基于数值模拟的地下空洞高密度电法分析

采用高密度电法探测地下空洞时,由于受到地下空洞类型、地下电流分布等干扰因素的影响,常常会导致探测结果有所偏差.利用ANSYS对典型地下空洞地电模型进行了数值模拟,结果表明探测精度不仅与空洞埋深、电阻率值高低及相邻洞体间距有关,还与所采用的探测装置类型、电极间距等因素有关;还通过对实际煤矿采空区开展高密度电法的数值模拟,计算结果与现场实测结果基本一致,也证明将数值模拟技术与现场实测结果相结合,对于补充解释和准确判断地下空洞的分布具有较好的参考价值.     

海岸TIBL的数值模拟—E—ε闭合模式的应用

利用二维的非线性ＰＢＬ方程组，采用工程上常用的Ｅ－ε闭合方法模拟了海岸地区的热力内边界层的形成和发展过程中的背景平均风、温场以及湍流场的特征，分析了ＴＩＢＬ廓线变化规律并获得与实际一致的结果。     

碳酸盐岩储层闭合酸化模拟研究

酸压裂缝生产一段时间后导流能力会逐渐降低,常采用闭合酸化来提高已酸压裂缝的导流能力,闭合酸化模拟对闭合酸化设计意义重大,因此,针对该问题进行闭合酸化建模及数值模拟.首先,基于达西定理、物质平衡原理、酸岩反应动力学建立闭合酸化数学模型;然后通过地质统计学中的序贯高斯模拟算法生成具有非均质性和空间关联性的初始裂缝宽度空间分布和裂缝表面基质渗透率分布;利用有限体积法对模型进行数值求解,用C++编制模拟计算程序;最后基于该模型进行广泛的数值模拟研究,分析酸液分布规律、裂缝表面溶蚀规律、酸液作用距离的影响因素及规律,并形成各种条件下的酸液作用距离图版.研究表明,初始裂缝宽度和裂缝表面粗糙度对裂缝表面溶蚀形态起主导作用,裂缝面溶蚀形态有均匀推进、指进溶蚀和沟槽溶蚀;裂缝宽度越小、粗糙度越大,裂缝表面溶蚀竞争越强烈,越容易形成沟槽,酸液作用距离越远;排量、注酸量正相关于活酸作用距离,酸液传质系数负相关于活酸作用距离;典型的施工排量、酸液用量、常用的酸液类型下,闭合酸化中酸液作用距离为20～60 m.此模型可以预测不同条件下酸液作用距离和酸蚀裂缝表面溶蚀形态,优化闭合酸化参数,为现场闭合酸化施工设计提供理论依据和指导.     

基于正交试验泄洪放空洞掺气坎特性数值模拟研究

在泄洪放空洞的设计中,通常会设置掺气坎达到掺气减蚀的效果.合理的掺气坎结构设计能够在掺气坎底部形成良好的掺气空腔.设计L16 (5⁴)正交数值模拟试验,通过试验结果可知,随着坎高、挑角、流量和下游坡度的增加以及上游坡度的减小,挑距、净空腔均增加,空腔形态明显优化.对于挑距,影响程度：下游坡度>坎高>水平挑角>来水流量>上游坡度;对于净空腔长度,影响程度：坎高>下游坡度>水平挑角>上游坡度>来水流量;对于回水高度,影响程度：坎高>来水流量>下游坡度>水平挑角>上游坡度.     

楔横轧铝合金轧件内部空洞演变

采用数值模拟的手段,研究了楔横轧轧制铝合金时轧件内部空洞演化的一般规律和工艺参数对空洞演化的影响.结果表明:轧件内部单空洞演化的一般规律是球形—椭球形—轧件内部轴向贯通的孔腔;多空洞演化时,位于轧件中心的空洞的变化规律和单空洞时相似,但其余位置的空洞发生了闭合,它们对中心空洞有正作用方面的影响;在模具的各个阶段中,楔入段的后期和展宽段的前期是内部空洞演化的关键阶段;在楔横轧加工的工艺参数方面,展宽角是影响空洞演化的最敏感因素,其次是断面收缩率,再次是成形角.研究证明了小的成形角、展宽角和断面收缩率均有利于轧件内部空腔的扩展.     

单条件闭合差调整通用模型

根据测量误差理论及消除闭合差的思想,采用一般的数学方法进行推导,建立了单条件闭合差调整的通用模型,使复杂的计算大大简化.应用该模型进行闭合差分配,计算简单,一般工程技术人员容易掌握,大大提高了工作效率,还具有符号不易出错的优点.可供非测绘专业的     

关于“基线条件闭合差”的商榷

在地形图测绘过程中,常选用两端有基线的小三角锁作为平面控制。如图1为两端有基线的小三角锁,两端基线的do与dn及各三角形内角ai、bi、图1,两端有基线的小三角镇ci是实测。这种三角除三角形内用条件外,还有基线条件。采用近拟乎差计算时,需按三角形角度闭合差及基线条件闭合差对观测角值进行二次改正。在新颁布的《水文普通测量手册》一书中,将下式式中基线条件闭合差;do,dn—两端基线边长,m;i、b;—第一次改正后角值;e－－206265。作为基线条件闭合差,笔者认为不妥,现作如下论证。如图1,用第一次改正后用植,按正弦定律由…     

冲击条件下单晶铜中双纳米空洞的塌缩研究

为研究金属材料的破损机制,应用分子动力学模拟方法对金属铜中两个纳米空洞在冲击作用下的塌缩过程做了研究.研究表明当两空洞沿冲击波方向放置时,左侧空洞的左右两侧均出现位错环,右侧空洞仅在其右侧出现位错环.当两空洞沿垂直于冲击波方向设置时,两空洞位错环出现交接现象.     

不同位置空洞条件下隧道的破坏模式试验研究

隧道空洞是影响隧道稳定性的重要原因之一,因此开展了空洞在拱肩、边墙、拱脚及拱底等位置的模型试验,总结出存在不同位置的空洞隧道的破坏形式和破坏顺序.试验结果表明:拱肩空洞模型在空洞的边界位置和拱脚处现受压破坏,底板出现开裂;边墙空洞模型在空洞位置相应的衬砌出现压溃及拱顶产生开裂;拱脚空洞模型是拱脚位置衬砌受压破坏以及拱顶产生开裂;底部空洞模型是在底板衬砌位置及相应拱肩衬砌受压破坏以及拱顶出现开裂,研究结果为隧道的顺利施工和后期维护提供参考依据.     

空间等离子体中二维电子相空间空洞

利用二维粒子模拟方法分别研究了弱磁化(Ωe=0.5pωe,其中Ωe和ωpe分别为电子的回旋频率和等离子体频率)和强磁化(Ωe=2.0pωe)等离子体中电子双流不稳定性激发静电波的非线性演化过程.结果表明,在这两种情况下,基本的物理过程都是一个几乎单色的静电波在波动的线性阶段被激发,随后在非线性阶段这个静电波的波形互相合并,直至最后形成一个或几个静电孤立结构,这些结构对应于电子速度相空间中的空洞.所不同的是,在弱磁化等离子体中,形成的孤立波有着二维结构,即在两个方向都是有界的.而在强磁化等离子体中,所形成的孤立波是准一维的,即在平行于背景磁场方向是有界的,而在垂直于背景磁场方向是无界的,但是在此方向上无论是平行还是垂直电场都是有变化的.如沿着平行于背景磁场的方向切割静电孤立结构,这两种情况下的孤立波的平行电场都具有双极结构,而垂直电场有单极结构,这些结果和在地球极区上空的观测相符.另外,在强磁化等离子体中,电子空洞可激发静电哨声波,并破坏这些静电孤立结构,直至静电哨声波足够强后这些静电孤立结构消失.     

基于气隙电阻变化模型的单气隙局部放电仿真计算

为了对气隙局部放电的不同击穿过程和不同时间过程进行仿真研究,采用了一种按照局部放电物理本质修正的基于气隙电阻变化的单气隙局部放电仿真模型.仿真研究了气隙贯穿放电、气隙沿面放电以及气隙贯穿放电与气隙沿面放电同时发生3种不同的放电过程,研究了微秒级放电、亚纳秒级放电、纳秒级放电等3种不同的气隙击穿时间对放电波形的影响规律,研究了气隙放电中电子雪崩过程的放电特征.发现不同放电击穿过程和不同时间过程的放电波形之间存在差异,采用电子雪崩控制放电过程可以得到与实际测量波形十分接近的仿真结果,为今后进一步研究气隙放电的物理化学过程奠定了基础.     

单气隙局部放电仿真模型的修正与关键参数的确定

针对目前国内外局部放电仿真模型不能客观反映局部放电物理过程的问题,提出了一种单气隙局部放电仿真模型的修正方法,并确定了影响仿真结果的一些关键参数.该修正方法将气隙分为气隙绝缘电阻和气隙沿面绝缘电阻,引入了气隙沿面半导电化过程,并在仿真计算中考虑了气隙放电的时间过程以及放电的电子雪崩过程.根据放电的实际物理过程,应用工程近似计算方法,确定了仿真模型中放电起始电压、放电熄灭电压和气隙等效电阻、等效电容等关键仿真参数,从而使仿真模拟接近于绝缘试样中气隙实际放电过程,仿真得到的气隙局部放电波形不同于国外仿真得到的锯齿波,十分接近于实际测量波形,为深入开展局部放电仿真研究奠定了基础.     

含气率对油气润滑性能的影响

根据弹性流体动压润滑理论,对油气润滑滚动轴承问题进行了数值模拟研究,详细探讨了润滑油中混入气体后对滚动轴承油膜形状、承载区压力、量纲一摩擦力、量纲一承载力等性能的影响.研究表明:在同等条件下,油气润滑能增加滚动轴承的油膜厚度、增大承栽油膜范围、使量纲一摩擦力降低25.8%,量纲一承载力提高2%.揭示了油气润滑性能优于传统油润滑性的内在原因.     

钢筋混凝土空心板梁计算的有限元法

在三维退化层合梁单元的基础上,引入虚拟层、段的概念,分析了钢筋混凝土空心板梁受力问题,位移计算结果表明,本单元的精度和效率较高,适合于工程结构的总体分析。     

热轧全流程带钢温度场数值模拟

为精确预测轧件的温度场、优化轧制工艺和提高最终产品的质量水平,通过对钢坯的加热和轧件轧制过程传热关系的分析,采用有限差分法建立了热轧全流程各环节轧件三维温度场的数值计算模型。结合钢厂实际生产条件,利用该模型模拟了各环节轧件的温度场,并与实测结果进行了比较,验证了计算结果的准确性。研究表明,轧制速度和终轧厚度对轧件温度影响较大,压下率和轧辊温度对轧件温度有一定的影响,其他工艺因素的影响较小。     

弹性固体材料中的空穴萌生与增长

建立了描述弹性固体材料中空穴萌生与增长的非线性数学模型,获得了空穴萌生明控制参数临界值的精确计算公式和空穴半径的精确表达式.在大变形几何分析中采用了对数应变度量,并且应用了Hooke弹性固体材料的本构关系.数值分析结果表明:当材料不可压时空穴萌生的临界载荷将略低于neo-Hooke不可压超弹性材料的相应计算结果,并且在空穴萌生后空穴半径将迅速增大,这与细观损伤力学和超弹性材料的空穴分叉理论的结论相一致;空穴萌生时环向应力将成为无限大;如果材料是弹塑性(韧性)材料,则会得空穴附近发生塑性变形,从而导致材料的局部损伤和破坏.     

热裂预测的等效应变判据

从热裂产生的液膜理论出发,根据凝固过程温度场和应力场,应变场和数值模拟结果,提出了热裂形成的等效应变判据,揭示了在变截面棒形铸件中,热裂总是发生在等效应变最大的区域中;这一结论与变截面铸件的热裂实验结果相吻合。     

大型锻造用钢锭凝固疏松缺陷的数值模拟

利用有限元软件ProCast对大型锻造用钢锭的非稳态浇注过程和凝固过程进行了数值模拟。对两种不同的浇注工艺方案,通过温度场和固相场,分析了采用双包浇注时不同浇注温度对凝固过程和疏松形成规律的影响。结果发现：后浇包的浇注温度低,加快了钢锭上部的凝固,降低了冒口的补缩能力,导致疏松缺陷偏下,数值模拟与实验结果基本吻合。而方案2模拟的疏松缺陷向冒口处上移92mm,更有利于钢锭锻造过程中对疏松缺陷的消除。     

热芯大压下轧制厚板坯缩孔及表面开裂的数值模拟

为了研究连铸坯热芯大压下轧制工艺对铸坯内部缩孔和表面开裂的影响,以EH47船板钢为研究对象,利用数值模拟方法,对比研究了热芯大压下轧制和常规热轧的工艺效果.结果表明,热芯大压下铸坯厚向温度梯度更大,芯部应变水平和厚向变形均匀性提高;当压下量为50 mm时,热芯大压下轧后残余孔隙体积比常规工艺小18.4％;由于热芯大压下...     

基于体积平均法的NH4 Cl水溶液凝固行为研究

根据合金凝固理论和体积平均多相模型,对NH4 Cl-70%H2 O凝固过程进行了数值模拟和实验验证。虽然研究者已研究过NH4 Cl-70%H2 O凝固过程,但是只针对单个现象进行分析,比如通道偏析的形成、对流形式以及晶粒的形成。在前人研究的基础上,本文首次通过数值模拟和实验对比两种手段相结合的方式全面地研究了氯化铵水溶液凝固整个计算域的全部现象,尤其再现了等轴晶在铸锭中的下落漂移现象以及由此引起的对流,并且更深入地探究了偏析的形成原因。通过计算发现等轴晶从型壁处沉降并逐渐向铸型底部积聚,直到体积分数达到一临界值后,柱状晶停止生长,完成柱状晶向等轴晶转化过程。由于溶质再分配,底部晶粒集中的区域形成了负偏析,在尚未凝固的上部区域形成较大范围的正偏析。通过实验验证发现,等轴晶在铸锭中的下落漂移现象和对流形式的预测值与实验值较为一致,从而全面揭示出凝固过程中固相的移动和对流是产生宏观偏析的关键因素。