低透气性煤层深孔预裂爆破增透数值模拟研究

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯超限影响煤巷掘进速度问题,建立深孔预裂爆破三维有限元模型进行数值模拟研究。模拟结果表明,深孔预裂爆破经历了冲击波冲击煤岩产生裂纹、稀疏波使煤体裂纹扩展以及爆轰气体驱动裂纹扩展3个过程(0～5 ms),增透深孔预裂爆破爆破孔合理间距为3～5 m.     

岩石断裂控制爆破的裂纹扩展

工程控制爆破 ,要研究岩石的定向断裂的裂纹扩展。本文在进行了动载荷作用下径向裂纹产生扩展过程的动光弹试验 ,对应力波的起裂作用 ,爆炸气体的扩裂作用进行了分析研究。文章指出 ,爆破岩石的应力历程及损伤累积是岩石破裂首要条件 ,而原裂纹的存在条件影响裂纹扩展方向。探讨了爆破应力波作用下被激活裂纹数的分布规律和裂纹密度的表达式     

含杂质超临界CO2管道止裂分析及控制方案

管道输送作为CCUS技术的关键环节,在超临界高压环境下输送CO₂时,由于含杂质CO₂特殊的相特性,一旦发生泄漏,压力会维持较高值且温度急剧下降,输送管道易发生裂纹扩展,造成断裂事故。基于延长油田一期36×10⁴ t/a超临界CO₂管输预研方案,根据减压波速度计算模型和管道裂纹延性扩展止裂判据,采用修正后的Battelle双曲线法对管道进行止裂分析,对无法满足止裂要求的设计方案进行增加壁厚试算。结果表明：材质为X80、尺寸为Φ140 mm×6.0 mm的L12管线韧性值满足工况下裂纹控制的要求;而同样材质等级、壁厚组合为Φ168 mm×6.0 mm的L11管线所提供的止裂压力低于平台压力,无法保证管线发生裂纹延性扩展时能够自行止裂。对于L11管线,通过将管道壁厚增加至7 mm,其他设计参数不变,可以实现裂纹自行止裂。该研究可为实际工况下Battelle双曲线法在超临界CO₂管道断裂控制的应用提供理论基础与实际范例。     

平流层飞艇蒙皮材料I型裂纹研究

 飞艇在平流层环境中受高低温交变、臭氧、紫外辐射等恶劣工况的影响。为研究平流层飞艇蒙皮材料I 型裂纹特性,在单轴向拉伸载荷下,分析了含有初始裂纹的蒙皮材料撕裂裂纹尖端区域变形场的测试方法和裂纹扩展特征。通过初始长度均为20 mm 的单边切口人工模拟预制裂纹试样,采用数字散斑相关方法试验,分别获得I 型裂纹尖端和垂直裂纹尖端的位移场和应变场分布,结合散斑变形图进行相关计算,发现撕裂裂纹扩展过程为近似的脆性断裂特征,垂直于撕裂裂纹扩展方向的材料试样裂纹尖端变形场呈现为离散阶跃变化特征。研究结果表明：该方法可以测量平流层飞艇蒙皮用的柔性层压织物的I 型裂纹尖端变形场,揭示裂纹尖端初始裂纹的扩展规律和演化特征,获得的大范围屈服裂尖长度的裂纹尖端的变形值曲线,可为平流层飞艇蒙皮材料的撕裂损伤变化分析和裂纹尖端变形场测试提供有效的方法。     

钢桥面板疲劳裂纹钻孔止裂分析及实验验证

对紧凑拉伸试样进行有限元分析,考察止裂孔边缘的应力分布情况,对比不同状况下裂纹尖端的力学特性,研究了孔径及附加孔对止裂效果的影响.结合钢桥面板局部模型实验,对开裂试件打孔止裂后进行疲劳实验,通过比较不同试件的疲劳寿命,对有限元分析结果进行了验证.分析和实验结果表明,经过止裂孔钻孔处理后,应力集中点位于试样预制裂纹直线延伸方向与止裂孔孔边缘相交处,相对于未打孔,裂纹尖端应力显著下降.裂纹尖端打孔止裂,能够提高构件疲劳寿命,且孔径越大,止裂效果越明显,孔径8mm以后,增大孔径所产生的止裂效果逐渐降低.不同孔径钻孔处理的疲劳试件,各阶段裂纹再次扩展速率相当,属于裂纹中速率扩展区,附加孔并没有影响裂纹扩展速率,但使疲劳寿命显著地提高.     

圆孔孔壁裂缝水压扩张的压力参数理论分析

运用水压致裂法和Griffith理论,对地应力场中岩体孔壁水压诱致裂缝扩展过程进行了分析,将孔隙压力作用下孔壁裂纹的扩展过程分为3个阶段,即孔壁破裂、第二次扩展、第三次破裂扩展阶段;且不同的破裂阶段分别对应着不同的水力压力。分析了含内压裂纹的扩展压力与原始地应力场及围岩力学特性的关系,随着岩体埋深由浅至深的逐渐增加,水力致裂圆孔的孔壁破裂压力变化由2个阶段过渡为3个阶段,且存在一个钻孔位置的临界埋深。为实际坚硬顶煤水力弱化的试验设计提供了依据。     

弹塑性材料动态起裂止裂和裂纹稳态扩展轨迹的试验研究

利用一维试验原理，在冲击拉伸试验装置上实现了周边切口短圆柱试件的动态起裂和动态止裂试验，利用止裂试验中不同的裂纹止裂长度△a和止裂点处的总体柔度，拟合一标定曲线，根据P^-δ曲线上每一点的总体柔度由标定曲线来确定裂纹的稳态扩展轨迹，从而得到裂纹的扩展速度。     

圆孔孔壁裂缝水压扩张的压力参数理论分析

运用水压致裂法和Griffith理论，对地应力场中岩体孔壁水压诱致裂缝扩展过程进行了分析，将孔隙压力作用下孔壁裂纹的扩展过程分为3个阶段，即孔壁破裂、第二次扩展、第三次破裂扩展阶段；且不同的破裂阶段分别对应着不同的水力压力。分析了含内压裂纹的扩展压力与原始地应力场及围岩力学特性的关系，随着岩体埋深由浅至深的逐渐增加，水力致裂圆孔的孔壁破裂压力变化由2个阶段过渡为3个阶段，且存在一个钻孔位置的临界埋深。为实际坚硬顶煤水力弱化的试验设计提供了依据。     

中低速冲击载荷作用下SCT岩石试样Ⅰ型裂纹的动态扩展行为

为研究侧开单裂纹三角形(SCT)岩石试样的动态扩展行为和断裂韧度,采用落锤冲击实验系统进行动态加载,通过裂纹扩展计(CPG)得到裂纹的断裂时间和扩展速度;用有限差分软件AUTODYN进行数值模拟,验证实验结果的可靠性;将实验测量的载荷条件代入有限元软件ABAQUS建立的数值模型中,得到动态应力强度因子时程曲线,通过普适函数修正后,利用断裂时间得到动态断裂韧度。研究结果表明:SCT试件构型能够较好地应用于岩石动态扩展行为的研究;砂岩的扩展韧度与裂纹扩展速度呈负相关;数值模拟得到的裂纹扩展路径与实验结果基本一致,裂纹扩展速度不为常数;岩石裂纹动态扩展过程中可能存在止裂现象,止裂韧度大于扩展韧度,但与起裂韧度相差不大。     

运动裂纹止裂判据的一种新提法

从断裂动力学问题的非线性性质和能量观点出发，讨论了运动裂纹止裂判据的正确提法；指出了目前广泛使用的运动裂纹止裂判据的不适当性；提出了一种新的运动裂纹的止裂判据．研究表明，裂纹失稳扩展时存在一个极小的速度值     

临近空间飞艇蒙皮用材料撕裂行为的数字散斑法研究

针对Vectran纤维增强型临近空间飞艇蒙皮用的柔性层压织物复合材料,利用非接触式数字散斑相关试验方法,测定了预制初始裂纹长度为15 mm的中心切口试样撕裂行为的位移场和应变场分布,定量测量了撕裂试样不同撕裂载荷工况下的全场变形值和平面应力撕裂断裂韧性值,对中心切口裂纹的撕裂强度进行了分析。试验结果表明:该方法可以用来测量临近空间飞艇蒙皮用的柔性层压复合织物大范围变形的撕裂裂纹尖端及附近区域的变形场,通过变形场云图可以获得撕裂裂纹扩展过程中的变形特征,并可直观的研究撕裂裂纹尖端复杂变形场的形态,为临近空间飞艇蒙皮材料的撕裂损伤行为研究提供新的试验途径。     

Experimental study on interference effect of rarefaction wave on laminar propagating flame

In order to study the interference effect of rarefaction wave on the laminar flame propagating structure and pressure characteristics of methane-air mixture, a small scale combustion chamber has been built. The techniques of high speed Schlieren photograph, pressure measurement and so on, are used to study the influence of rarefaction wave on the laminar flame propagating through methane-air mixture. The results show that, after the rarefaction wave acts on the propagation laminar flame, the laminar combustion is fully transformed into turbulent combustion just during several milliseconds, which leads to a sharp increase in the burning surface area and the pressure rise rate.     

飞艇蒙皮振动对流场特性的影响

通过求解二维雷诺平均Navier-Stokes方程,采用SST两方程湍流模型对飞艇二维绕流流场进行数值模拟,重点分析飞艇蒙皮振动对流场的影响。为便于流场对比,在飞艇蒙皮的上表面给定一种沿流向传播的振动波型,通过调整振动的振幅、频率和波长,分析3种振动参数对流动分离和阻力的影响。研究结果表明:沿流向的蒙皮振动会使飞艇绕流流场产生显著变化。在一定振幅和频率条件下,随着波长的减小,流动分离加剧,阻力系数增加;在固定波长和频率条件下,随着振幅的增加,流动分离加剧,阻力系数增加;而在固定振幅和波长条件下,随着频率的增加,非定常效应增强,流动分离减弱,阻力系数减小;此外还发现,选取一定的振动形式和合适的参数可能起到抑制流动分离,从而减小阻力的作用,为高空飞艇减阻提供了一种技术途径。     

Influence of rarefaction wave on premixed flame structure and propagation behavior

To explore the influence of rarefaction wave on the structure and propagation behavior of the premixed propane/air flame in a rectangle combustion pipe, the techniques of high speed Schlieren photograph method, pressure measurement and so on are used to study the interaction processes between rarefaction wave and flame. Two cases of rarefaction wave-flame interaction were performed in the experiment. The experimental result shows that both the rarefaction waves can cause the flame transition from laminar to turbulent combustion quickly. The cowflow rarefaction wave decreases the flame speed, while the counterflow rarefaction wave leads the flame propagation speed to increasing on the whole, accompanied with sharp vibration.     

Influence of rarefaction wave on premixed flame structure and propagation behavior

To explore the influence of rarefaction wave on the structure and propagation behavior of the premixed propane/air flame in a rectangle combustion pipe, the techniques of high speed Schlieren photograph method, pressure measurement and so on are used to study the interaction processes between rarefaction wave and flame. Two cases of rarefaction wave-flame interaction were performed in the experiment. The experimental result shows that both the rarefaction waves can cause the flame transition from laminar to turbulent combustion quickly. The cowflow rarefaction wave decreases the flame speed, while the counterflow rarefaction wave leads the flame propagation speed to increasing on the whole, accompanied with sharp vibration.     

高空飞艇高度控制系统设计及仿真

高空飞艇在上升和下降阶段时单独的空气舵控制或副气囊充放气操纵都难以实现飞艇的快速爬升和悬停的要求。针对高空飞艇纵的控制操纵特点,提出了采用副气囊充放气和空气舵组合控制的高空飞艇高度控制方案。当时高度存在大误差时,采用副气囊和空气舵组合控制改变飞艇的姿态实现快速爬升或下降;当接近悬停高度时,主要采用副气囊充放气进行高度调整,从而实现高度的大范围控制。首先完成了采用组合控制的高空飞艇动力学建模;然后,基于最优控制对高空飞艇纵向高度控制系统进行了设计;最后给出了高空飞艇高度控制系统的仿真验证。结果表明所提出的高空飞艇组合控制方案是可行的。     

时域分析钢筋混凝土砖墙对电磁脉冲短径传播的影响

用时域有限差分法分析了钢筋混凝土砖墙对电磁脉冲传播的影响。考虑到天线对时域脉冲的滤波效应,分析的传播脉冲信号是从一个宽带圆锥柱形天线上数值生成的。计算结果给出了钢筋混凝土砖墙对脉冲信号传播的影响,包括辐射天线产生的脉冲波形的畸变效应、脉冲穿透钢筋混凝土砖墙时的场型分布、墙面对入射脉冲峰值的反射效应以及反射和透射脉冲的波形。     

基于Comsol Multiphysics的十字状裂隙中流体运动特征分析

地震波在岩石中传播时,在微观尺度下的十字状裂隙中,压力梯度会引起垂直于波传播方向的扁平裂隙中流体流动到临近的平行于波传播方向的裂隙中,这个流动过程具有特征尺度小和持续时间非常短的特征,被称之为微观喷射流。针对喷射流机制提出一种新的数值方法,认为多孔介质的固液两相分别遵循不同的物理方程,并为了深入了解在地震波的作用下裂隙中流体的流动特征及压力分布情况,应用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对平面波入射导致的喷射流的发生过程进行数值模拟,分析不同时刻水平及垂直裂隙轴向上流体流动速度和压力状态。结果表明:在水平裂隙中,越靠近中心位置,流体的流速越大,压力越小,在中心位置处达到其最大值和最小值;在垂直裂隙中,越靠近中心位置,流速也是逐渐增大,在中心位置处流体速度达到最大值,由于压缩波的传播方向与垂直裂隙的轴向一直,在波传播方向上使流体强制运动,其次水平裂隙中流体在壁面压力作用下流入到垂直裂隙中,造成垂直裂隙流体压力不规则变化的现象。     

金属桥箔电爆炸冲击波特性研究

为研究金属桥箔电爆炸冲击波流场特征,根据冲击波运动自相似性,采用点爆炸模型描述了金属桥箔电爆炸冲击波的流场演化,建立了金属桥箔电爆炸后冲击波波阵面参数的理论计算方法. 给出了冲击波速度、压力、传播距离和粒子速度随时间的变化规律,将计算得到的冲击波传播距离和速度与实验结果进行了对比分析,计算结果与实验结果相符合.