基于3D模拟电荷法的变电站工频电场计算

高压变电站内工频电场的计算与评测日益重要。为此,采用3D模拟电荷法(charge simulation method,CSM)对某变电站户外区域离地1.5m高度处工频电场进行了计算和分析。模拟电荷采用置于导体轴线上的线电荷模拟,电荷密度在线单元上呈线性分布。采用ANSYS前、后处理模块实现实体建模和计算云图的3D渲染;通过对一条1000kV特高压输电线路走廊内工频电场的计算,验证了3DCSM方法的正确性。对一个实际的110kV变电站的工频电场进行建模仿真,电场强度的数值分布规律同理论分析基本符合;在工作走廊上计算值同实测结果变化趋势一致,在电气设备不太密集的区域,计算值与实测值之间误差<10%。该方法可以用来求解大模型开域场问题。

模拟电荷法计算特高压架空线路3维工频电场

为研究杆塔及导线弧垂对架空线路周围工频电场分布的影响,并检验2维计算模型的合理性与适用性,首先基于模拟电荷法建立考虑杆塔及导线弧垂的3维架空线路工频电场计算模型(它以线电荷单元为模拟电荷布置在各导线和杆塔铁棒轴线上,解析计算线电荷单元的电位系数,并叠加得到总体电位系数矩阵,从而可解得各节点的线电荷),然后据此计算了特高压线路相导线表面及地面上1m高平面内的3维工频电场。结果表明,地面上1m处平面内场强分布受弧垂影响很大,3维模型比2维模型更全面、准确地反映了这种不均匀分布状况;各相导线表面场强最大值在杆塔附近均有微弱变化,但并不显著;地面上1m处场强在杆塔附近增大,但在远离杆塔的区域基本不受杆塔影响。

基于层次分析法采场稳定性评价及FLAC3D模拟验证

影响采场稳定性的因素具有随机性、模糊性的特点,通过对各评价指标的定量分析,建立了采场稳定性综合评价模型,基于层次分析法(AHP)确定了采场指标权重,对采场稳定性进行了定量评价.运用FLAC3D对峄城区石膏矿采场受到开挖﹑流变﹑爆破扰动等因素影响的情况进行数值模拟,验证影响采场稳定性的因素所起作用的取值是否合理,经验证,基于层次分析法计算采场稳定性的指标权重合理可行.

基于FLAC3D与无人机航测的全部垮落法采煤塌陷分析

内蒙古串草圪旦煤矿位于黄河中游上段,其全部垮落法采煤导致大面积塌陷,地表生态和环境问题频发。为研究采空区地表裂缝发育规律及塌陷应力与位移场演化特征以串草圪旦煤矿6102工作面为研究对象,利用无人机航测查清了地表裂缝分布范围及规律,构建了FLAC3D数值模型并计算分析了采空区围岩应力及位移变化,将分析结果与无人机航测结果进行了相互验证。结果表明:(1)塌陷主要以地裂缝为表现形式,主要分布于矿区西北部及中西部。工作面发育2类地裂缝,一类为弧形阶梯式裂缝群,呈平行分布且以间隔5~20 m出现,大部分形成阶梯式高度为15~130 cm的错台,裂缝以3°~5°的偏角垂直工作面推进方向发育;另一类为直线型边缘裂缝带,拉张破坏严重,平行工作面外围呈带状发育,少数可展布于工作面内部,最外围裂缝至工作面的距离分别为38,53 m。(2)由于地下煤层开挖,采空区顶板出现明显的“马鞍状”拉应力集中区,且随着开挖的推进地表集中区拉应力先增大后减小,最大值为0.181 MPa;(3)采空区顶部完全垮塌,地表垂直位移最大值在采空区正中间,最大值约5.5 m;地表水平位移最大值位于采空区煤柱正上方,最大值1.93 m。(4)数值模拟计算的沉降量、裂缝角与无人机航测数据基本一致。研究成果可为煤层开采带来的生态环境问题解决方案提供参考依据。

3D欧拉法和层流模型对水轮机转轮内部流场的数值模拟

3D欧拉法和层流解法都具有控制方程个数少 ,计算简单、省时的特点 ,均能够快速地在最优工况点附近得到合理的数值解 ,可以用于转轮叶片的初步的水力计算和其他湍流模型计算结果的校核。分别应用这 2种算法对一混流式水轮机转轮内部流体的三维流动进行了数值模拟 ,方程离散采用有限体积法 ,插值采用二阶迎风格式 ,压力 速度耦合采用SIMPLEC算法 ,计算了 3个典型工况 (最优工况、大流量工况和小流量工况 ) ,得到了转轮内部合理的速度分布和压力分布。最优工况点的效率计算值比试验值高 3 0 9个百分点 ,计算所需时间比标准k ε湍流模型少 30 %～ 4 0 %。

基于模拟电荷法对500 kV输电线路跨越民房时导线高度的计算

500 kV输电线路跨越民房时,民房处电场畸变成为制约输电线路对地高度的重要因素。文章采用模拟电荷法计算了不同排列方式的500 kV输电线路跨越不同高度民房时的电场,给出了满足4 kV/m控制限值的导线对地最低高度。结果表明,不同塔型下导线对地最低高度的变化与楼层高度的变化基本一致。上述结果为线路设计和了解输电线路跨越民房时的电场分布提供了参考数据。

卸载岩爆试验及PFC^(3D)数值模拟研究

以张家口—石家庄高速公路隧道岩爆灾害为工程背景,进行室内卸载岩爆试验;并基于颗粒流法和PFC3D程序,采用内置Fish语言编制加卸载命令流,进行卸载岩爆试验数值模拟,得出不同应力状态下的岩样细观破裂现象与过程,可有效地判别与验证岩爆的产生。研究结果表明:(1)研究区域灰质白云岩的岩爆类型为瞬时岩爆,岩爆烈度等级为IV级;岩爆发生时试件端部全面崩垮,试件卸载面中部片状剥离并伴随颗粒混合弹射。(2)根据应力环境的变化,卸载岩爆试验的进程可分为平静期、局部颗粒弹射期、发展期及最终爆发期等4种状态。(3)瞬时岩爆发生时的颗粒黏结破裂机制以张拉型破裂为主、剪切型破裂为辅。(4)模拟卸载岩爆发生时的荷载等级、试件应力–计算时步曲线、破坏形式等均与室内试验结果较为吻合,表明PFC3D数值模拟方法可部分代替室内卸载岩爆试验,大幅降低试验费用,是岩爆试验研究中的一种新的有效途径。

基于PFC3D的岩体中不整合面构建方法研究

为了对地下岩土体进行精确建模,考虑到岩层之间的不整合面对模拟的影响,提出使用基于颗粒流理论的PFC3D模拟岩体中不同岩层接触情况的方法,包括:整合、平行不整合、角度不整合的接触情况。模型构造步骤包括:定义岩体坐标系,确定接触面走向的关键坐标点,使用MATLAB拟合这些走向曲线并得到曲线参数,使用下落法构造岩层,使用FISH根据走向曲线参数形成接触面。构建后的模型满足上述要求,证明了与实际岩体力学性能是接近的。该方法可为考虑岩层接触面的建模提供一种有效途径。

基于声波法和FLAC^(3D)的矿井底板采动破坏特征研究

利用声波法对华北地区某典型岩溶水害矿井的4707工作面煤层底板不同深度、不同位置的声波波速进行探测,获得了随工作面推进时的波速变化曲线。结果表明:垂深3.9～12.1m之间的声速曲线出现较大的波动,在钻孔距工作面距离15～5m时声波波速迅速升高,在6～5m处达到最大值,工作面推过钻孔后,波速不断降低。垂深13m以上,声波曲线趋于稳定,说明已不在破坏范围内。声速法判断底板最大破坏深度为12.1m。结合FLAC3D软件,利用4707工作面的实际地质资料数值模拟煤层底板采动破坏过程,得出了煤层底板采动破坏特征:底板破坏区沿采空区四周和底板向下扩散呈现出喇叭形,随工作面的不断推进,破坏区也不断前移。

基于FLAC^(3D)和Monte Carlo法采场稳定性分析

针对云南某矿地下矿体的采场稳定性,运用FLAC^(3D)建模并进行开挖模拟,选择标高3 556~3 571 m建立采场模型,对采场长度、宽度以及高度分别为30、14和15 m的结构参数水平进行模拟,并得出开挖区域的位移应力图和顶底板的位移监测,之后运用Monte Carlo法建立极限方程,代入Matlab进行数值模拟,得出顶底板和边帮的失效概率。采场的左边帮、右边帮的失效概率较小,而顶底板的失效概率相对较大。

免共振沉桩过程对地表振动影响的FLAC^(3D)数值模拟

为研究免共振沉桩过程对地表振动影响,采用密度放大法以消除模型桩弹性模量过大对计算效率的影响,在有限差分软件FLAC^(3D)中建立了相应的连续振动沉桩模型,并和文献中的现场测试结果进行了比较,分析了激振力幅值和振动频率这两个施工参数对地表振动响应的影响。结果表明:密度放大法可有效提高数值模拟的计算效率,模拟沉桩7.0倍桩径(4.9 m)所需计算时间约为12.0 h,数值结果较好地模拟了现场测试中免共振沉桩的地表振动影响;激振力幅值和振动频率均主要对近场(水平距离为5.0倍桩径范围内)的地表振动有明显影响;临界沉桩深度与地表振动影响峰值相对应,该深度随水平距离先增大后趋于稳定;激振力幅值对临界沉桩深度的改变不明显,振动频率对远场临界沉桩深度则有较明显影响。

基于CBCT与3D打印技术对完全性骨埋伏阻生牙患者术后VAS评分、并发症、邻牙功能恢复的影响

目的 探讨基于锥形束CT (CBCT)与3D打印技术对完全性骨埋伏阻生牙患者术后视觉模拟评分法(VAS评分)、并发症和邻牙功能恢复的影响。方法 选取2021年9月至2022年9月洛阳市中心医院收治的130例完全性骨埋伏阻生牙患者纳入研究,按随机数表法1:1配对原则分为观察组和对照组各65例。术前对照组患者经CBCT数据进行3D可视化处理,通过3D可视化模型制定手术方案;观察组患者应用CBCT与3D打印技术,获取实体模型进行术前评估、制定手术计划。比较两组患者的治疗效果、手术时间、术中出血量、牙窝完整性、邻牙松动度;比较两组患者手术前后的VAS评分、肿胀程度、张口受限度、牙齿功能、术中不良反应及术后并发症;随访至术后1个月,评估两组患者的软组织美学效果[红色美学评分(PES)]、满意度和生活质量[口腔健康相关生活质量(OHRQOL)]。结果 观察组患者的治疗优良率为96.92%,明显高于对照组的86.15%,差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者术中出血量Ⅲ级占比、邻牙松动度Ⅲ级占比分别为6.15%、0,明显低于对照组的12.31%、6.15%,差异均有统计学意义(P<0.05);观察组患者的手术时间、牙窝完整性分别为(27.82±4.58) min、(2.87±0.42)级,明显优于对照组的(31.04±5.43) min、(3.66±0.24)级,差异均有统计学意义(P<0.05);术后1 d、3 d、7 d,观察组患者的VAS评分分别为(5.22±0.62)分、(3.56±0.78)分、(2.26±0.73)分,明显低于对照组的(6.13±0.64)分、(4.86±0.75)分、(3.41±0.90)分,差异均有统计学意义(P<0.05);术后1 d、3 d、7 d,观察组患者肿胀程度分别为(3.72±1.14) mm、(2.61±0.73) mm、(1.73±0.52) mm,明显小于对照组的(4.42±1.19) mm、(3.58±0.80) mm、(2.39±0.64) mm,差异均有统计学意义(P<0.05);术后1 d、3 d、7 d,观察组患者张口受限度分别为(5.82±1.65) mm、(4.54±1.20) mm、(3.37±0.88) mm,明显小于对照组的(7.26±1.43) mm、(5.63±1.22) mm、(4.25±0.98) mm,差异均有统计学意义(P<0.05);术后1 d、3 d、7 d,观察组患者的牙齿咀嚼功能评分分别为(32.62±4.12)分、(37.41±5.43)分、(41.36±5.61)分,明显高于对照组的(28.81±4.37)分、(31.23±5.25)分、(35.82±5.90)分,差异均有统计学意义(P<0.05);术后1 d、3 d、7 d,观察组患者的语言功能评分分别为(34.96±6.21)分、(40.67±7.23)分、(44.86±6.22)分,明显高于对照组的(30.22±5.79)分、(32.57±5.15)分、(37.58±6.14)分,差异均有统计学意义(P<0.05);术后1 d、3 d、7 d,观察组患者的吞咽功能分别为(34.96±6.21)分、(40.67±7.23)分、(44.86±6.22)分,明显高于对照组的(30.22±5.79)分、(32.57±5.15)分、(37.58±6.14)分,差异均有统计学意义(P<0.05);观察组患者术中不良反应、术后并发症发生率分别为4.62%、18.46%,明显低于对照组的15.38%、35.38%,差异均有统计学意义(P<0.05);术后1个月,观察组患者的PES评分、满意度分别为(10.25±0.51)分、95.38%,明显低于对照组的(8.68±0.43)分、84.62%,而OHRQOL评分为(12.57±1.55)分,明显低于对照组的(15.73±1.50)分,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 完全性骨埋伏阻生牙应用CBCT与3D实体模型打印技术制定手术计划可提高治疗效果,减轻术后疼痛、肿胀及邻牙松动,促进牙齿功能恢复,且有利于减少术中不良反应、术后并发症,提高患者满意度与生活质量。

深埋隧道三台阶法施工围岩变形模拟研究

为研究香山隧道三台阶开挖围岩变形情况,选择模拟段运用PLAXIS3D有限元软件进行2次三台阶法开挖全过程模拟,并在不同位置设置监测点进行变形分析。结果表明,此次模拟隧道最大沉降达2.51 cm,在拱顶部位沉降最大,拱肩沉降次之,拱腰位置沉降最小,拱脚则出现隆起现象;隧道最大收敛为1.39 cm,收敛变形最大部位在拱腰,拱肩其次,拱脚最小,距离各个台阶大约0.7倍洞径时收敛变形开始严重;此次模拟得出掌子面挤出变形较小,变形位置主要在上台阶;现场施工中需要注意拱顶和拱腰部位变形情况,同时也要预防上台阶开挖可能出现掌子面挤出破坏情况。所得结果可为类似地质条件下隧道施工提供参考意见。

基于镜像法提取多层介质中3D电容参数的研究

提出了一种适用于任意多层电介质分层结构中的3D互连电容参数提取的新方法——反射镜像法。该方法无需对格林函数进行推导,而是根据自由电荷反射原理计算反射镜像的位置和镜像电荷系数从而获得各级镜像分布,继而计算任意多层电介质环境下的3D电容,包括底层或顶层介质接地情况下的3D电容。该方法可克服级数形式的格林函数因受限于电介质分层数目而难以适应大规模集成电路中复杂多变电介质环境下的3D电容参数提取问题。通过对导体面元建立层次式数据结构,这一方法可以利用层次式算法(hierarchical method)实现计算加速。实验证明,该方法能在保证可靠精度的情况下达到迅速收敛,与层次式加速算法结合后,计算效率可达到FastCap法的数倍。

3D打印技术对无牙颌患者义齿修复美观满意度的影响

目的:探讨3D打印技术对无牙颌患者义齿修复美观满意度的影响。方法:选取2019年3月-2020年3月笔者医院科室收治的110例无牙颌患者,采用随机数字表法分为对照组和观察组,每组55例。对照组采用传统全口义齿修复,观察组采用3D打印全口义齿修复。采用视觉模拟评分法(Visual analogue scale,VAS)和无牙颌口腔健康影响量表-20(Oral health impact profile edentulous,OHIP-20)分别评估两组义齿戴用即时、1、3个月义齿满意度和口腔健康相关生活质量,并于义齿戴用后3个月采用吸光光度法测定两组咀嚼效率。结果:义齿戴用1个月,两组语音功能、咀嚼功能和舒适性VAS评分较义齿戴用即时明显升高(P<0.05),美观度、固位功能VAS评分较义齿戴用即时差异无统计学意义(P>0.05);义齿戴用3个月,两组语音功能、咀嚼功能和舒适性VAS评分较义齿戴用即时和戴用1个月时明显升高(P<0.05),美观度、固位功能VAS评分较义齿戴用即时和戴用1个月时差异无统计学意义(P>0.05);两组义齿戴用即时、1个月、3个月美观度、语音功能、咀嚼功能、固位功能和舒适性VAS评分比较差异无统计学意义(P>0.05)。义齿戴用1个月,两组OHIP-20评分较义齿戴用即时明显降低(P<0.05);义齿戴用3个月,两组OHIP-20评分较义齿戴用即时和戴用1个月时明显降低(P<0.05);两组义齿戴用即时、1个月、3个月OHIP-20评分比较差异无统计学意义(P>0.05)。两组义齿戴用后第3个月咀嚼效率比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论:3D打印义齿可快速实现无牙颌修复,在患者美观满意度及口腔健康相关生活质量评价方面展现出与传统全口义齿相同的治疗效果。

基于FLAC3D的上向水平分层充填法采场稳定性分析

小东沟金矿厚大矿体采用上向水平分层充填采矿法开采,合理的采场结构参数直接关系到采场稳定性和矿体开采效率。设计3种采场结构参数,建立FLAC3D数值模型进行计算。模拟结果表明,矿房开采过程中各方案最大主应力、垂直方向位移和塑性区体积均较小,开采矿柱时应力、位移和塑性区体积值均急剧增加。矿房跨度过大易导致矿柱开采过程中采场稳定性降低,增加安全隐患。最优采场结构参数为矿房宽6m,矿柱宽5m。模拟结果为小东沟金矿采场结构参数的确定提供了理论支撑。

大跨度隧道单侧壁导坑法数值模拟分析

介绍了单侧壁导坑法的工艺流程,通过对丘陵地貌区的城仔山隧道进行单侧壁开挖数值模拟,分析了洞周位移、超前管棚应力以及系统锚杆轴力随工序变化的曲线,探讨单侧壁导坑法在实际工程中的应用效果。

城仔山隧道机械化双侧壁导坑法数值模拟研究

侧壁导坑法已成为保障隧道开挖过程中控制地层位移和减小地表沉降的一种重要方法。论文利用FLAC 3D数值模拟软件模拟了分部开挖、超前支护施作、洞身支护施作等施工过程下的隧道掘进过程,研究了城仔山单洞4车道分离式隧道双侧壁导坑法工况下的施工安全性。

高密度电阻率法2D和3D反演在盘州煤矿灾害区探测效果对比

为测试高密度电阻率法2D反演与3D反演在盘州煤矿灾害区的探测效果,从数值模拟和工程应用实例两个方面,通过对剖面数据分别进行2D和3D反演,对比反演结果发现:数值模型结果显示3D反演结果无论是异常体形态及电阻率值都较2D反演结果更接近于模型真实值;在盘州煤矿区小关村内开展高密度电阻率法测量工作,共布设6条南北走向剖面,2条东西走向剖面,通过对比反演结果发现,2D反演结果的高阻异常范围远远大于3D反演结果的高阻异常范围,结合工程钻孔结果,2D反演结果的部分高阻异常区为假异常,推测由旁侧效应所致,3D反演结果的高阻异常范围更接近于钻孔资料。通过数值模拟及工程实例结果认为3D反演能够有效地消除2D反演中的假异常,更精准地反映煤矿活动区的采空及致灾范围。

基于FLAC 3D的地铁基坑开挖数值模拟分析

本文以杭州钱江新城地铁9号线五堡站—六堡站区间基坑工程为依托,利用FLAC 3D软件模拟基坑开挖支护过程,对基坑开挖过程中引起的围岩变形和地表沉降过程进行数值模拟。地铁五堡站—六堡站区间基坑采用明挖法施工,分两层开挖,其中负二层为主要监测位置,两帮采用地下连续墙支护,开挖过程中采用钢筋混凝土梁做支撑。其间利用数值模拟,结合现场监测值,分析基坑开挖过程的变形和支护效果。经验证,数值模拟技术在基坑开挖过程中具有一定的指导性,可以为工程施工提供一定的参考。