低透气性原煤力学及渗透特性的试验研究

利用MTS815岩石力学试验系统和气体渗透试验系统,开展了原场应力状态下原煤煤样在不同瓦斯压力条件下的三轴压缩渗透试验,对比了不同瓦斯压力下煤样的变形、强度和渗流特征,分析了瓦斯对原煤煤样力学性质的影响,以及煤样变形破坏过程中其渗透特性的变化.结果表明:随瓦斯压力增加,弹性模量和峰值强度呈指数型衰减,泊松比、峰值轴向应变和峰值横向应变呈指数型增加,煤样变形能力增强,抵抗破坏的能力减弱.瓦斯渗透率随煤样加载变形破坏呈先减小后增大趋势.瓦斯渗透率变化与体积变形机制密切相关,在体积压缩阶段存在不可恢复性衰减,在峰后阶段随体积膨胀逐渐增加,残余阶段的渗透率一般远大于初始静水压力状态的渗透率.对低透气性煤层瓦斯抽采和煤炭安全开采具有现实指导意义.     

自然边界元与有限元的耦合及其应用

为了提高计算速度和有效地减少计算量,基于无限平面弹性问题的自然边界元与普通有限元的耦合方法,提出了一种在工程分析软件ANSYS下的实现方式;详细介绍了耦合方法的理论依据及其在ANSYS下的具体实现步骤;用这种耦合方法研究了地下拱形巷道围岩应力的计算问题,并将耦合法计算结果与ANSYS软件计算所得到的结果进行对比分析.结果表明,耦合法计算稳定,计算结果准确可靠,在半径10 m的情况下使用耦合法计算的结果精度与在半径200 m的情况下单独使用ANSYS计算的结果精度相当;同时,耦合法较普通有限元算法收敛速度更快,计算量更小.     

压力容器含裂纹接管过渡区有限元分析及优化

针对压力容器服役过程中因应力集中而形成裂纹的问题,运用有限元软件仿真计算压力容器接管过渡区裂纹尖端应力强度因子和最大等效应力。通过改变接管尺寸、焊接不同厚度补强圈或翅片,比较其对Ⅰ型应力强度因子K_I及最大等效应力的影响。结果表明,增大接管壁厚和内、外过渡圆角直径,减小接管开孔尺寸,焊接补强圈或翅片均可一定程度上减小K_I及最大等效应力;增大内过渡圆角直径的效果较增大外过渡圆角直径的效果更好;补强圈与筒体厚度比存在最佳值,厚度比为0.35时K_I及最大等效应力最小;焊接翅片可有效降低K_I及最大等效应力。