基于CFD-DEM的流-固耦合数值建模方法研究进展

随着土体渗流侵蚀研究的逐渐深入,对土颗粒流失和变形破坏机理的研究方法呈现出多尺度的特点。其中,计算流体力学-离散元耦合方法(CFD-DEM)为在细观尺度上研究流-固耦合相互作用对土体宏观力学特性的影响提供了一种行之有效的方法。针对CFD-DEM耦合方法在岩土工程领域应用现状,本文系统总结现有流-固耦合计算方法的优缺点,重点论述CFD-DEM耦合方法的建模策略,包括固相颗粒形状建模与粒间接触模型、流体相控制方程及参数计算方法,以及CFD-DEM耦合计算,并就相关问题进行深入探讨,最后提出了CFD-DEM耦合方法未来的发展方向。

模拟氢基竖炉工况条件下铝硅质耐火材料的结构与性能演变

基于H_(2)/CO混合气强还原服役环境,本工作模拟常压氢基竖炉服役工况,研究典型的铝硅质耐火材料经还原处理后性能变化规律及失稳机制。结果表明,在V(H_(2))∶V(CO)=5∶2的条件下,热处理温度由450℃升高至950℃,混合气体对铝硅质耐火材料的还原能力逐渐增强。现有条件下,铝硅质耐火材料失稳的两个关键因素在于Fe_(2)O_(3)含量以及磷酸盐结合剂:1)当铝硅质耐火材料中Fe_(2)O_(3)含量较高时,在H_(2)/CO气氛下,Fe_(2)O_(3)极易被还原为单质铁。同时,这种情况会导致铝硅质耐火材料发生一定程度的体积变化和显著的力学性能下降。2)磷酸盐结合铝硅质耐火材料也面临磷酸盐挥发,导致显气孔率提高,结构稳定性降低。然而,研究还发现磷酸盐结合刚玉-莫来石砖中Fe_(2)O_(3)含量较低且伴生一定含量的TiO_(2)时,材料具有较好的抗H_(2)/CO气还原能力。通过比较铝硅质耐火材料在CO气氛和H_(2)/CO气氛下力学性能,发现V(H_(2))∶V(CO)=5∶2气氛下在850℃热处理3 h比CO气氛下500℃热处理100 h具有更强的还原能力。

基于热固耦合的中频变压器绝缘材料性能参数优化配合方法

为了提升中频变压器的散热和机械性能,该文针对中频变压器绝缘材料的性能参数进行了优化配置。通过建立热固耦合模型,结合有限元法分析了中频变压器额定运行时的温度场以及热冲击试验时的应力场和位移场,以检验绝缘材料的散热和力学性能。采用Box-Benhnken中心组合设计试验和响应面分析法,研究了绝缘材料性能参数对变压器温升、应力和形变的影响。求解响应面模型获得理想的绝缘材料性能参数范围,结合实际确定了优化配合方案:导热系数为0.8 W/(m·K),热膨胀系数为4.7×10^(-5)K^(-1),杨氏模量为3.5 GPa。通过仿真与试验对优化方案进行验证,各项试验指标均满足要求。上述研究结果可为中频变压器绝缘材料的优化与选择提供依据。

水囊土压力计研制与试验验证研究

针对土压力盒易发生应力集中的问题,研制了水囊土压力计,即通过透明的PU空压软管将感压水囊与电子压力表进行连接,其中感压水囊的厚度可控制在5~10 mm,在使用时电子压力表的高度位置进行固定。将水囊土压力计与振弦式土压力盒埋设在不同压缩模量的土体中进行了对比试验,结果分析表明,由于感压水囊比土压力盒薄,虽然实测土压力偏大问题不可避免,但相对土压力盒测试结果而言,采用水囊土压力计测试地层中的土压力时应力集中问题显著改善;从测试结果可知,由测试元件厚度所导致的土压力偏大幅值为非线性,这与测试元件周围的土体颗粒变形调整有关。将水囊土压力计用于盾构隧道响应模型试验研究中,从测试结果可知,水囊土压力计与土压力盒的测试结果具有明显的不同;从测试结果的变化趋势分析来看,水囊土压力计的测试结果可信,且有必要采用水囊土压力计直接贴在模型盾构隧道外壁测试其周围土压力。水囊土压力计的测试原理简单,且成本低、精度高,因其为柔性构造,可根据测试需求选用感压水囊用于结构物表面为非平面的土压力测试。

考虑时间效应的超固结非饱和土弹黏塑性本构模型及其验证

时间效应对超固结非饱和土的力学和变形特性影响较大,建立考虑时间效应的超固结非饱和土弹黏塑性本构模型,对于准确分析超固结非饱和土时间相依变形特性具有重要意义。以超固结土统一硬化模型为基础框架,建立了一个同时考虑固结度、基质吸力、时间效应的超固结非饱和土弹黏塑性本构模型。首先,根据超固结土弹塑性变形特性,引入统一硬化参数对一维弹黏塑性本构模型进行修正,建立了连续加载条件下超固结土弹黏塑性本构模型;其次,采用非饱和土巴塞罗那模型屈服面,结合过应力理论,建立了考虑时间效应和基质吸力影响的弹黏塑性模型。与巴塞罗那模型相比,额外引入了与时间效应相关的黏滞系数。模型验证和试验数据对比结果表明,该模型能够合理地预测超固结非饱和土时间相依变形特性。

正常听力青年人言语诱发ABR与扩展高频测听的性别与年龄差异

目的探讨正常听力青年人言语声诱发听性脑干反应(speech-evoked auditory brainstem response,s-ABR)以及扩展高频测听的性别、年龄差异,旨在提供不同性别、年龄正常听力人群的参考数据。方法招募171例(171耳)18~42周岁纯音听阈正常、无噪声暴露史的正常听力青年人,其中,女82耳,男89耳;18~30岁(大于18岁小于等于30岁)组96耳(男46耳,女50耳),30~42岁(大于30小于等于42岁)组54耳(男、女各27耳),分别进行常频及扩展高频测听、s-ABR测试,比较s-ABR各波潜伏期和幅值以及各频率阈值的差异,分析s-ABR各波潜伏期、幅值以及V/A复合体与常频及扩展高频纯音测听的相关性。结果性别比较:①女性s-ABR的波V、C和F潜伏期显著短于男性(P<0.05),V/A幅值显著高于男性(P<0.05);②除4 kHz外,其余各频率平均听阈无明显性别差异(P>0.05)。年龄比较:①18~30岁组波O幅值显著高于30~42岁组(P<0.05),V/A斜率显著大于30~42岁组;②除0.25 kHz外,其余各频率平均听阈值18~30岁组显著低于30~42岁组(P<0.05)。相关性分析:波O幅值与PTA_(0.5~4)、PTA_(3~8)和PTA EHF呈正相关(P<0.05);波A潜伏期、V/A波间期与PTA_(3~8)呈正相关(P<0.05);V/A斜率与PTA_(3~8)、PTA EHF呈负相关(P<0.05)。结论性别和年龄因素对脑干和外周听觉系统对言语声刺激的反应有不同程度的影响,高频听力对言语声精细结构判别上起作用。

常吸力下非饱和粗粒土率相关力学特性试验研究

为研究山区高填方路基的时效变形特性,针对路基粗颗粒填料,开展了粗颗粒填料持水特性和一系列常吸力作用下的率相关力学特性试验,采用三种不同剪切速率对试样进行剪切,分析围压、基质吸力及剪切速率对土体强度和变形特征的影响。试验结果表明:粗颗粒填料的土水特征曲线未出现残余吸力值;不同围压下粗颗粒填料的峰值强度可表示为基质吸力的函数,基质吸力越大,非饱和粗粒土的剪切强度越高,且体积剪缩变形越小;非饱和粗粒土的强度与体积变形均受剪切速率的影响,且变化趋势表现出高度一致性,剪切速率越大,试样强度越高,对应的体积变形越小。

HIsmelt工艺熔融还原炉用耐火材料的抗侵蚀性研究

为促进HIsmelt工艺的进一步发展和应用,根据HIsmelt工艺熔融还原炉(SRV)的特点,利用静态坩埚法对比研究了SRV渣在1 500℃下对铬刚玉砖、微孔刚玉-莫来石砖、刚玉-莫来石砖、刚玉-尖晶石砖的侵蚀。结果表明:1)铬刚玉砖抗SRV渣渗透侵蚀能力最强,因为FeO与铬刚玉砖中的Al_(2)O_(3)和Cr_(2)O_(3)反应生成高熔点物,抑制炉渣的渗透和侵蚀。2)微孔刚玉-莫来石砖中镁铝尖晶石与钙铝黄长石的生成在侵蚀层形成保护层,阻止SRV渣的渗透侵蚀,在3种无铬材料中,表现出最优的抗侵蚀性。3)刚玉-莫来石砖中由于大量钙长石的形成产生的缝隙造成渣的不断渗入,使得熔渣对砖的侵蚀较严重。4)刚玉-尖晶石砖中原位生成粒径小、活性高的尖晶石晶粒,能有效吸收熔渣中的铁离子形成镁铝铁复合尖晶石,阻挡SRV渣的侵蚀。

牛蒡子苷元对卵巢癌细胞耐药性的影响

目的:探讨牛蒡子苷元对人卵巢癌顺铂耐药细胞株SKOV3/DDP细胞耐药性的影响及其可能的作用机制。方法:构建卵巢癌耐药细胞株SKOV3/DDP。用不同浓度的牛蒡子苷元(1、5、10、15、20、25 mmol/L)分别处理SKOV3和SKOV3/DDP细胞,CCK-8法检测细胞生长,筛选适用浓度。随后用10 mmol/L牛蒡子苷元处理SKOV3/DDP细胞。流式细胞仪检测细胞凋亡,Western blot检测Caspase-3/9和Cleaved Caspase-3/9蛋白表达。CCK-8法检测细胞半数抑制浓度(50%inhibition concentration,IC_(50))。RT-PCR和Western blot分别检测Survivin的mRNA和蛋白表达。在牛蒡子苷元处理的SKOV3/DDP细胞中转染Survivin过表达质粒检测IC_(50)和细胞凋亡水平。结果:不同浓度牛蒡子苷元对SKOV3和SKOV3/DDP细胞生长均有抑制作用,并且当牛蒡子苷元的浓度≥10 mmol/L时,对SKOV3/DDP细胞生长抑制作用高于SKOV3细胞(P<0.05)。10 mmol/L牛蒡子苷元的处理显著提升SKOV3/DDP细胞凋亡,增加凋亡蛋白Caspase-3/9和Cleaved Caspase-3/9的表达,降低细胞顺铂IC_(50)值,并抑制细胞中Survivin的mRNA和蛋白表达(P<0.05)。在转染Survivin过表达质粒后,牛蒡子苷元处理的SKOV3/DDP细胞IC_(50)值显著提升,细胞凋亡率显著下降(P<0.05)。结论:牛蒡子苷元可能通过抑制Survivin降低卵巢癌耐药细胞SKOV3/DDP的耐药性。

超声波键合压力自适应平衡装置设计与实验研究

针对即时检测芯片在超声波键合过程中对高键合均匀性和高键合精度的要求,利用空气具有摩擦阻力小和可弹性压缩的特点,设计了超声波键合压力自适应平衡装置,分析了键合压力自适应平衡原理。为验证该装置的键合效果,开展了压力分布均匀性实验、键合实验、超声振子谐振频率和阻抗的对比。结果表明:对于69 mm×15 mm的芯片,该装置能够将微通道高度峰峰值控制在1.3μm以下,将熔接线宽度峰峰值控制在为23.3μm以下;相比对照组,该装置能够降低压力分布均匀性系数约50%~72%,能够将微通道高度峰峰值减小96.2%,标准差减小96.8%,能够将熔接线宽度峰峰值减小96.8%,标准差减小96.3%;该装置对长度为19~69 mm的芯片具有较好的适应性,微通道高度峰峰值能够控制在1.9μm以下;该装置不会对原有键合设备的超声振子系统产生较大影响,在相同键合压力下对比不锈钢夹具,谐振频率的最大差值和反谐振频率的最大差值均为2 Hz,最小阻抗模值和最大阻抗模值的差值均不超过3.5%。超声波键合压力自适应平衡装置具有较好的压力自适应平衡能力,能够有效提高键合均匀性和键合精度,满足即时检测芯片对高键合均匀性和高键合精度的要求。

非饱和土三维离散元计算中宏-细观参数关系探究

提出了一种建立非饱和土体宏-细观参数之间关系的方法,来建立在不同孔隙比和含水率等初始条件下非饱和土在不同应力路径下的离散元计算模型;通过编制离散元程序,基于接触粘结模型,对现有的PFC3D(Particle Flow Code in three dimensions)离散元程序进行改进,从而对在不同颗粒间粘结强度下的离散元试样进行一维固结的数值模拟试验来确定其结构屈服应力,并以结构屈服应力为桥梁建立颗粒间粘结强度随含水率变化的函数关系,最后建立能够反映真实非饱和土试样颗粒级配和在不同含水量下的离散元数值模型,为通过PFC3D等三维离散元软件研究非饱和土的基本力学特性提供思路.

高速铁路泡沫轻质土路基动力响应分析

高速铁路路基长期受到列车动荷载作用,其动力响应直接关系到列车正常运营及铁路的平顺性,泡沫轻质土作为新型路基填料能够较好控制路基沉降并降低后期养护运营成本.利用Abaqus软件建立CRH3高速列车、CRTS Ⅱ板式无砟轨道和泡沫轻质土路基耦合的三维竖向动力分析模型,对泡沫轻质土路基的动应力和动位移分布进行有限元模拟分析,分析结果表明:由于泡沫轻质土路基对于应力波具有吸收和分散作用,等效应力幅值与竖向动位移均沿轨道中心线对称分布且随着距离轨道中新线距离的增大以及路基深度的增加而逐渐衰减.

水-力耦合作用下干燥和湿润砂质黄土渗透特性试验研究

为探讨干燥和湿润砂质黄土在水-力耦合作用下的非饱和渗透特性,研制考虑水-力耦合效应的非饱和土渗透系数测量试验装置。针对不同初始含水率的干燥土柱和湿润土柱,采用湿润锋前进法开展一系列一维土柱渗流试验,得到水-力耦合作用下湿润锋、渗透系数与竖向变形的变化规律,并结合扫描电镜试验,揭示其微观机理。结果表明:(1)随入渗时间增大,湿润锋前进速率逐渐减小,并且干燥土柱的湿润锋速率明显小于湿润土柱;(2)轴向压力相同时,湿润土柱的渗透系数函数直线段斜率大于干燥土柱。随着轴向压力增大,两种类型土柱的渗透系数函数直线段斜率均略有减小。渗流稳定后,湿润土柱稳定渗透系数大于干燥土柱;(3)与湿润土柱相比,干燥土柱具有明显的水敏性,湿化后其变形量显著增大。该研究成果对揭示阳城隧道砂质黄土区围岩的渗透及变形机理,指导隧道安全施工具有重要的理论及实际意义。

考虑变形及滞回效应影响的三维土-水特征曲面模型

为研究变形和滞回效应对非饱和土水-力耦合特性的影响,以边界面理论为基础,建立一个同时考虑变形及滞回效应影响的三维非饱和土土-水特征曲面模型,所建立模型可完整地描述非饱和土的水-力耦合特性。提出的本构方程以吸力和孔隙比为自变量,以饱和度为因变量,建立三维土-水特征曲面模型,通过编程实现了本模型的预测功能。通过程序的预测结果与一系列不同应力和水力路径下的试验结果进行对比,在饱和度-吸力/孔隙比二维平面及饱和度-吸力-孔隙比三维空间中,均验证了所建立模型的适用性及预测精度。

基于湿润锋前进法的不同应力状态砂质黄土土柱渗流试验

由于试验装置的局限性,非饱和土渗透特性的研究大多未考虑应力对渗透系数的影响。为探讨水-力耦合作用下砂质黄土的渗透特性,自主研制了一套水-力耦合试验装置。采用湿润锋前进法探究了不同初始干密度和轴向力对非饱和渗透系数的影响,得到水-力耦合作用下非饱和黄土渗透性和轴向位移的演化规律。结果表明:(1)砂质黄土的渗透系数随基质吸力的增大而减小,在不同测试截面处渗透函数曲线出现分层现象;(2)土体的渗透系数随初始干密度和轴向力增大而减小;(3)随轴向力增大,不同初始干密度土柱的稳定渗透系数趋向一致;(4)砂质黄土具有较大的水敏性,在水-力耦合作用下土体结构破坏,导致湿化前后轴向位移差异较大。

耐火材料静态坩埚法抗渣试验的数据处理

分析了采用静态坩埚法测试耐火材料的抗渣性能,重点介绍了抗渣性能的表征参数及侵蚀面积的测量方法及数据处理,与传统的手工测量相比,计算机测量更加简便、准确。

46,XY单纯性腺发育不全合并巨大卵巢无性细胞瘤诊治分析

目的:分析46,XY单纯性腺发育不全合并卵巢无性细胞瘤临床诊疗方法。方法:对我院收治的1例22岁因盆腔包块就诊的患者的临床资料及相关文献进行回顾性分析,对其诊断、治疗进行阐述。结果:该患者表现型为女性,染色体核型为46,XY,染色体微阵列检测结果显示4号染色体4p16.3区域有约1.08 Mb的重复,9号染色体9p24.3p3p24.1区域有约4.49 Mb的缺失,该缺失区域包含9p缺失综合征,该综合征患者主要表现为性反转,部分或全部性腺发育不良。患者左侧性腺恶变,病理结果为无性细胞瘤。结论:对于母亲有胎儿畸形史、染色体异常家族史,血清学异常、B超表现异常的胎儿,可选择染色体检查及基因检测。对于无青春期月经来潮患者,可通过妇科B超、性腺激素、染色体检查的手段排除染色体异常甚至性腺肿瘤。这类患者一经确诊,应尽早切除性腺。

饱和砂土相变和峰值状态的研究

在实验室内运用TSZ-1全自动三轴仪,对重塑饱和砂土进行了一系列不同排水条件下的三轴剪切试验。通过控制土样的初始孔隙比、围压及其排水条件,设计了三轴试验的方案。对试验结果进行了分析,研究了相变点、峰值点与饱和砂土的初始孔隙比、围压之间的线性规律,并建立了相应关系式,为进一步基于相变和峰值建立饱和砂土的本构关系提供基础。

三台阶大拱脚临时仰拱法与微台阶法在砂质黄土隧道中的适用性对比分析

在软弱围岩隧道施工中常采用三台阶大拱脚临时仰拱法和微台阶法。针对蒙华铁路阳城隧道上覆砂质黄土下伏软弱围岩的典型工况,采用MIDAS有限元软件对三台阶大拱脚临时仰拱法和微台阶法的施工过程进行了数值模拟。结果表明:采用大拱脚临时仰拱法施工最大拱顶沉降、最大水平收敛、最大掌子面挤出位移和最大地表累计沉降均小于采用微台阶法施工,三台阶大拱脚临时仰拱法能更好地控制围岩变形,更适合于上覆砂质黄土下伏软弱围岩隧道施工。该工法已在蒙华铁路实际工程中应用,取得了良好效果。

砂质原状黄土强度各向异性试验研究

为研究各向异性条件下原状黄土的变形及强度特性,针对取自北京市郊某施工现场原状黄土试样,在保持土样天然含水率条件下,分别对水平方向和竖直方向原状土样开展了固结不排水和固结排水三轴剪切试验。试验结果表明:试验用原状黄土黏粒含量相对较低,砂粒含量则偏高;其抗剪强度在水平方向和竖直方向表现出明显的各向异性。对于固结不排水试验,竖直方向的内摩擦角和黏聚力均大于水平方向,当增大围压时,水平方向和竖直方向试样的最大偏应力以及破坏应变值都呈上升趋势;对于固结排水试验,竖直方向的内摩擦角大于水平方向,而黏聚力则是水平方向大于竖直方向,当增大围压时,水平方向和竖直方向试样的最大偏应力都呈上升趋势,水平方向试样的破坏应变值呈上升趋势,然而竖直方向的试样则呈现出先下降后上升的变化趋势。