采动影响下金川二矿区14行风井变形破坏机制探讨*

摘  要   竖井作为井下开采矿山的咽喉工程,在矿山的安全生产中起着举足轻重的作用。金川二矿区14行主力回风井位于矿体下盘,井深715.5m,穿过的工程围岩有超基性岩、花岗岩、大理岩、辉绿岩等以及F207断层。该风井于1999年10月开工下掘, 2002年投入使用,2005年3月突然跨塌。本文根据现场调查和数值模拟,分析了风井变形破坏的特征和机制。发现主要有井壁错动开裂、片冒、冒落物冲击井壁等几种破坏形式,并得出在采动影响下最易在以下几个位置发生破坏：①井筒上部（0～200m）,易出现拉裂破坏和围岩整体剪切滑动;②F207断层及其上下接触部位（200～220m）,井筒很有可能在此处发生上下错动,从而导致剪切破坏;③井筒中部（360～460m）,受采动影响较大,可能发生鼓肚子破坏;④井筒下部F16断层影响带（井底以上50m）,岩体在采动影响下将发生松动,从而导致在结构面穿插部位可能发生冒落。     

结构化岩体采动裂隙分布规律与分形性实验研究

采动岩体裂隙形成、扩展和分布均十分复杂，而初始结构面的存在使其更加复杂。本文借助相似材料模型实验，模拟了结构化岩体采动裂隙的分布规律，应用分形几何理论研究采动岩体裂隙分布的自相似性。研究表明：具有初始结构面的岩体采动后形成的裂隙网络具有很好的统计自相似分形性质，分形维数可以综合描述采动岩体裂隙化程度，且地表沉陷特征值与分形维数具有明确的数量对应关系。     

基于性能的基础隔震结构地震易损性分析

对基础隔震结构进行基于性能的易损性分析。首先,建立了基础隔震结构基于拟力法的能量方程,提出基于变形和隔震层塑性耗能的损伤指标,定义隔震结构的四个损伤性能状态;然后,对隔震结构进行动力非线性分析,计算得到两种损伤指标的损伤值;最后,对损伤值进行线性统计回归分析,推导出结构发生各级破坏的概率计算公式,从而分别得到隔震结构基于两种损伤指标的易损性曲线。研究表明,基于隔震层塑性耗能的损伤指标更能合理反映该结构的损伤程度,为基于性能的隔震结构易损性分析提供了新的思路和方法。     

复杂条件下露天采场边坡变形分析

露天采场边坡的变形特征对边坡稳定性评价、露天开采以及对边坡变形监测具有重要意义 ,复杂条件下 ,露天采场边坡的变形特征难以预测。本文采用快速拉格朗日分析 (FL AC)方法对金牛公司露天采场稳定边坡、不稳定边坡时空上的变形特征以及空区和分步开挖对边坡变形特征的影响进行了综合分析。结果表明 :FL AC方法在分析复杂条件下的边坡变形特征方面显示了较强的优势 ,稳定边坡和不稳定边坡有着各自不同的变形特征 ,空区和开采速度对边坡变形产生一定的影响。     

基于大变形分析的动不定体系的求解

动不定体系由于内部存在机构位移,其求解过程不同于动定体系。为了全面了解动不定体系的受力性能,本文对其相容及非相容平衡方程的求解进行了详细的分析和推导;同时,由于动不定体系求解过程涉及大位移,本文对通常建立在小变形假定下的变形协调方程进行了重新推导,采用建立在大变形基础上的变形协调方程对有限机构进行求解,并由此编制了相应的计算程序。算例分析表明本文计算方法是精确和有效的,可用于确定动不定体系的平衡状态和内力。     

回转筒体轴向窜动的力学性能分析及控制

基于长期生产实践，针对回转窑筒体在运转时发生持续下滑，引起系统频发故障，造成停机的问题，应用弹性滑动理论和摩擦传动理论分析论证了窑体下滑的原因；给出了窑体轴向滑动速度的计算方法；介绍了控制窑体轴向窜动的方法。     

回转简体轴向窜动的力学性能分析及控制

基于长期生产实践,针对回转窑简体在运转时发生持续下滑,引起系统频发故障,造成停机的问题,应用弹性滑动理论和摩擦传动理论分析论证了窑体下滑的原因;给出了窑体轴向滑动速度的计算方法;介绍了控制窑体轴向窜动的方法.     

高熵合金的力学性能及变形行为研究进展

高熵合金是近年来提出的一种新的合金设计理念,打破了一般合金中以1种或2种元素为主,辅以极少量其他元素来改善合金性能的传统思想,由多种元素以等原子或近似等原子比混合后形成具有独特原子结构特征的单一固溶体合金.高熵合金的多主元特性使其在变形过程中表现出多重机制(包括位错机制、形变孪生、相变等)的协同,因而高熵合金已经展示了优异的力学性能,如高强、高硬、高塑性、抗高温软化、抗辐照、耐磨等,被认为是最具有应用潜力的新型高性能金属结构材料,已经成为国际固体力学和材料科学领域研究的热点.本文首先介绍了高熵合金独特的结构特征,即具有短程有序结构和严重的晶格畸变;随后对近年来针对不同类型高熵合金(包括具有面心立方相、体心立方相、密排六方相、多相以及亚稳态高熵合金)力学性能、变形行为方面的研究成果,特别是强韧化机制以及相关的原子尺度模拟,进行了较为系统的综述;最后强调了高熵合金未来研究中所面临的一些主要问题和挑战,并对其研究进行了展望.     

高熵合金的力学性能及变形行为研究进展

高熵合金是近年来提出的一种新的合金设计理念,打破了一般合金中以1种或2种元素为主,辅以极少量其他元素来改善合金性能的传统思想,由多种元素以等原子或近似等原子比混合后形成具有独特原子结构特征的单一固溶体合金.高熵合金的多主元特性使其在变形过程中表现出多重机制(包括位错机制、形变孪生、相变等)的协同,因而高熵合金已经展示了优异的力学性能,如高强、高硬、高塑性、抗高温软化、抗辐照、耐磨等,被认为是最具有应用潜力的新型高性能金属结构材料,已经成为国际固体力学和材料科学领域研究的热点.本文首先介绍了高熵合金独特的结构特征,即具有短程有序结构和严重的晶格畸变;随后对近年来针对不同类型高熵合金(包括具有面心立方相、体心立方相、密排六方相、多相以及亚稳态高熵合金)力学性能、变形行为方面的研究成果,特别是强韧化机制以及相关的原子尺度模拟,进行了较为系统的综述;最后强调了高熵合金未来研究中所面临的一些主要问题和挑战,并对其研究进行了展望.     

动载荷教学中桥梁基础和支座的案例分析

将力学概念与实际相结合,引入工程案例来讲解有关知识点,可提升学生的学习兴趣,并提高学生理论与实践相结合的能力。简介了桥梁、桥梁支座与基础,对桥墩受竖向冲击与水平冲击时的力学模型分别进行了简化。针对简化的桥墩模型,对比分析在动载荷作用下桥墩未加与施加橡胶隔震支座、未加与施加防撞墩前后的变形、动荷系数,据能量守恒原理分析讨论相关问题,提高学生对相关力学概念的理解能力。     

建筑基础隔震的动力分析法

近年来,基础隔震的试验研究,已引起许多国家重视,本文从能量和动力分析的角度来探讨摩擦隔震层的力学特性,使隔震层符合房屋结构的减震要求.     

非接触式气体润滑密封变形的数值分析

针对离心泵用非接触式螺旋槽气体润滑密封，通过采用有限元法求解描述密封端面间气体流动的雷诺方程，计算了不同约束、不同结构的静密封环和配对动密封环的力变形、端面泄漏量、开启力及气膜刚度等参数，分析了变形对密封特性的影响．结果表明：密封环的力变形使得端面气膜形状大多呈发散型，约束对其变形大小具有重要影响，选择合适的约束可以减小密封面转角、提高气膜刚度、增强密封工作稳定性；变形对密封的开启力影响不大，但变形导致泄漏量增大，并明显改变气膜刚度。     

机械密封热力耦合有限元模型与密封性能分析

以接触式机械密封为研究对象,考虑密封环的热力变形和液膜温度、厚度等的耦合关系,建立了二维轴对称热力耦合计算模型,采用有限元与数值迭代技术实现了模型的数值解算,研究了密封端面热力变形规律,分析了不同密封压力下的密封性能.结果表明:热力耦合变形作用下,端面形成收敛型泄漏间隙,最小膜厚位于端面内靠近内径侧位置,最高温度位于最小膜厚处;随密封压力的增大,端面最小膜厚减小,端面最大温升、摩擦扭矩和泄漏率相应增大.采用的模型和计算方法可用于海洋装备用机械密封结构的优化设计.     

核主泵用流体动压型机械密封耦合模型与性能分析

以某型核主泵用流体动压型机械密封为对象,考虑密封环组件的接触和密封端面的流固耦合作用,建立了密封组件三维多场耦合模型,结合有限差分法和有限单元法,采用数值迭代技术进行了耦合场的计算.研究了高压下密封端面变形的特点和规律,分析了密封压力对密封性能的影响作用.结果表明:密封环端面产生径向收敛锥度和周向波度,高压侧密封深槽对密封端面周向波度的生成起重要作用,密封端面锥度的形成与密封环宏观结构密切相关.随密封压力的增大,密封端面收敛锥度和波度均增大,密封泄漏率增加,而端面摩擦系数减小.为在高压下形成较大的波度,建议将动压深槽加工在软质密封环端面上.     

机械密封补偿机构中辅助O形密封圈的性能分析

采用有限单元法建立了机械密封O形辅助密封圈的数值分析模型.利用非线性有限元软件MSC.MARC计算了VonMises应力和接触密封界面之间的接触应力.采用高频疲劳试验机和高压水润滑O形密封圈试验单元组成的试验装置测得了摩擦力,并结合数值计算结果求得了摩擦系数.分析了O形辅助密封圈的压缩量及滑移速度对摩擦力的影响,讨论了O形辅助密封圈对机械密封的密封能力、泄漏特性的影响.结果表明:O形密封圈用于机械密封中的补偿机构会有微量泄漏;水润滑状态下接触密封界面能形成润滑水膜,摩擦力较小,有利于密封稳定运转.     

跨断层埋地管线-土接触非连续变形分析

跨断层埋地管线系统主要由管线及其周围土体两种不同介质组成,具有分析介质不连续性特性.为实现对管-土接触介质的不连续性分析,采用非连续变形分析与有限元分析相结合的方法,将跨逆断层埋地管线系统从实际工作状态中取出一部分作为分析对象.利用有限元分析方法对管线及其周围土体进行网格划分;而管-土之间的相互作用,利用非连续变形分析中的不连续介质接触处理方法实现模拟.通过模型的数值分析,研究了逆断层作用下管-土之间的非连续变形相互作用状态,验证了利用非连续变形分析与有限元方法相结合解决埋地管线-土接触的可行性和有效性,为管-土相互作用分析提供了新的研究思路和研究方法.     

核主泵用双锥度端面流体静压机械密封热弹流效应研究

针对核主泵用双锥度端面流体静压型机械密封热弹流效应研究在高压和高速条件下,其密封性能易受端面热弹变形影响的特点,提出了收敛型双锥面流体静压型机械密封,并建立了热-流-固耦合数学模型;通过采用有限差分法求解端面温度和端面流体膜压的控制方程组,采用有限元法求解密封环的热、弹变形,对密封进行了流、固、热耦合分析,研究了热弹变形对密封性能的影响,并对单锥面和双锥面2种流体静压型机械密封的密封性能、温度分布进行了对比研究.结果表明:双锥面密封与单锥面密封相比,不仅稳定性更好,而且端面温度分布更均匀,可靠性更高,但是泄漏率略有上升;在泄漏入口处即高压侧,外锥面锥度的大小对开启力影响较大,而在泄漏出口处即低压侧,内锥面锥度的大小对泄漏率影响较大;内锥面宽度比取0.05左右时能获得较大的刚漏比.     

粘接双材料界面微区内力学行为的细观实验分析

本文将显微光栅与显微测距技术结合起来，实现了物体表面位移场的细观测量。应用这一方法，本文定量地测量了高分子粘接结构界面及周围区域的变形和应变，实验发现界面两侧存在着一个影响区，在影响区内材料的力学性质发生了变化。本文在实验结果的基础上讨论和分析了这一变化并对界面的力学模型进行了讨论。     

小方坯连铸结晶器内凝固坯壳形成及变形热力耦和有限元分析

采用热－力耦合有限元方法分析小方坯连铸结晶器内凝固坯壳的形成及应力分布,得到结晶器长度、结晶器锥度、拉坯速度和钢液过热度等工艺参数对凝固坯壳形成和应力分布的影响规律,所得结果对小方坯连续铸造工艺参数的确定和产品质量的控制具有指导意义。     

拉压性能不同材料全量型本构关系及厚壁筒的应力分析

将经典全量理论作了推广，考虑了应力状态及塑性体积变形对拉压性能不同材料的塑性行为的影响。应用该本构模型分别计算了厚壁筒在内压和外压作用下的应力分布。给出了径向应力、环向应力和轴向应力沿壁厚的分布图。将本文的计算解与拉压性能相同(不考虑体积变形、强化曲线唯一)的幂函数强化材料的厚壁筒的理论解进行了比较。结果表明，材料的拉压性能不同对厚壁筒的环向应力和轴向应力影响较大。因此，对于拉压性能不同材料，考虑到其对应力状态及塑性体积变形敏感时，是不能将其简化成拉压性能相同、体积不可压缩、强化曲线唯一的理想材料。