内部分布的温度场的影响并不十分显著;岩体在多场耦合条件下进行三轴压缩实验模拟,端部效应显著,边缘应力分布集中,岩体应力分布呈现上下对称分布状态。     

混凝土水化热对人工冻土墙温度场分布的影响

研究了在人工冻土墙形成并达稳定温度场分布呈非线性后，基坑开挖并浇注大体积混凝土衬砌时，混凝土水化热对人工冻土墙温度场分布的影响，分析得出了受影响区域内冻土墙被融化及重新冻结的过程。在内衬混凝土水化热的作用下，冻土墙温度场会发生非线性的变化过程，沿径向受影响冻土墙上的不同点，温度变化规律是相似的；同时，在冻结管所提供冷源的作用下，解冻的冻土墙部分又会重新冻结。     

X100管线钢四丝埋弧焊温度应力场的数值分析

采用ANSYS有限元软件,对X100管线钢的四丝埋弧焊的焊接温度场和应力场进行了模拟,研究了焊接电流、焊接速度、焊丝间距对焊接温度场和残余应力分布的影响。计算结果表明,当每根焊丝的电流增加50 A时,焊接温度场的峰值温度增加135 ℃,焊接热循环的冷却速度略有下降;当焊接速度从0.72 m/min增加到0.84 m/min时,焊接温度场的峰值温度下降183 ℃,焊后冷却速度明显增加;当焊丝间距由30 mm增加到50 mm时,焊接温度场的峰值温度下降189 ℃,焊后冷却速度增加。焊接电流增加50 A时,焊接残余应力水平略有增加;而增加焊接速度和焊丝间距时,残余应力峰值水平下降。     

深部巷道围岩热-固耦合分析及数值模拟

为了研究深部巷道围岩温度场、应力场的分布规律及其耦合作用,基于理论分析,得出热应力影响下巷道围岩应力场的解析解,并通过数值模拟和现场监测研究了热应力对围岩稳定性的影响。研究表明:围岩温度分布呈非线性变化,表层温度梯度大,围岩深部温度梯度小,且热应力与温度梯度呈正比;随着巷内温度与原岩温度差值的增大,围岩塑性区、应力场、位移场都有不同程度的增大;巷内温度在风流作用下,温度不断地变化,形成的热应力作为附加应力会对深部巷道围岩应力场施加变化的作用力,易使巷道围岩发生挠动失稳。     

闸瓦摩擦特性对制动器温度/应力的影响

为获得闸瓦摩擦特性在紧急制动过程中对制动器温度场/应力场的影响,针对超深矿井提升机制动系统,提出了紧急制动过程中制动器温度场/应力场的理论计算方法。并以此为基础,再运用有限元的方法建立了紧急制动过程中制动器的热-结构直接耦合模型,得到了闸瓦不同摩擦特性下紧急制动过程中制动副的温度场和应力场的大小与分布规律。     

地下水库人工坝体强度损伤演化特征试验研究

在我国西部生态脆弱矿区,地下水库储水技术已成为煤水资源共采技术的重要组成部分,其中人工坝体的稳定性是评价地下水库能否构建并长期安全使用的关键因素之一。为研究地下水库人工坝体在吸水-失水、采动及矿震等循环作用下强度变化规律,以大柳塔矿地下水库人工坝体所使用的C30混凝土试样为例,开展了超声-回弹综合测强、循环加载和单轴压缩声发射试验研究。研究结果表明:超声-回弹综合测强公式可以对水作用下混凝土试样强度进行预测;循环加载影响下试样强度最大下降比例约17%,而水作用下的循环加载试样强度最小下降比例达26%;并结合声发射振铃计数研究了混凝土试样受载下的损伤演化特征。由此可知,循环加载(采动及矿震)和水(吸水-失水)共同作用下,对地下水库人工坝体稳定性影响较大。     

伊敏露天矿蓄水池坝体渗流及稳定性分析

为了解决伊敏露天矿生产调节蓄水池坝体边坡的渗流及稳定性问题,基于现场实际调查,采用数值模方法研究得出坝体内部的孔隙水压力变化趋势、渗流量、渗流路径等重要数据,并将这些数据代入边坡稳定安全系数的计算中。结果表明：在渗流场和应力场耦合作用下,水位抬升会造成坝体边坡的稳定性下降,并基于此结论提出了防治建议。     

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。     

煤矿定向钻机用摩擦盘式制动装置仿真分析

根据摩擦盘式制动装置中摩擦盘的实际几何尺寸,运用有限元多物理场方法,建立一个制动工况下三维瞬态热-结构耦合的计算模型,对制动装置工作过程中的温度场及应力场进行了数值模拟,揭示了制动过程中制动盘瞬态温度场/应力场的分布规律,为制动装置结构设计及选择摩擦副材提供重要理论依据。试验验证了设计的摩擦盘式定向制动装置结构紧凑,径向尺寸小,制动性能可靠。     

煤炭地下气化温度场动态扩展对顶板热应力场及稳定性的影响

为探索煤炭地下气化过程中煤层温度场扩展对顶板应力的热影响,利用相似材料制作大尺度顶板模拟内蒙古乌兰察布褐煤层顶板泥质软岩,对煤层温度场动态扩展条件下,顶板应力场扩展过程及顶板稳定性进行实验研究。结果表明,在模型实验中,顶板热应力的最大值可达1.5 MPa。在氧化区培育阶段和气化阶段,煤层温度场沿通道轴向平均扩展速率分别为0.018,0.028 9 m/h,顶板热应力场沿通道轴向扩展速率分别为0.015和0.027 m/h。氧化区培育阶段煤层温度场扩展主方向与裂隙方向一致,煤层温度场动态扩展与顶板热弥散的双重作用使顶板应力场的扩展速率逐渐趋近于煤层温度场扩展速率。同时,泥岩顶板受高温影响在垂直气化通道方向形成稳定的拱形结构,可维持顶板在垂直气化通道方向的区域稳定。     

弹性与非线性状态下层状岩石高温热应力场数值对比分析

在考虑层状岩石热力学参数随温度变化以及温度作用下岩石的热弹塑性本构方程的基础下,利用有限元软件ANSYS对煤炭地下气化高温作用下煤层顶底板的温度场和应力场进行了研究,对比了弹性状态和弹塑性状态下的岩石的应力场分布情况。通过对比分析发现,当温度达到300℃以上时,线弹性状态与弹塑性状态下得到热应力之间的误差为30%,1000℃以上误差接近100%。这充分说明在高温情况下不能忽略岩石的非线性特性,否则温度的升高会使地下工程中岩石计算应力与实际情况产生很大差异。     

轧辊铸锭的温度场计算机数值模拟

基于轧辊铸锭传热机理,建立了轧辊铸锭过程的物理模型。并对所建立物理模型进行数学描述,建立了温度场的三维数学模型。通过实验得到铸锭过程的温度场分布实测值,通过对比确定模拟结果的准确性及精度范围。针对不同材料的大型轧辊的温度场进行模拟,得到了不同材料冷却过程的温度场分布云图,以及表面涂料对冷却过程的影响。通过模拟和实验的对比分析,改进并优化模型,得到更优的模型和模拟方案。     

钎焊金刚石钻头制造过程热动力学仿真

本文以钎焊金刚石钻头为研究对象.对它在高温钎焊炉中的生产升温过程和降温冷却成型过程热动力学理论进行了分析总结,对整个实体模型从钎焊炉中取出后的降温冷却过程进行了数值仿真模拟。分析了钎焊金刚石钻头及石墨模具装配体降温过程的温度场,及其对钎焊钻头应力场的影响,分析了石墨心模与钎焊金刚石钻头之间的应力,并把仿真数据与解析解理论计算值进行比较,验证了钎焊金刚石钻头降温冷却过程数值仿真与理论解析值具有较好的一致性。     

煤与瓦斯的热流固耦合关系研究现状及展望

为揭示煤与瓦斯的热流固交叉耦合关系,采用文献调研和理论分析的方法,探讨了含瓦斯煤应力场、渗流场和温度场的相互作用关系,阐明了各耦合项中蕴含的耦合关系,建立了煤层变形-瓦斯渗流-温度变化耦合作用模式,分析了煤与瓦斯热流固耦合作用的研究进展、存在的问题及后续研究方向,在现有耦合关系基础上增加了应力作用下的瓦斯吸附/解吸特征以及不同地质条件和开采条件下的解吸热效应特征,完善了煤与瓦斯热流固耦合关系。研究结果表明：已有的一些耦合关系存在方程形式不统一、普适性较弱等特点,且尚有一些耦合关系没有建立合适的方程,应力场和渗流场的耦合作用中缺少应力作用下的瓦斯吸附/解吸特征;解吸热源方程和吸附瓦斯量方程的适用条件、准确性及各种形式的方程存在的差异有待进一步研究;温度作用下的煤体物理力学参数变化方程普适性较弱,只能说明特定条件下温度场和应力场的耦合作用;已建立的热流固耦合模型中忽略了表示热能与应变能之间相互转化的耦合关系。对后续研究提出了几点建议：耦合机理研究方面,建议对应力作用下煤层瓦斯的吸附/解吸特征进行研究;建议对特殊的地质构造和开采条件下煤层中不同位置处的解吸热效应、变形能和摩擦热的演化特征等开...     

基于非线性有限元法的土石坝除险加固研究

以某尾矿库土石坝除险加固工程为研究背景,结合坝址区地形地质条件,采用非线性有限元法对加固前后的土石坝进行了应力应变分析,揭示坝体的应力场及防渗墙应力应变分布规律,为土石坝除险加固工程提供参考依据。     

高温地区碾压混凝土重力坝温控措施模拟分析

高温地区大体积混凝土的温度控制措施是施工期研究的重点内容。利用大型有限元分析软件,采用热—应力耦合分析方法,对施工工艺进行仿真模拟,分析大体积混凝土在施工过程中因水泥水化热产生的温度场及因周边约束产生的应力场,使混凝土浇筑后的温度升高值得到有效控制,该研究可为大体积混凝土采取温控措施提供理论依据。     

巷道支护加钢筋网喷射混凝土破坏过程的数值模拟

确保喷射混凝土支护方式的有效性是喷射支护的关键,如何事先预测喷射混凝土的破坏模式是矿山建设工程中亟待解决的问题。采用三维真实破坏过程分析系统,对加钢筋网喷射混凝土结构在双向拉伸作用下的破坏过程进行数值模拟,直观再现了喷射混凝土结构中应力场分布及裂纹演化过程。分析其破坏机理,并提出了一些建议,对于工程实践有一定的指导作用。     

铝合金双辊铸轧轧辊横向冷却强度分布研究

运用ANSYS有限元软件对轧辊内部结构的冷却效率及导热能力进行有限元模拟,以研究冷却水温度、流速及铝熔体对轧辊温度场和导热能力的影响。研究结果表明:在铸轧过程中,铝熔体在铸轧区内与轧辊接触,此处轧辊具有最高温度为520℃,随着冷却水作用及轧辊转动,铝熔体凝固离开铸轧区,轧辊温度逐渐降低至40℃,随后轧辊继续转动至进入铸轧区,循环往复。冷却水温度的降低无法明显改善轧辊温度场。冷却水流速的提高可以降低辊芯内冷却水通道温度场。铸嘴出口处铝熔体温度可明显提高轧辊温度场和辊缝中心处铝熔体轧制温度,但并未影响铝熔体通过轧辊冷却后辊缝出口处温度分布。