多维虚内键模型(VMIB)及其在岩体数值模拟中的应用

多维虚内键模型(VMIB, virtual multi-dimensional internal bonds)是在虚内键(VIB, virtual internal bond)理论基础上发展起来的一个多尺度力学模型. VIB理论认为固体材料在微观尺度上由随机分布的材料微粒(material particle)组成, 微粒之间由单一法向键连结; 而VMIB模型则在原VIB模型单一法向键基础上又引入了切向键用以约束微粒点对之间的相对转动自由度. 材料的宏观本构方程则由两种虚内键的刚度系数导出, 并在理论上证明了微观两种虚内键的刚度系数与宏观材料常数之间存在一一对应关系, 表明了在VMIB模型中增加切向键的充分性和必要性. 由于材料的断裂准则直接嵌入到本构方程中, 这使得VIB和VMIB模型在模拟材料断裂破坏方面有着较大的优越性. 岩体由于受到分布裂纹的切割作用, 宏观上表现为各向异性力学特征. 在岩体损伤模型中, 岩体裂纹的分布特征通常由损伤张量描述. 岩体在某一方向上的相对刚度大小决定于该方向上损伤值的大小. 在VMIB模型中, 微观虚内键的空间分布密度决定着材料宏观各方向上相对刚度的大小, 这与岩体损伤对岩体力学性能的影响是一致的. 文中在损伤张量与虚内键分布密度之间建立了定量关系, 将岩体等效为VMIB固体. 理论与试验结果表明, 这种等效的VMIB固体可以再现分布裂纹对岩体力学性能的影响, 这为进一步应用VMIB模型对岩体破坏行为进行数值模拟奠定了基础, 同时也为其他多裂纹体的数值计算提供一种新思路.     

碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土电热性能的数值模拟与试验研究

碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土是一种新型纤维增强水泥基复合材料,不仅具有良好的力学性能,而且具有优异的导电性能。本文进行了碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝小板电热升温试验,并建立数学模型,采用有限元进行数值模拟,得到了不同环境温度、导热层厚度、输入功率条件下小板表面的温度变化规律,并进行了有无隔热层情况的对比。结果表明：碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土通电后可以形成良好的导电加热网络,产生热量使混凝土温度升高,升温过程中电阻率十分稳定,数值分析结果与实验结果吻合较好。通过野外融雪试验,验证了该材料良好的电热融雪效果。利用碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土的电热性能,可以实现安全、环保、高效的融雪化冰。     

油泥与煤混合滤饼燃烧过程的数值模拟与分析

为解决辽河油田油泥所带来的环保、污泥排放及治理问题,利用Fluent软件平台着重对油泥和煤制成的混合滤饼在循环流化床炉内燃烧过程的温度场和速度场进行计算模拟并分析。结果表明,混合滤饼在炉内燃烧情况良好,实现了油泥彻底的无害化和燃料化,而且结合CFB锅炉技术滤饼燃烧效率更高,为油田的油泥处理处置提供全新的途径。     

弹体高速冲击载荷下钢筋混凝土的破坏行为实验与细观数值模拟

钢筋混凝土在土木工程与国防领域具有广泛而重要的应用,且存在明显的尺寸效应,有必要进行大尺寸侵彻实验研究其在高速冲击下的动态响应.本文开展了1 00 mm大口径卵形弹高速侵彻钢筋混凝土靶的实验,并对靶体的破坏模式、侵彻深度和开坑直径进行了详细分析.由于钢筋的加入导致混凝土具有更为复杂的非均质性和各向异性,各组分的变形、破...     

TCVI工艺制备C／C复合材料的多物理场耦合模拟

采用2D轴对称瞬态模型对热梯度化学气相渗积（TCVI）22艺制备高性能C／C复合材料过程进行模拟．模型包括对流、热传导、扩散、沉积反应和孔隙演变等物理化学过程．采用有限元方法实现了多物理场迭代耦合计算,得到了各时刻流场、温度场和密度分布规律,研究表明对流对温度场分布具有重要影响．对于采用TCVI工艺致密化100h的C／C复合材料,对比实验测得的预制体平均密度径向分布,计算结果与实验结果符合一致规律,验证了模型的可靠性和模拟计算的预测能力．     

地源热泵垂直换热器的热响应测试与数值模拟

分析了进出口温度、速度和埋管深度等地源热泵垂直换热器换热性能的影响因素。在青奥村进行实地岩土热响应测试基础上,采用了GAMBIT建立双U形管换热器与周围土壤换热的物理模型,并用FLUENT进行了数值计算。结果表明,在科学的建立数学与物理模型基础上,得到的模拟结果与试验结果误差在10％之内,可以认为模拟结果是有效的,同时应该根据实际需要确定埋管深度,而不是盲目的增大埋管深度来增加换热量。     

区域构造应力场对煤与瓦斯突出影响的数值模拟分析

依据地质动力区划方法,对鹤壁八矿进行Ⅰ～Ⅴ级活动断裂划分,确定了区域构造的特征。分析了煤层的顶板岩性和构造断裂特点,并在此基础上建立了构造应力计算模型。结合对矿区地应力测量和岩体应力状态分析,确定了岩体应力状态的分布规律。通过对结果的分析,认为区域构造应力场控制鹤壁八矿地应力的分布状态,从而决定煤与瓦斯突出呈区域性分布。确定了易发生煤与瓦斯突出的应力升高区的位置,为开采煤层时何时何地采取防突措施提供了科学依据。     

热压烧结ZrB2／B4C陶瓷材料的组织与性能

以B4C、C、ZrO2为主要原料,采用反应热压法制备ZrB2／B4C陶瓷材料。通过对ZrB2／B4C陶瓷材料的显微组织及力学性能的综合分析,发现第二相ZrB2含量为20wt％时,材料具有较好的综合力学性能,相对密度为99．3％,维氏硬度为36．1GPa,抗弯强度为533．3MPa,断裂韧性为6．95MPa·m^1/2,比纯B4C陶瓷材料的性能均有所提高。材料为穿晶和沿晶断裂的混合断裂模式。     

抗电磁干扰（EMI）磁性材料及元器件技术

随着IT业的迅猛发展,电磁干扰（EMI）问题也日前突出,电磁环境愈益恶化,发展抗电磁干扰技术刻不容缓。本文首先分类介绍了国内外各种抗EMI材料的研究动态,然后讨论了在材料基础上进行的抗EMI器件的研究和尝试。     

Large-Eddy Simulations of turbulent flows with lattice Boltzmann dynamics and dynamical system sub-grid models

In this paper,two sub-grid scale (SGS) models are introduced into the Lattice Boltzmann Method (LBM),i.e.,the dynamics SGS model and the dynamical system SGS model,and applied to numerically solving three-dimensional high Re turbulent cavity flows.Results are compared with those obtained from the Smagorinsky model and direct numerical simulation for the same cases.It is shown that the method with LBM dynamics SGS model has advantages of fast computation speed,suitable to simulate high Re turbulent flows.In ...     

先进材料科学与应用的展望

本文对材料的发展现状作了较为详尽的综述,对先进材料的开发使用和材料科学的发展前景作了展望。由于材料特别是高性能,多用途先进材料是人类社会发展的重要推动力,先进材料将继续成为科学和工程研究的重点。作者认为纤维增强树脂复合材料和硅基电子材料是当今工业中最重要的材料,而智能材料、纳米材料、光电材料、生物材料和高温陶瓷材料将是２１世纪的研究重点,并将发挥愈来愈大的作用。     

三热力系统耦合性能研究

本文研究的三热力系统-燃气动力空调机组是一种内燃机结合压缩式和吸收式制冷的空调机组,其基本原理是以燃气为动力,燃气轮机直接带动制冷压缩机进行压缩制冷循环,并利用燃气轮机排出的废气作吸收式制冷循环。从基本优化关系式出发,对排气温度作为系统控制变量的制冷系统性能作了详细的研究,分析了系统性能系数和制冷率之间的关系,讨论了取得性能系数和制冷率协调的制冷循环最佳工况点的选择以及实际系统可能工作状况的选择,得到了一些有实际指导意义的新结论。     

区域运输走廊与城市群的互动耦合分析

首先将本文研究的区域空间范围界定在"城市群"这个中度空间尺度范围内,定义了运输走廊的含义;采用"廊道效应"分析运输走廊对所在地域的影响作用,包括流通效应和场效应;阐述了区域运输走廊与城市群发展演化阶段的关系,以及与城市群空间结构的关系;指出区域运输走廊的出现是城市群形成的重要标志,网络化空间结构的城市群对应的运输系统是以多条运输走廊为骨架的网状布局;并详细描述了区域运输走廊与城市群互动耦合的运作方式。     

SRM点火瞬间流固耦合研究现状与发展探索

随着美国“大力神4”首发全尺寸静态试验发动机PQM-1的失败,固体发动机点火瞬间的流固耦合现象逐渐得到了人们的重视。本文将流固耦合研究现状分为点火燃气流动、药柱变形和实验研究三个方面,综述了国内外的发展现状与趋势。结合我国发展的实际情况,初步探讨了研究固体发动机点火瞬间流固耦合的新方法。     

掘进机截割部刚柔耦合动力学建模与仿真研究

将大位移运动与小变形刚-柔耦合体动力学的建模理论应用于掘进机截割部的动态特性研究,利用ANSYS把截割部的截割主轴和截割套筒生成模态中性文件,导入ADAMS中建立刚柔耦合虚拟样机并进行运动学和动力学仿真,研究柔性体对截割部的影响。通过与刚性体模型仿真结果对比,揭示了工作装置中柔性体与刚性体耦合时的运动学、动力学特性。仿真结果表明柔性耦合模型更加符合实际情况。