人工冻结黏土承载力模型试验及数值模拟分析

在天然冻土地区进行工程建设需研究冻土地基承载力。在人工冻结黏土蠕变试验的基础上建立广义开尔文模型,通过改造人工冻土大型冻结试验平台,进行人工冻结黏土地基承载力试验,发现载荷–沉降曲线可以分为3个阶段,基础呈局部剪切破坏。在ANSYS中将考虑相变的温度场转化为温度载荷施加在三维实体模型上,并将广义开尔文模型应用于软件中,采用增量加载方式分级加载。对比数值模拟与模型试验结果,发现地基载荷–沉降曲线规律一致,极限承载力大小基本相等,基础破坏模式相同。结果表明ANSYS软件可以分析复杂边界、初始条件下冻土材料的性质,且能得到不同载荷下冻土材料的应力、位移、塑性区发展状况。     

冻结壁稳定性分析的黏弹塑性模型

冻结壁稳定性是由其所承担的外荷载大小和变形量决定的,在考虑冻结壁的卸载过程及其与周围土体共同作用的同时,还考虑了冻结壁的蠕变变形,得出了与周围土体共同作用的冻结壁的黏弹塑性计算模型,并推导出冻结壁黏弹塑性区的应力、变形及其外荷载的解析式;并通过计算,得出的冻结壁位移与实测位移基本一致。     

聚合物注射成型流动残余应力的数值分析

建立了可压缩黏弹性聚合物熔体在薄壁型腔中充模/保压过程中非等温、非稳态流动 的数学模型,用数值方法实现了注射成型过程中流动应力和取向建立及松弛过程的模拟,研 究了熔体温度、模具温度和注射速率等工艺条件对分子冻结取向的影响,取得了与实验相符 的结果.     

复杂外形飞行器压力分布CFD数值模拟与试验结果比较

为观察粘性效应对物面压力分布的影响,并验证 CFD 数值模拟方法的计算结果,设计了翼-身-舵组合体模型,利用航天空气动力技术研究院的FD-20炮风洞,在马赫数Ma分别取6、8且攻角α分别取0o、10o、20o的条件下进行了风洞测压试验,同时用Euler方程和N-S方程计算了模型的表面压力并与试验结果进行了比较。结果表明：除少数测点外,弹身、弹翼、舵面及弹身-弹翼干扰区的 Euler方程和 N-S方程计算结果都比较一致,除了攻角α=20°时的弹翼外,计算结果都与试验结果吻合较好。攻角α=20°的极小展弦比三角弹翼,由于侧前缘脱涡等分离现象的存在,实验值普遍高于计算值10%～15%,但变化趋势一致。因此,在采用CFD数值模拟与工程计算相结合的方法进行气动加热或非定常气动力的计算中,采用Euler方程代替N-S方程求解边界层外缘参数和当地流参数是合理的。     

草鱼幼鱼周身压力与曲率相关性数值模拟研究

为研究草鱼幼鱼稳定游泳状态下的周身流体压力与鱼体曲率的相关性,采用PIV(Particle Image Velocimetry)实测和数值模拟相结合的方式对草鱼幼鱼周身流体压力和鱼体曲率进行量化分析。结果表明,鱼体振幅曲线的三次拟合相比于传统的二次拟合曲线得到的幼鱼周身流体压力与PIV的实测结果吻合度更高,在幼鱼的中部和尾部,鱼体的中线曲率与体表曲率呈现较为明显的线性关系(P<0.05),且前半个运动周期内的幼鱼周身流体压力与鱼体体表和中线的曲率均呈现线性关系(P<0.05),鱼体中间部位中线曲率的变化要滞后于周身流体压力,而幼鱼尾部和头部的中线曲率则分别与鱼体上下侧流体压力的变化趋势基本一致。     

爆炸塔内壁特征点的反射压力数值模拟

采用LS-DYNA编码,对直径2 m的爆炸塔及其缩比模型的爆炸流场进行了数值模拟,给出了塔体内壁几个特征点的反射压力曲线,并与其中两个特征点的实测压力曲线进行了对比.研究结果表明:爆炸塔宜选择椭球封头,而非传统设计通常采用的球形封头,因为球形封头击波的会聚效应更强;用LS-DYNA这类商业软件来模拟爆炸流场,网格划分需尽可能细,不然模拟结果仅具有定性参考价值。     

建筑风压场数值模拟中压力波动的平抑

在以同位网格为基础的简单流场压力计算中,通常采用动量插值方法来平抑流场中的压力波动现象;但是对于建筑风场等复杂的钝体绕流问题,由该平抑方法得到的收敛风压场仍可能存在小幅波动。为彻底解决同位网格格式下的压力波动,除采用动量插值方法外,本文提出了在压力校正方程的界面流速中添加压力梯度差值项的方法。算例分析表明,该方法计算得到的建筑风压场完全避免了压力波动现象,风压解与试验结果吻合良好。     

ECAP过程压头压力的分析——试验与模拟

结合试验与数值模拟探讨了等通道转角挤压（EqualChannelAngularPressing,简称ECAP）过程中影响压头压力的主要因素。通过试验考察了A、Ba、Bc、C等四种挤压路径下压头压力测试的统计平均分布特征和大小、挤压速度对于压头压力的影响、其它影响压头压力的因素;试验结果显示了不同路径、不同挤压道次对压头压力大小的影响及压力值的显著差别。另外,针对等通道转角挤压过程中模具的转角角度、转角半径、模具与挤压试样之间的摩擦条件等因素与压头中压力的关系,采用有限元方法进行了大应变数值模拟。模拟结果显示：较小的模具转角、较大的转角曲率、粗糙的接触表面会显著增加压头中压力;试验与模拟研究可为ECAP过程及类似加工过程的力学分析提供参考。     

冻结黏土力学特性分析及改进S-M蠕变模型1)

为合理描述人工冻结法施工的矿井土层力学特性,对某矿井土样的重塑土进行单轴抗压强度实验和单轴压缩蠕变实验,得到重塑冻结黏土在不同温度及载荷加载等级下的应力-应变曲线和蠕变曲线。实验结果表明：冻结温度越低,土样的单轴强度越大;相同冻结温度下,土样的蠕变变形随着应力水平的升高而增大。单轴压缩蠕变的等时应力-应变曲线随时间发展向应变轴靠拢;土样经历初始蠕变和等速蠕变两个阶段,在较高应力水平下有进入加速蠕变的趋势;对S-M模型中各参数的意义进行修正并考虑温度的影响,得到人工冻结黏土改进S-M蠕变显式模型,然后采用粒子群算法对人工冻结黏土S-M蠕变模型参数进行优化。改进S-M蠕变显式模型理论计算值与实验值吻合良好,表明改进S-M蠕变显式模型能较好模拟人工冻结黏土的蠕变特性。改进S-M蠕变显式模型为人工冻土蠕变计算提供一种新方法。     

模块装药火炮膛内两相燃烧模型及压力波模拟

为详细了解新型模块装药火炮膛内发射过程中各模块区及中心可燃管区着火、燃烧现象以及压力波动情况,建立了准二维两相流内弹道燃烧理论模型。模拟结果表明,膛底与膛口压力、压力差数值计算结果与实验结果吻合得很好。     

多圈管冻结模型试验水热力分析研究

人工多圈管冻结过程中的温度场、应力场及水分场的相互作用,是一个非线性多场耦合问题,影响因素多. 本文以淮南顾北矿作为模型设计原型,通过模型试验对多圈管冻结土体过程的温度场、应力场及水分场变化进行研究,获得了冻结温度场、冻结压力及含水量随冻结时间的变化规律,其成果对建立水热力耦合数学模型提供可靠依据并能更好的指导矿井工程实践.     

MODEL TEST AND NUMERICAL SIMULATION OF BEARING CAPACITY OF ARTIFICIAL FROZEN CLAY1)

在天然冻土地区进行工程建设需研究冻土地基承载力。在人工冻结黏土蠕变试验的基础上建立广义开尔文模型,通过改造人工冻土大型冻结试验平台,进行人工冻结黏土地基承载力试验,发现载荷-沉降曲线可以分为3个阶段,基础呈局部剪切破坏。在ANSYS中将考虑相变的温度场转化为温度载荷施加在三维实体模型上,并将广义开尔文模型应用于软件中,采用增量加载方式分级加载。对比数值模拟与模型试验结果,发现地基载荷-沉降曲线规律一致,极限承载力大小基本相等,基础破坏模式相同。结果表明ANSYS软件可以分析复杂边界、初始条件下冻土材料的性质, 且能得到不同载荷下冻土材料的应力、位移、塑性区发展状况。     

拉压异性线性等向强化材料厚壁球壳极限分析

运用Mohr屈服准则对承受内压的拉压屈服强度不同的线性等向强化材料的厚壁球壳进行了极限载荷分析,得到了依赖于拉压比和强化模量的厚壁球壳极限载荷解析式和依赖于拉压比和强化模量的厚壁球壳极限载荷分析式。结果表明,材料拉压屈服强度的不同和强化特性对厚壁球壳极限载荷均有一定的影响。     

槽道湍流近壁区相干结构的数值模拟

从流动稳定性理论中的共振三波出发，采用类似湍流直接数值模拟中的最小单元概念，用伪谱方法，对槽道湍流近壁区的单个相干结构进行了数值模拟，得到了与实验基本一致的结果，同时也搞清楚了在谱方法中用Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ－τ方法和配置点法哪个更精确的问题。     

脑动静脉畸形供血动脉内压力测量准确性的分析

对脑动静脉畸形供血动脉内压力测量的准确性进行了定量的分析,分析结果认为,以介入导管方法测量脑动脉畸形患者供血动脉内压力时,导管的影响可以导致测量结果偏低,这一结论支持了脑动静脉畸形患者低压灌注的程度一般不易于导致部分脑组织缺血的观点。     

考虑裂缝井表皮因子非均匀分布的压力数值试井分析

在对非常规储层的压裂井进行压力试井分析时,裂缝表皮因子通常考虑为单一定值,而由于压裂措施的复杂性,其裂缝周围区域的污染程度并非均匀单一,进而导致地层压力分布规律十分复杂。因此,为了准确地描述裂缝非均匀分布的污染区域,从裂缝表皮因子定义的角度出发,确定了非均匀分布的裂缝表皮因子公式,建立了对应的数值模型进行求解计算,并考虑不同表皮分布规律研究了压力试井曲线及压力场的变化规律。研究结果表明：裂缝表皮因子中心大两边小分布规律下,压力试井曲线过渡段凸起高度更高,线性流段持续时间变短,压降主要集中于裂缝根部位置;裂缝中心小两边大分布规律下,压力试井曲线过渡段凸起高度更低,径向流出现时间早,压降主要集中于裂缝中心位置。通过现场实例对比计算,进一步验证了模型的实用性,可为裂缝井的裂缝污染评价及压力分布评价提供一种新的应用方法,对非常规油气井的产能评价与认识有重要意义。

     

延性材料动态断裂的实验研究和数值分析

本文对延性材料纯铜和ＬＹ１２铝合金进行了层裂实验，对软回收试件进行了仔细的定量和显微金相观测，观察到了两种材料中不同微损伤的形核、增长和聚合机制，为理论分析提供了真实的实验结果。将文〔４〕提出的延性动态损伤模型编入了一维Ｌａｇｒａｎｇｅ有限差分动力学程序，对两组层裂实验进行了数值模拟，计算结果与实验吻合较好。     

EXPERIMENTAL STUDY AND NUMERICAL ANALYSIS OF DYNAMIC FRACTURE IN DUCTILE SOLIDS

Spall tests in pure copper and LY12 aluminum alloy are performed. Themechanism of the nucleation, growth and coalescence of micro-voids is observed bymeans of microscopic observation of the recovered specimens. The model presented inRef. [4] is incorporated in a hydrodynamic one-dimensional finite-difference computercode to simulate the processes of spallation in pure copper and LY12 aluminum alloyspecimens. This model can satisfactorily describe the processes of spallation.     

二级轻气炮内弹道的数值模拟与性能分析

为了优化二级轻气炮的设计参数和工作参数,必须进行数值模拟。本文介绍了准一维不定常流的Lagrangian算法,讨论了数值模拟中的若干问题,分析了气动过程。根据我们的数值模拟,归纳了影响气炮性能的一些基本规律,可供选择工作参数时综合分析。