煤层底板突水预测的理论判据及其应用

本文采用弹塑性力学理论对采煤工作面底板岩层进行了研究,提出了煤层底板突水的预测公式,经过对111个带压开采工作面实例验算,效果较好,从而基本上解决了煤层底板突水的预测问题.     

土层在其界面受周期孔隙压力作用下的变形规律

本文对土层顶底板在正弦波形、方块波形、三角波形及梯形波形的孔隙水压力作用下,土层内的孔隙压力的变化情况及相应的土层沉降量推导了计算公式,根据推导出的公式可以看出,土层中的孔隙压力及沉降均由周期性变化的部分和以时间指数衰减的部分组成,当土层顶底板上的孔隙压力的变化幅度及变化周期一致时,而且两者的相位差满足一定的条件则可以减少土层的沉降量,因此,根据这一理论,可调整上、下含水层中的抽汲及回灌措施使压缩层顶底板上的孔隙压力满足波幅、周期及相位差的要求从而改善地面下沉的情况。     

大型转子—基础—土壤系统的动力分析

本文对大型汽轮发电机组-基础-土壤系统采用模态综合技术进行了动力分析.用弹性半空间理论建立土壤的模型,基础底板则通过弹性薄板的李兹(Ritz)函数近似解的形式来描述.用三维梁单元来建立基础底板以上的框架结构和转子系统的运动方程.此外,还用模态应变能的相对大小,在这种复杂机械结构系统存在的众多固有频率中,区分出哪些是属于主要为转子系统的固有频率,称为“重要振动固有频率”,以确定系统的临界转速.最后,对引进的一台500MW汽轮发电机组的动力特性进行了分析.     

超千米深井巷道围岩变形破坏时空演化规律实验研究

针对超千米深井巷道围岩大变形破坏的难题,通过相似模拟实验,分析了巷道周围的应力应变演化规律和倾角对巷道稳定性的影响,揭示了超千米深井巷道变形破坏时空演化规律。实验结果表明:由于岩层倾角的存在,巷道底板两角出现应力集中现象。随外界载荷的增大,巷道拱部左上角与底板右下角首先发生破坏,随后向围岩深部扩展,且出现大范围变形破坏,巷道左帮和右帮应力集中现象加剧;巷道围岩各位置处产生的位移量差别较大,巷道拱部与底板产生位移量较大,两帮位移量相对较小,巷道变形量最大的位置达到30mm以上;超千米深井巷道围岩变形破坏特征分为3个阶段:缓慢变形阶段、剧烈变形阶段和严重变形破坏阶段,巷道围岩产生大变形非对称性破坏,且破坏范围较大,顶底板最大破坏深度达到34mm,巷道围岩失去承载能力,巷道空间完全封闭。将上述实验结果应用于工程实践,提出华丰煤矿超千米深井巷道全断面高强预应力锚网支护,特殊部位加强支护的方案,达到了理想的效果。     

核爆炸冲击波作用下土中浅埋刚性结构动力反应分析

本文采用双线性加载、常应变卸载的土壤介质模型,根据一维平面波理论,分析研究、计算了突加线性衰减冲击波荷载作用下土中浅埋刚性结构的动力反应,给出了作用于刚性结构顶、底板上的,包括相互作用荷载和惯性荷载在内的最大动荷载计算曲线,以及顶、底板动荷载随时间的变化曲线。     

镓铟锡液滴撞击泡沫金属表面的运动学特性研究

常温下为液态的镓铟锡合金以其优异的导热性能在具有特殊要求的传热领域有着重要的应用价值,与传统流动介质相比较大的表面张力使得其产生的流动现象必有所区别.本文研究镓铟锡所形成的液滴撞击泡沫金属表面后所产生的铺展、回缩及回弹现象.采用高速相机拍摄液滴投影轮廓随液滴运动的变化过程,并通过图像处理获得不同撞击速度、底板表面孔径下的液滴铺展系数、中心位置轮廓高度以及液滴回弹后在空中的振动特性.研究结果表明:具有较高表面张力的镓铟锡液滴的铺展系数随无量纲时间的变化在铺展初始阶段仍满足常规流体的1/2次幂关系,只在铺展后期与底板的无量纲孔径有关系;液滴的最大铺展系数在较小无量纲孔径底板大于在光滑镍板,且随底板无量纲孔径增大而逐渐减小;在回弹过程,由于底板孔隙结构的存在使得液滴回弹后在空中的振动呈现3种形态:规则的横向和纵向振动、带旋转的横向和纵向振动以及旋转振动;最后,通过对振动频率的拟合和分析,进一步拓展了传统振动频率理论公式在非规则振动过程预测中的应用.      

镓铟锡液滴撞击泡沫金属表面的运动学特性研究

常温下为液态的镓铟锡合金以其优异的导热性能在具有特殊要求的传热领域有着重要的应用价值,与传统流动介质相比较大的表面张力使得其产生的流动现象必有所区别.本文研究镓铟锡所形成的液滴撞击泡沫金属表面后所产生的铺展、回缩及回弹现象.采用高速相机拍摄液滴投影轮廓随液滴运动的变化过程,并通过图像处理获得不同撞击速度、底板表面孔径下的液滴铺展系数、中心位置轮廓高度以及液滴回弹后在空中的振动特性.研究结果表明:具有较高表面张力的镓铟锡液滴的铺展系数随无量纲时间的变化在铺展初始阶段仍满足常规流体的1/2次幂关系,只在铺展后期与底板的无量纲孔径有关系;液滴的最大铺展系数在较小无量纲孔径底板大于在光滑镍板,且随底板无量纲孔径增大而逐渐减小;在回弹过程,由于底板孔隙结构的存在使得液滴回弹后在空中的振动呈现3种形态:规则的横向和纵向振动、带旋转的横向和纵向振动以及旋转振动;最后,通过对振动频率的拟合和分析,进一步拓展了传统振动频率理论公式在非规则振动过程预测中的应用.     

无砟轨道结构对高速列车气动性能的影响

基于计算流体力学,采用滑移网格方法数值模拟了在有、无横风两种环境下高速列车以300km/h速度通过不同无砟轨道模型的空气动力学性能,研究了车体底板及转向架的表面压力特性,分析了列车与轨道周围的流场特性,研究了轨道结构对气动性能的影响.研究结果表明:当列车通过框架型轨道模型时,由于框架的存在,列车底板及转向架表面压力均呈现周期性波动现象,其压力波动的主频接近16.90Hz.在无横风环境下,列车车体底板的压力变化规律基本一致,且不同模型同一位置处的压力均值相差不大;在横风环境下,利用传统方法计算得到的车体底板压力幅值略大于框架型和平板型轨道模型的计算结果.     

正装结构非线性应力应变累加规律研究

基于有限位移理论的正装结构非线性分析理论对解决超大跨度、柔性结构的非线性计算有重大意义.文中探讨了正装结构非线性的分析特点,研究了其应变场与应力场的Kirchhoff应力张量与Lagrange应变张量的适用性,提出了正装结构非线性分析中应力场与应交场的累加规律,导出了拖动坐标法的虚功增量方程,以此对杆系结构非线性分析常用的CR法和UL列式进行了精度比较分析.文中研究成果可为正装结构的非线性分析提供理论指导.     

剪力对楔形变截面双模量梁弯曲应力的影响

推导出了楔形矩形变截面双模量梁的截面高度表达式,利用静力平衡方程确定了楔形矩形变截面双模量梁弯曲时的中性层位置,得到了楔形矩形变截面双模量梁的弯曲剪应力计算公式.在考虑剪切变形影响的基础上,利用楔形矩形变截面双模量梁的弯曲剪应力计算公式,推导出了楔形矩形变截面双模量梁弯曲正应力计算公式.通过算例分析,讨论分析了楔形矩形变截面双模量梁的楔度比、剪力、长高比等对矩形截面双模量梁弯曲正应力的影响.研究结果表明:随着楔度比的增大,楔形矩形变截面梁弯曲拉、压正应力绝对值逐渐减小.当矩形截面双模量梁的长高比小于一定比值,剪力会对楔形矩形变截面双模量梁弯曲正应力产生较大的影响.得到了拉压弹性模量相差较大的情况,采用经典材料力学理论进行楔形矩形变截面双模量梁的弯曲应力计算分析是不合适的,应该采用双模量材料力学理论对梁弯曲应力进行分析计算的结论.     

夹层平板的应力状态及其渐近解

本文分析了正交各向异性夹层平板的全应力状态.它由以下分部应力状态所组成:古典平板理论的应力状态;修正应力状态;Reissner边界效应.考虑了包括加强自由边的六类边界条件.在一般横向载荷作用下,求得各种边界条件下正交各向异性夹层平板的基于三变量理论的渐近解;并指出对不同的边界条件,各分部应力状态之间的比重是不同的.用渐近解的结果对三变量理论与二变量理论作了比较.     

塑性损伤本构模型的自由能势函数研究

自由能势函数是不可逆热力学量及其共轭量的标量泛函,是广义标准材料模型的重要组成.论文根据损伤状态、过程、作用和伪势的定义和定理,分析了损伤耗散势的数学和物理含义,探讨了损伤耗散势的理论基础和描述耗散势的一般理论方法.研究了耗散势、损伤作用和自由能势函数的相互关系,给出了满足上述基本原理的自由能表达式,基于增量最小原理的变分形式得到了损伤理论基本方程的数值离散方程,实验模拟验证了该文理论和数值方法的正确性和有效性.     

搭载实践十号卫星的蒸发液滴空间实验研究

实践十号蒸发对流实验以微重力环境中的蒸发相变流体界面过程为主要研究内容,利用空间微重力条件下浮力对流消失和热毛细对流起主导作用的特殊环境,实验研究置于加热底板的蒸发液滴相变过程中表面蒸发与表面张力驱动对流的耦合机理.利用研制的空间蒸发对流装置完成了在轨工况的科学匹配实验,得到了不同工况(温度、液滴大小、加热底板材料)下蒸发液滴形貌和热流量、蒸发速率等变化规律.为后续空间实验结果的比对分析提供了前期结果.     

侧压式道气道流场特性研究

应用表面油流和压力测量技术,结合数值模拟方法研究了超燃冲压发动机侧压式进气道无支板和有支板两种典型工况的基本流动特性.结果表明:由侧壁诱发的后掠激波与底板边界层相互作用,形成一对逆向旋转的漩涡,该漩涡在下游不断发展并偏离底板,在出口截面形成一个低马赫数低总压区;支板的引入增加了压缩率,但同时导致底板与侧壁边界层严重分离,使进气道性能偏离设计工况.     

有限尾水深波浪底板壁面射流水力特性的数值模拟研究

采用VOF(Volume of Fluid)方法追踪自由液面,辅以Realizable(可实现化)κ-ε湍流模型封闭两相流时均方程,对有限尾水深波浪底板壁面射流水力特性进行了数值模拟。微分方程的离散采用有限体积法,速度与压力耦合求解使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法。分析了入射速度和底板粗糙度对流场流线分布、横断面最大流速沿程衰减规律、底板压强分布规律等水力特性的影响。研究发现:流场内存在两个大的漩涡,而且波浪底板凹面附近存在有小的漩涡;入射流速越大,横断面最大流速沿程衰减梯度越大;波浪底板上的压强也呈波状分布,且压强大小主要受入射流速和底板粗糙度两个因素的影响。     

基于实测地应力深埋巷道塑性区定量分析

深埋巷道大变形、强流变的破坏特征源于其高地应力的作用,准确分析已开掘巷道塑性区分布对巷道围岩变形影响、开掘方案选择及后续类似条件巷道布置意义深远。在围岩力学参数测试、地应力场测试的基础上,采用弹塑性理论、M-C准则、修正的“当量半径”理论简化计算了直墙半圆拱形断面布置下深埋巷道的围岩塑性区大小,分析了巷道围岩塑性区受采动应力、侧压系数单独及耦合作用影响规律。在侧压系数为0.5、垂直压力为35MPa时底板塑性区最大,其值为2.65m,建议加强巷道底板的支护与维护,并给出了塑性区控制方案。研究结果可为后续类似条件下巷道开掘方案优选、支护设计及围岩稳定性判定提供一定的借鉴。     

钢桁腹式混凝土组合箱梁的扭转效应分析

结合钢桁腹式混凝土组合箱梁的结构特点,基于薄壁箱梁扭转理论,推导出组合箱梁闭口断面的混凝土顶底板和换算钢腹板的扭转翘曲应力表达式,进而推导出组合箱梁约束扭转控制微分方程;利用初参数法求解微分方程,并分析出翘曲双力矩以及扭转翘曲正应力随梁跨的变化规律.通过有限元模拟分析,将有限元值和理论值进行比较,结果吻合良好.研究表明,翘曲双力矩在集中扭矩作用处达到最大值,并且衰减速度很快,使得该处箱梁截面的翘曲应力达到最大值,箱梁的翘曲双力矩在远离集中扭矩作用处几乎为零,翘曲正应力也几乎为零;有限元数值与理论数值的差值百分比在10％以内,说明本文建立的理论计算方法合理可行.     

矩形巷道围岩弹性变形能积聚特征分析

煤矿冲击地压主要发生在巷道中,其主要原因之一是巷道围岩积聚了大量的弹性能。为得出矩形巷道围岩弹性变形能积聚特征,降低巷道支护成本,推导了巷道冲击破坏失稳能量准则,并建立了矩形巷道围岩能量积聚计算模型,理论分析了采深、巷道断面尺寸和煤层厚度对矩形巷道围岩能量积聚影响规律,得出:矩形巷道积聚的弹性能随采深的增加而增大,采深越深,巷道积聚的弹性能增长速率越快。巷道围岩积聚能量随巷道断面尺寸增加而增大。当煤层厚度小于巷道影响范围时,巷道积聚能量随煤层厚度增加而增大。在实际工程中,尽可能减小巷道断面尺寸,尽可能沿顶、底板布置巷道。研究结果为冲击地压巷道布置和降低巷道支护成本提供了理论依据。     

充液矩形贮箱弹性箱底板应力与变形分析

基于相容拉格朗日-欧拉法,通过对流场与弹性固体间流固耦合作用的分析,得到了矩形贮箱弹性底板流固耦合系统的自由振动微分方程。将伯努利方程与外加激励条件、速度势函数耦合到自由振动方程中,采用迦辽金积分法,给出了矩形贮箱在流体作用下的应力与变形的解析解。讨论了弹性底板的抗弯刚度、结构尺寸、底板材料参数及流体深度等因素对底板应力与变形的影响。研究结果表明:在液体晃动非线性激励作用下,贮箱底板的应力和变形随着液体深度、板长的增大而增大,随着板厚的减小而增大,且成非线性变化关系;底板的变形及应力与底板的材料常数相关,其中板厚的变化对其变形和应力影响要比板长及液体深度的影响显著得多。本文结果可为工程实际中矩形贮箱的设计提供参考。     

CALCULATION OF DYNAMIC LOAD IMPACT OF BIMODULOUS BEAM WITH CONSIDERATION OF SHEAR EFFECT AND DAMPING

在考虑剪切效应及阻尼的基础上,采用线性振动理论研究了双模量梁动载荷问题的冲击计算. 建立了双模量梁动载荷问题的振动微分方程,推导出了双模量梁动载荷问题的动位移、动载荷系数、冲击时间的表达式,并讨论分析了剪切效应及阻尼对双模量梁动载荷冲击问题的影响. 算例分析表明,对于某些双模量梁动载荷冲击问题,剪切效应及阻尼的影响是不能忽略的.