工程陶瓷高效深磨温度场的有限元仿真

在磨削温度实验的基础上, 运用有限元法对工程陶瓷氧化铝及部分稳定氧化锆进行了高效深磨磨削温度场的仿真研究.基于磨削温度的实验和传热学理论,得出了工程陶瓷工件的磨削热分配比;得出了干磨及湿磨两种状态下工程陶瓷磨削温度场的分布; 并分析了磨削温度梯度对工程陶瓷热裂纹的影响.结果表明: 随着砂轮线速度增加, 磨削温度场温度梯度增大; 而随着磨削深度增大,不同材料的磨削温度梯度变化不同,且磨削温度梯度与磨削热裂纹的产生有一定的对应关系.     

工程陶瓷高效深磨温度场的有限元仿真

在磨削温度实验的基础上,运用有限元法对工程陶瓷氧化铝及部分稳定氧化锆进行了高效深磨磨削温度场的仿真研究,得出了干磨及湿磨两种状态下工程陶瓷磨削温度场的分布;并分析了磨削温度梯度对工程陶瓷热裂纹的影响.结果表明:随着砂轮线速度增加,磨削温度场温度梯度增大;而随着磨削深度增大,不同材料的磨削温度梯度变化不同,且磨削温度梯度与磨削热裂纹的产生有一定的对应关系.     

基于大涡模拟的液滴蒸发液相传热过程

建立了燃油液滴蒸发瞬态气液两相流大涡模拟流体体积(VOF)模型,综合考虑了气液两相流流场,气液相界面的温度梯度和浓度梯度等因素,研究了气液相温度梯度和雷诺数对液滴液相传热的影响.研究结果表明:随着温度梯度的增大,液滴温度显著提高,温度梯度越大,液滴温度增加幅度越大;雷诺数不仅能够影响液滴周围流场的分布,而且还引起液滴内部温度场分布的变化;随着雷诺数的增大,液滴内部加热区域逐渐均匀,雷诺数越大,液滴的温度越高.     

煤岩导热特性实验及其对围岩温度场影响

为研究煤和岩石的导热特性对围岩温度场的影响,选取多个矿井的煤、岩样品,采用LFA457型激光导热系数测试仪测定不同温度下煤和岩石的热物理参数.根据实验得到的煤岩热物理参数,采用数值模拟的方法研究围岩热物理参数对围岩温度场的影响规律.研究结果表明:煤的热扩散系数和导热系数远小于岩石的热扩散系数和导热系数,而煤的比热容普遍高于岩石的比热容;煤和岩石的热扩散系数和导热系数均随着温度的升高而呈幂函数关系减小,而其比热容随着温度的升高呈线性增加.围岩热物理参数不同时,调热圈半径与围岩热扩散系数呈幂指数关系递增,壁面与风流温差随蓄热系数增加而线性增大.     

冻融循环条件下风化花岗岩物理特性的实验研究

为研究风化岩石在冻融循环作用下物理特性的变化情况,选取风化花岗岩为试样,在冻结温度为-40℃,融解温度为20℃条件下分别进行0,10,20和30次冻融循环实验,并进行单轴抗压强度测试。研究结果表明:风化岩石的质量在冻融后增大,且每组岩样的平均质量变化率随着冻融次数的增加而增大;随着冻融循环次数的增加,风化花岗岩的单轴抗压强度、弹性模量、冻融系数、风化程度系数都逐渐降低;在30次冻融循环作用下,岩样由中等风化岩变为强风化岩。     

热冲击作用下花岗岩渗透性演变规律试验研究

为研究高温花岗岩在热冲击作用下渗透性能变化规律,对不同温度花岗岩试件在空气中自然冷却、在水中(20℃,60℃,100℃)热冲击冷却等4种冷却条件下的渗透率变化规律进行分析,借助热冲击因子对不同冷却温度的热冲击破坏进行定量表征,研究结果表明:热冲击作用下试件渗透率增加幅度与岩石温度的升高呈指数关系;冷却介质与高温岩石之间的温差和对流换热系数共同影响热冲击过程中热量交换的速率,进而影响到热冲击破坏的结果;热冲击因子可以作为衡量热冲击破坏能力的物理量,热冲击破坏后花岗岩的渗透率随热冲击因子单调增加且存在阈值,超过阈值后试件渗透率随热冲击因子的增加而大幅度增加。     

不同加载速率下岩石红外辐射效应的试验研究

为研究加载速率对岩石试样红外辐射效应的影响,对花岗岩进行不同加载速率下单轴压缩实验,监测其红外辐射的变化。研究结果表明:随着加载速率增加,花岗岩试样抗压强度逐渐增加,从初始加载直至破坏的时间明显减少,初始压密阶段变长,弹性阶段的斜率逐渐变小;加载速率对红外辐射效应的影响体现在红外热像和平均红外辐射温度变化量上,在花岗岩红外热像图上表现为热像图上的高温区域不断扩大;试样的平均红外辐射温度变化量(?t_(AIR))随着加载速率提高逐渐增大;在较高加载速率下,?t_(AIR)曲线的斜率呈指数函数增大,即花岗岩试样的红外辐射效应越来越明显。     

高温遇水冷却岩石循环加卸载力学性能试验研究

为研究高温遇水冷却后不同岩性岩石在循环加卸载条件下的物理特性和力学响应特征的变化规律,对高温遇水冷却后的花岗岩、大理岩及绿砂岩试件分别开展了单轴压缩和循环加卸载试验. 结果表明,当加热温度超过400 °C后,三类岩石的体积增长率显著增加,400 °C可以作为三类岩石物理参数发生突变的阈值温度.总体上,三类热处理水冷却岩石的单轴抗压强度随温度的升高而降低,但花岗岩在200 °C温度处理后峰值强度比常温时有所增加. 在循环荷载作用下,花岗岩滞回曲线接近于线性,上限应力较高且不可逆变形小;而绿砂岩和大理岩的上限应力低于花岗岩且变形较大.相同温度热冲击下滞回环宽度大小顺序为绿砂岩>大理岩>花岗岩.随循环次数的增加,三类高温遇水冷却岩样的塑性变形减小,弹性模量增大,试件强度较单轴压缩均有提高;随温度升高,破坏面裂纹更为发育,破裂岩屑更为细碎.      

不同微波照射参数对花岗岩强度的影响

基于采用微波能量预先弱化岩石的方法可以有效地降低岩石强度这一理论,通过对花岗岩试件进行一定条件下的微波照射及劈裂试验。再利用ANSYS软件建立简化的二相岩石模型,模拟不同功率密度和照射时间下模型内部的温度分布和应力分布。结果表明:一定功率下,随着微波照射时间的增加,花岗岩试件抗拉强度逐渐降低,降低速度先快后慢,存在一个最佳照射时间范围。而采用高功率密度和短时间的微波照射时,模型内部的温度梯度增大,更易产生较高的温度应力,造成岩石损伤。模拟结果与试验结果基本吻合,为微波辅助机械破岩技术提供一定的参考价值。     

激光功率与扫描速度对45钢薄板焊接温度场的影响

采用SYSWELD有限元模拟和激光焊接红外测温方法,研究了激光功率与扫描速度对45钢薄板焊接温度场的影响。结果表明,焊接温度随着激光功率的增大而升高,随着扫描速度的增大而降低,且在激光功率较大和扫描速度较低时,其变化对焊接温度影响较大。在激光快速加热/冷却条件下,不同参数下的焊接初始温度与终了温度存在差异,通过调整合适的激光参数可获得相对稳定的焊接温度分布。在热影响区作用下,各焊接节点温度下降相对缓慢,且这一过程随着激光功率和扫描速度的增加而逐渐延长。为了提高焊接效率而同时增大激光功率和扫描速度不利于热变形的控制。     

花岗岩在微波照射下的损伤研究

基于采用微波能量预先弱化岩石的方法可以有效的降低岩石强度这一理论。本文先通过对花岗岩试件进行一定条件下的微波照射及劈裂试验,再利用ANSYS软件建立简化的二相岩石模型,模拟不同功率密度和照射时间下模型内部的温度分布和应力分布。结果表明：一定功率下,随着微波照射时间的增加,花岗岩试件抗拉强度逐渐降低,降低速度先快后慢,存在一个最佳照射时间范围。而采用高功率密度和短时间的微波照射时,模型内部的温度梯度增大,更易产生较高的温度应力,造成岩石损伤。模拟结果与试结果基本吻合,为微波辅助机械破岩技术提供一定的参考价值。     

热端温度对热声发动机性能影响的数值研究

建立场协同模型,采用计算流体动力学(CFD)方法,对1/4波长驻波热声发动机进行二维数值模拟研究,分析不同热端温度下系统内声功率的变化情况以及板叠与气体工质间的对流传热特性。研究结果表明:波动压力与体积流率幅值随着热端温度的升高而不断增大,相位差随着热端温度的升高呈下降趋势,特定结构的热声发动机对应使系统声功输出最大的最佳热端温度;随着热端温度的升高,板叠与气体工质间的换热量也不断增大,且发现声功率并不与热流量成正比,板叠存在着固定吸热与放热区域。     

热处理温度对受载花岗岩能量演化影响试验研究

为了有效评估花岗岩在高温环境下的工作性能,对饱水和干燥两种状态下的岩石试样,设计了5个温度梯度的热处理试验,通过波速测试试验初步评估岩石的热损伤情况,并在此基础上,针对干燥热处理试样开展了轴向加载试验。结果表明,随温度增加花岗岩波速减小,并在500～600℃间波速出现明显下降,热处理温度越高岩石裂隙越发育。且相同热处理温度下饱和花岗岩波速大于干燥花岗岩;从常温～500℃处理的干燥花岗岩强度以恒定速率下降,而在600℃花岗岩强度显著减小,表明花岗岩在500～600℃间存在热应力损伤临界点;不同温度下花岗岩试件在峰前阶段表现为能量积聚,在峰后阶段表现为能量释放,温度越增加应变能释放梯度越缓慢,体现了高温对岩石延性的增强特性。     

常规螺杆钻具定子衬套的热力耦合分析

基于传热学原理,采用有限元法分析橡胶衬套的热力耦合效应,讨论衬套温升的物理机理.分析衬套的温度场分布特点及热应力应变规律;研究橡胶硬度、泊松比以及静压、转子转速、地层温度、压差对衬套温升的影响.研究结果表明:均匀温度场的温升越高,衬套的热应力和变形就越大;衬套的非均匀温度场呈椭圆形分布,温度梯度较大;衬套的温升、最大热应力及变形量随着橡胶硬度、泊松比、地层温度的增大而减小,随静压、压差的增大而增大.通过与现场失效实例对比,验证了分析结果的正确性和可靠性.     

基于颗粒流热固耦合模型的片麻花岗岩损伤特性分析

利用颗粒流离散元程序并基于片麻花岗岩室内物理试验,建立数值热固耦合模型,针对不同温度条件下片麻花岗岩的热损伤演化规律展开分析。结果表明:温度导致片麻花岗岩内部产生初始损伤,且初始损伤随温度升高而累积增加;单轴压缩过程中,温度越高片麻花岗岩损伤越早且越剧烈;温度高于80℃,片麻花岗岩有由脆性向韧性转变的趋势。研究成果可为实际工程中片麻花岗岩的温度损伤评估提供一定的指导意义。     

Ti64合金激光选区熔化的数值模拟研究

为研究工艺参数对制件成形及性能的影响,以指导实验与生产采用数值模拟的方法,比较激光功率、扫描速度、扫描方式3种工艺参数对制件温度场的影响及同一工艺参数下应力应变场情况。结果表明:当激光功率增大,瞬态温度场面积增大,熔池温度峰值增大;当扫描速度增大,其温度场收缩,温度梯度增大;相对于同向烧结方式,蛇形烧结方式前一段的温度场对上一道烧结具有保温作用,使温度梯度减小。推荐使用激光功率90 W扫描速度50 mm/s,蛇形烧结方式对Ti64合金进行烧结。     

基于热棒降温技术的自燃煤堆热迁移行为数值模拟

为研究热棒作用下煤堆内部传热行为特征及冷却效果,在物理实验基础上,建立了煤堆-热棒系统复合传热模型,采用ANSYS模拟软件,对自燃煤堆在热棒作用下温度场进行数值模拟。通过分析有、无热棒时煤堆内的温度场及温度等值线的变化,对热棒的降温效果进行评价。结果表明,热棒可以改变煤堆内部的热传导路径,帮助煤堆散热。热棒的存在可以使温度等值线向热端移动,而且越靠近热棒位移量越大,形成包围热棒的"马鞍状"降温模态。根据热棒对松散煤体降温的效果,把热棒的作用范围划分为"敏感区"、"过渡区"、"迟钝区"三区,来有效判断热棒的降温半径,给实际应用中控制热棒的密度提供参考。对比实验和模拟结果,模拟值与实验实测值相近,精度较高。     

热夹层条件下沥青路面温度梯度分布特征研究

为探讨热夹层条件下沥青路面温度梯度变化与外界环境因素之间的相关关系,采用三维有限元数值计算方法,分析了不同热夹层条件、路表环境温度及对流系数下沥青路面结构温度场的空间分布规律,构建了外界环境参数、热夹层温度与热稳态路表温度的对应数据库,并基于多元线性回归分析方法,建立了沥青路面热夹层温度预估分析模型.结果表明:无热夹层条件下道路表面环境温度是影响路表热稳态温度的主要因素,对流系数的变化对沥青路面温度场空间分布几乎没有影响;有热夹层条件下路表热稳态温度随路表环境温度的下降而降低,且对流系数的增大对路表热稳态温度的下降速度有推动作用;所构建的沥青路面热夹层温度预估模型具有高度显著性,模型系数的置信概率较高,热夹层温度预测值与理论值之间误差较小,模型精度良好.研究成果为低温地区结冰路面热夹层温度控制提供了理论依据.     

加轴压卸围压条件下岩石的力学特性与能量特征

利用MTS815型压力试验机进行加轴压卸围压路径下花岗岩常规三轴卸载试验,研究加轴压卸围压路径下岩石的应力-应变全过程曲线、力学性质及能量特征。采用剪胀角描述岩石的扩容特性。研究结果表明:在卸围压过程中,侧向应变与围压先呈线性关系后呈非线性关系,且其增长速率明显大于轴向应变增长速率,表现出明显的侧向扩容;变形模量随围压卸载而逐渐减小,且随着初始围压的增大而逐渐增大;泊松比随围压卸载而不断增大,同一时刻点的轴向应变增量变化量度略大于侧向应变增量变化量;剪胀角随着初始围压增大而减小;基于能量原理获得岩石应变能随着围压的卸载呈逐渐增大的规律。     

深部巷道围岩瞬态温度-热应力的耦合作用

为了研究深部巷道温度场与应力场的耦合作用,采用理论推导得到圆形巷道围岩瞬态热-弹性耦合解析解,分析了巷道围岩温度场和热应力的分布规律,并通过数值模拟和现场观测研究了热应力对巷道围岩稳定性的影响。研究表明:围岩温度分布呈非线性变化,表层温度梯度大,围岩深处温度梯度小;随通风时间延长,围岩温度逐渐降低,冷却圈不断增大,温度梯度逐渐减小,温度分布曲线趋于平缓;通风能够改变围岩应力状态,切向热应力在围岩表层表现为较大的拉应力,而在深处表现为较小的压应力;径向热应力为拉应力,热应力加剧了巷道围岩顶底板塑性区扩展的深度。