某尾矿库三维流固耦合稳定性分析

为了解决尾砂滩面在渗流力的作用下可能产生较大沉降的这类问题,采用了三维流固耦合数值模拟计算的方法,分析评价此尾矿库达到一定标高后坝体在静态、动态和渗流条件下的尾矿稳定性.研究结果表明:坝体达到最终标高后,静态稳定性安全系数2.48,具有较大安全余量;在堆积坝体表面上三种不同排渗措施的情况下,侵润线的平均埋深满足规范要求;在0.05 g地震力作用下,尾矿库能够保持稳定.研究结论为初步设计及施工图设计阶段提供依据.     

基于流固耦合理论的浅埋隧道稳定性系数分析

基于流固耦合原理.在考虑渗流效应的作用下,对浅埋圆形隧道、双线铁路隧道、两车道公路隧道的围岩稳定性系数进行了计算.分析了围岩级别、隧道断面形式、是否渗流三个因素对围岩稳定系数和围岩塑性区分布范围的影响.结果表明:在断面形式和围岩级别一致的情况下,渗流效应对围岩塑性区的分布范围有重大影响;在影响围岩稳定系数的三个因素中,隧道断面形式和围岩级别对围岩稳定系数影响较大,而渗流影响相对较小.     

流固耦合下的坝坡稳定性分析综述

坝坡的稳定性问题一直以来都是水利工程中研究的重点问题,而流固耦合作用更是其中的难点问题,在稳定性分析时只有充分的考虑渗流与固体以及介入物质之间的相互影响,才能更加准确的得到计算结果。本文对坝坡稳定的现状、意义、分析方法做了简要综述介绍,并通过实例验证。     

基于流固耦合理论的疏松砂岩地层稳定性评价

疏松砂岩油藏开发过程中,井眼形成、各种高强度开采措施的应用极易导致近井壁区域地层发生应力扰动、产生膨胀/压实变形,造成油井出砂,严重时井壁坍塌破坏,影响油井生产.应用连续介质力学理论,综合考虑流体渗流、储层变形、破坏等因素,建立了流固耦合形式的地层稳定性评价模型,采用有限元数值模拟技术定量分析开发过程中近井壁区域储层变形、有效应力变化及相应渗透性能变化.结果表明:井眼曲率、生产压差对地层稳定有显著影响,生产过程中可根据储集层岩性确定临界生产压差,在保持地层稳定的基础上提高产能.     

流固耦合作用下盾构下穿高架桥稳定性分析

本文依托太原铁路枢纽新建西南环线盾构隧道,结合盾构施工中的监测资料,利用有限元分析软件进行数值模拟分析,在考虑流固耦合作用下,并结合实际监测资料,研究了盾构下穿高架桥时地表和地下结构的稳定性,得出了地表、桥承台和桥桩的变形规律及隧道周围孔隙水压力分布规律。研究结果表明：在富水地层中盾构下穿高架桥工程中,考虑流固耦合作用是必要且合理的;盾构隧道施工前采用隔离桩结合深层地层注浆的加固措施能有效地控制地表、桥承台和桥桩变形;盾构掘进过程中主要影响桥桩水平横向位移,对水平纵向和竖直方向位移影响较小;桥桩顶部受到的附加弯矩较大;深层地层注浆加固措施能减弱隧道周围流固耦合作用,降低隧道内涌水风险。     

三维细胞支架的流固耦合数值模拟

三维细胞支架作为体外骨组织细胞培养的重要一环,对三维细胞支架进行数值模拟可为体外细胞培养提供依据,当前使用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)的方法模拟流体的参数变化规律相对较多,而使用流固耦合的方法相对较少,因此,文中通过ANSYS Workbench软件,用流固耦合的方法模拟细胞体外培养中3种不同结构多孔支架的力学响应。根据流固耦合模拟的支架壁面剪切应力分布与细胞生物学研究结果进行对比,得出丝径为0.30 mm,孔隙率为91.44%的box2型多孔支架较适合细胞的生长,并通过对流体y轴方向上的压力和速度分析,得出支架结构和丝径大小与流体速度和压力间的联系,支架丝径越大,流体在支架区域y轴方向速度增幅越大,初始压力越大。研究结果可为体外细胞培养支架的选择提供依据,并通过支架表面的受力情况和流体参数的变化规律为细胞种植和培养液流速控制提供参考。     

流固耦合作用下节理岩质边坡失稳过程的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope对渗流与应力耦合作用下的软弱互层岩质边坡稳定性进行了数值模拟分析,数值模拟不但直观形象地给出了边坡的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了边坡滑移破坏面的萌生、扩展、贯通以及坡体整体失稳的渐进破坏过程,同时求得安全系数。并与无地下水的稳定性作了比较,结果表明,地下水渗流的作用使坡体位移增大,边坡安全系数减小,明显加大了滑坡范围。对实例的分析说明,RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及计算相应的稳定安全系数,本文方法对于边坡,特别是对于复杂边坡的稳定性分析具有实用性。     

流固耦合作用下节理岩质边坡失稳过程的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope对渗流与应力耦合作用下的软弱互层岩质边坡稳定性进行了数值模拟分析,数值模拟不但直观形象地给出了边坡的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了边坡滑移破坏面的萌生、扩展、贯通以及坡体整体失稳的渐进破坏过程,同时求得安全系数.并与无地下水的稳定性作了比较,结果表明,地下水渗流的作用使坡体位移增大,边坡安全系数减小,明显加大了滑坡范围.对实例的分析说明,RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及计算相应的稳定安全系数,本文方法对于边坡,特别是对于复杂边坡的稳定性分析具有实用性.     

基于流固耦合的轴流泵叶片结构分析

为了准确分析YQH-100油气混输泵的叶片所受应力分布情况,运用Fluent软件与ANSYS软件协同仿真的方法对油气混输泵单级压缩级流道进行三维流动计算,将Fluent流场数据通过Workbench流固耦合技术传输给叶轮结构,再对叶轮叶片进行应力分析,通过数值分析确定叶片的应力及变形集中区域,得出叶片的应力及变形分布规律,并且可以看出运用流固耦合和不运用流固耦合时含气率对扬程和效率有较小的影响.     

基于流固耦合的风力机预应力模态分析

以某1.5 MW水平轴风力机风轮为研究对象,考虑风轮旋转气动力和结构的流固耦合效应,运用ANSYS Workbench有限元分析软件,计算出不同风速时风轮旋转气动力与结构流固耦合作用下的压力.将压力作为输入载荷对风轮结构进行静力学分析,进而转换为预应力条件下的模态分析.结果表明:风力机运行时,叶尖处的变形最大,叶片上距离叶根3/4段处和叶根部有明显的应力集中;最大应力在额定风速以前随着风速的增大而增大,额定风速以后变化较小;叶片最大变形量随着风速的增大而增大;旋转效应使得风轮各阶模态所对应的频率增大.     

流固耦合作用下大型地下厂房围岩稳定性分析

为分析降雨和地下水形成的渗流场与应力场的耦合作用,对某大型地下厂房洞室群围岩稳定的影响,根据流固耦合理论,利用二维和三维有限元对地下厂房开挖施工进行数值模拟分析。该厂房最大的特点就是复杂的地质环境,断面形状和尺度庞杂,最主要是有F77大断层横穿主厂房,且遭遇降雨入渗等影响厂房围岩稳定性的恶劣工程环境。因此,基于厂房开挖支护的数值仿真过程,通过是否考虑应力场或渗流场的影响等不同工况进行对比计算分析。依据计算的洞室内渗流量、围岩应力场、变形场以及塑性区分布等结果表明,主厂房和主变室边墙部位以及洞室拐角处需加强支护,且主厂房大断层处在施工过程中需要及时排水与加固处理。耦合作用下,围岩应力和位移均不同程度地增大、塑性区分布范围加深。因此,考虑应力场和渗流场的耦合作用是合理的,并且适时对地下厂房进行防渗和排水是十分必要的。     

管阀内油水环状流稳定性的流固耦合分析

为了研究管阀与两相流相互作用下的油水环状流稳定性,结合流固耦合模型和VOF模型,进行管阀与油水环状流的双向流固耦合分析,对管壁变形及剪切应力、油相体积分布、速度场进行数值模拟分析。结果表明,管壁变形与壁面剪切力作用的大小与面积随球阀开度变化而变化,管壁变形对油水环状流产生影响。在较小的球阀开度下,流固耦合对阀下游油水两相分布、漩涡强度有明显影响,容易使油水环状流失稳。而在大开度下,流固耦合对环状流无明显影响。在实际开闭阀门操作中应快速反应,减少阀门在小开度过程中的反应时间。     

深基坑工程流固耦合分析

深基坑工程是一个系统工程。由于深基坑的降水、开挖、支护,改变了土体中原有的渗流场和应力场,而渗流场和应力场共同作用,控制着基坑的变形。本文对渗流场进行了有限元分析,并将渗流场的水力作用与应力场耦合进行分析。     

隧道完整型岩盘渗透破坏失稳机制流固耦合模型试验研究

为研究深长隧道开挖过程中完整型岩盘在工程扰动和地下水渗流作用下发生渗透破坏的失稳机制,以在地形地质条件复杂的中西部地区修建的深长隧道-利万高速齐岳山隧道为工程背景,通过能够同时实现高水压加载和隧道开挖的渗流突水模型试验系统和配制的流固耦合相似材料,开展深长隧道完整型岩盘渗透破坏灾变演化规律的物理模型试验,研究了开挖扰动和防突岩盘厚度对其渗流特征的影响.研究结果表明:深长隧道完整型岩盘渗透破坏失稳突水本质是开挖扰动和地下水渗流耦合影响下突水通道逐渐形成、防突岩盘逐渐丧失阻水能力的结果;开挖扰动和防突岩盘厚度对围岩内水压力分布和涌水量具有显著的影响,围岩水压在承压水渗流作用下经历"稳定-增大-稳定"的过程;隧道开挖过程中,承载水压、涌水量与防突岩盘厚度分别表现出正、负线性关系,水力梯度及渗透系数均具有明显的分段特征,突变点前水力梯度和渗透系数基本稳定,突变点后水力梯度急剧减小而渗透系数快速增大;随着防突岩盘厚度的减小,岩盘的阻水性能逐渐降低,对外加水压的承压能力逐渐下降;突水灾害的发生虽具有很强的"突变"性,但突水通道的形成将经历一个较慢的渗透破坏过程.研究结果可为深长隧道突水灾变机理的研究提供参考.     

基于流固耦合理论的混流式叶片动力学分析

为了避免机组发生共振,以某一混流式转轮叶片为对象,提出叶片在空气和在工作流道中的动态特性方程,采用有限元方法建立叶片在空气中和工作流道中的频率计算模型和方法,得出了流体对叶片固有频率的影响系数.结果表明: 叶片在空气中和在水介质中振型基本相似,但随叶片结构及振动形式的改变,叶片固有频率发生变化.该方法对于流体激振力的研究和叶片的疲劳设计校核具有一定的参考意义.     

螺旋桨的流固耦合动力分析

采用２０节点三维等参元离散系统，在结构表现上布置源汇，应用Ｇｒｅｅｎ函数的边界积分法计算流体－结构的相互影响，用湿模态法对螺旋桨在水中的动力特性进行了计算；比试验验证表明，计算结果与试验结果吻合良好。     

基于流固耦合的风力发电机结构特性分析

风力机结构尺寸的增大会导致气动载荷效应的作用更加明显,因此,采用流固耦合分析技术来研究气动载荷效应对风力发电机结构的影响。采用ANSYS Workbench软件搭建了流固耦合分析系统,经过流固耦合分析得到了不同风速下风力机周围气流分布规律、风力机表面压力分布规律、风力机变形和应力分布规律、风速与风力机叶片应力和变形之间的波动规律;仿真分析了考虑流固耦合与不考虑流固耦合两种情况下风力机的模态振型,为风力发电机的结构设计提供一定的理论参考。     

流固耦合对大跨分岔隧道围岩稳定性的影响分析

以某富水大跨分岔隧道为研究对象,采用MIDAS NX建立三维数值模型,研究了流固耦合对隧道围岩稳定性的影响规律。研究结果表明:(1)流固耦合对围岩位移场影响程度大于应力场,特别是对竖向位移场具有显著影响。(2)考虑流固耦合后,拱顶产生延伸至地表的漏斗形位移集中区,拱顶沉降为15.7mm,约为无耦合工况的2倍,仰拱隆起为3.5mm,约为无耦合工况的30%。(3)无耦合工况下,围岩塑性区呈现竖向椭圆形分布,流固耦合工况下,塑性区呈现蝶形分布,且塑性区面积显著增加。综上,流固耦合对大跨隧道围岩稳定性具有显著影响,应结合现场情况,采取有效工程措施,降低施工风险。     

基于流固耦合的水下发球管汇力学及振动特性分析

水下发球系统具有可利用生产流体发球、不停井发球的优势,在现阶段与未来海洋油气开发具有广阔的应用前景。水下发球管汇结构复杂,存在多处弯管、变径三通,生产流体压力高,而发球流程工艺引起的管汇结构变形与振动情况尚不清晰。本文采用数值模拟的方法,计算了某水下发球管汇在发球工况中,流固耦合条件下管汇结构的位移、应力分布及振动情况。发现阀门的开关瞬间是压力变化幅度最大的特征时刻,也是引起管道位移、振动情况最严重的特征时刻; 明确了管道结构风险位点为管汇结构末端,最大位移约为5.69 mm,主要由X方向贡献,最大等效应力为233.13 MPa,主要集中分布在T型管、弯管内侧处;提出了针对性的优化支撑方案,管汇结构最大位移降低至3.53 mm,低阶模态频率增幅约为1.74%~20.54%,说明管汇结构的安全性得到了提高。所得结论可为水下发球管汇的设计、运行提供理论依据。     

三维页岩储层多重压力流固耦合模型研究

研究裂缝页岩储层在生产过程中的流固耦合力学过程是准确认识气藏生产动态的关键科学问题.针对页岩储渗机制复杂的难题,本文建立有机质-基质孔-天然裂缝和离散人工裂缝的多尺度流动介质与多重压力系统;考虑吸附气的非平衡解吸附和表面扩散,自由气的黏性流和Knudsen扩散,以及基质孔、天然裂缝和人工裂缝压力系统对页岩变形的影响,建立了页岩双重有效应力流固耦合数学模型,分析了压裂井生产过程中岩石变形对气体流动的影响规律.研究发现:天然裂缝压力系统是引起页岩气生产过程中应力敏感性的主要因素;固体变形对基质孔渗透率的影响小于Knudsen扩散,基质孔的表观渗透率并不会发生应力敏感;随着天然裂缝密度的增大,天然裂缝压力系统的有效应力系数迅速增大,页岩气产量应力敏感效应增强.