Meshing effects of the 3-D FEM numerical modeling in seismo-electromagnetics:An application in selectivity of seismic electric signal (SES)

We investigated how density and quality of mesh around interest domain affect electromagnetic （EM） responses of 3D Earth layered media using finite element method （FEM）. Effect of different mesh shapes was also investigated using a method of mixing structured and unstructured mesh. As a case study, we estimated the effects of meshing on selectivity phenomenon of seismic electric signal （SES）. Our results suggest that the relative errors resulting from mesh effects may not be negligible, which may lead to some unconvincing explanation of the SES selectivity based on the numerical modeling results.

基于二维码导引生物罐体AGV抓手设计

生物罐体AGV是医疗机构在低温冷库无人化存储、转运作业的一款机器人。为了解决机器人运行状态定位精度低、识别能力低、转运周期长和抓手机构繁冗等问题。从控制和结构两方面进行优化设计,设计一款基于激光导航融入二维码导航的AGV抓手。控制方面,通过变化矩阵区域归一,使用HMD校准方法校准。定位方式,根据环境变化由激光导航与二维码导航相互切换。结构上,引入ECRS原则、变密度法,运用SolidWorks三维软件完成模型,使用SolidWorks分析单元,在材料和载荷的限定条件下对抓手核心部件进行有限元分析。试验结果表明:该设计缩短了作业周期,提高了抓手抓取精度,机构得到精简,具有良好的经济价值。

软土基坑邻近地铁施工方案优化分析

基坑施工对邻近的地铁结构会产生扰动影响,文中依托某邻近地铁车站、区间隧道及出入口的基坑工程,建立了整体开挖、两种不同分区开挖的三维有限元模型,分析3个方案下地铁结构的水平位移、竖向位移变化特征。研究结果表明,车站、区间位移以向基坑方向的水平位移为主;分区开挖相对整体开挖对地铁影响小,分区开挖方案中,开挖至二层后先北基坑再南基坑方案为最优方案;地铁位移主要发生在开挖阶段,结构施工阶段位移有所减小;车站和区间接口位置受基坑施工影响明显。研究结论可为同类型地质条件工程提供借鉴与参考。

软土地层超深基坑支护结构变形特性三维分析

某基坑开挖深度达45.45 m,为目前上海最深的矩形基坑,采用1.2 m厚地下连续墙结合9~10道钢筋混凝土支撑支护。针对如此深的矩形软土地层基坑受力和变形性状少有研究。采用有限元软件Plaxis3D建立了基坑三维模型,并采用HS-Small本构模型,对基坑开挖全过程进行了模拟,系统分析了支护结构力学行为。结果表明:连续墙变形形态呈纺锤型,变形呈现出显著的空间效应,计算变形的平均误差仅8%;墙后地表沉降呈凹槽型,基坑长边地表沉降明显大于短边沉降,计算地表沉降形态与实测值大致吻合,但由于没有考虑软土流变等因素计算值明显小于实测值;连续墙最大弯矩位于开挖面附近,计算弯矩分布与通过实测变形反算的弯矩基本一致;计算得到的各道支撑最大轴力与实测值平均误差仅约11%;采用HS-Small本构模型的三维数值分析能够较好地预测软土超深基坑支护结构的力学行为。

耦合网络模型和有限元模型计算巨型水轮发电机定子温度场的比较研究

为了研究用耦合网络模型替代有限元模型来节约计算时间和内存空间,该文在建模原理一致的基础上,针对发电机定子铁心段基本单元分别建立了基于有限元法计算参数的非线性热-流体耦合网络模型和基于热-流体耦合单元的三维非线性有限元温度场模型。采用这两种模型计算了多种工况下、多个典型区域的定子铁心段基本单元温度分布,用统计方法对两者计算结果的偏差作对比分析,表明两种模型的温度计算结果是接近的,且基本上都在实测值范围内,说明两种模型的有效性。而前者的计算时间和内存空间比后者大为减少。为求解具有复杂冷却结构的三峡发电机定子温度场提供了一条可行、有效的途径。

两侧铰接地下连续墙的试验研究及数值分析

地下连续墙用于平面不规则形状基坑支护时,对任意直线段墙体,其受力与变形实际上是三维的,而不是一般经验简化方法假设的二维变形与受力,并应考虑相邻墙体之间的相互作用。采用考虑墙土相互影响的地下连续墙与土共同作用的三维有限元方法,研究了墙端铰接和墙端自由两种边界条件对等刚度及变刚度墙体内力与变形的影响,计算结果表明,建议的理论计算方法与模型试验结果吻合较好。通过与模型试验实测值的对比,指出了以往采用平面有限元进行分析的方法的不足,并重点分析了墙端铰接对墙体横向弯矩的影响,研究结果表明,三维变形产生的横向弯矩是可观的,必须加以考虑。

船舶总振动固有频率实用算法

分别用一维梁有限元方法和三维有限元方法计算3艘实船总振动固有频率,对计算结果进行统计分析,提出对一维梁有限元方法计算结果的修正,利用110000t油船进行验证。用一维梁有限元方法计算时考虑剪切滞后影响系数;用三维有限元方法计算时,是在ANSYS软件中建立全船的三维空间有限元模型,进行模态分析。通过计算证明该方法能有效改进一维梁有限元计算方法,可快速准确地预报船舶总振动固有频率。

连续电性介质线源井-地电位三维有限元数值模拟

为了更好的研究油藏开发过程中剩余油的分布情况以及注水前沿的推进位置,给出了三维空间任意线电流源且电导率连续变化的井-地电位三维有限元数值模拟方法。在模拟过程中,采用异常电位法消除线电流源奇异性的影响,并且将网格节点间的电导率设计为连续变化,使其能够模拟实际中更为复杂的地质情况;考虑到采油井或注水井可能存在垂直、倾斜及水平等任意情况,推导了任意线电流源正常电位的计算公式;采用对称超松弛预条件共轭梯度法解大型线性方程组,解决了井-地电位三维模拟速度慢的问题,并编制了实用、高效的井-地电位三维模拟软件。通过对3例地电模型进行模拟计算,分析了水泥环胶结质量、回流井到观测井的距离以及目标层的深度对井-地电位观测结果的影响。

城市浅埋隧道施工性态的时空效应分析

基于弹 -黏塑性模型 ,使用所研制的三维有限元程序 ,对某浅埋城市隧道工程在开挖过程中地表和围岩变形以及围岩的稳定性的时空效应进行了分析和探讨。通过计算结果与现场量测结果的比较 ,文中的分析结果令人满意 ,为该工程施工提供了依据和指导作用 ,且具有一定的理论意义和实际意义。

超长嵌岩钻孔灌注群桩承载特征与受力机理研究

基于考虑了阶段施工影响的3D有限元分析模型,分析了天兴洲大桥3号主墩的超长钻孔灌注嵌岩群桩的承载特性和受力机理。有限元分析与离心机模型试验荷载沉降曲线的一致性验证了该模型的有效性。在此基础上着重从荷载沉降曲线、桩身轴力分布和桩侧阻力分布等方面研究了加载和卸载条件下超长嵌岩钻孔灌注群桩的承载特性和受力机理。研究结果表明:群桩沉降在加载和卸载阶段均与荷载成近似线性增加关系;桩侧阻力在加载时是从上往下逐渐发挥的且极限摩擦阻力沿深度增加,而在卸载阶段桩侧阻力局部存在残余摩擦而整体上呈现疲劳现象。

带接头盒矩形盾构接头正向抗弯三维有限元分析

大弯矩小轴力的内力工况对大断面矩形盾构管片接头的构造设计提出了挑战。接头盒作为一种接头预埋件,其合理设计以及与混凝土共同受力机理值得研究。在梁-弹簧模型中接头抗弯转动弹簧刚度值具有明显的非线性,目前主要依靠足尺管片接头力学试验获取。鉴于数值模拟容易开展,同时基于某大断面盾构管片接头足尺抗弯力学试验数据,文章采用ABAQUS大型有限元软件建立了带有接头盒矩形盾构管片纵缝接头的三维精细化计算模型。针对这类带有接头盒的大断面盾构管片接头,重点考查在正弯矩工况下接头构造设计的合理性,研究轴力对接头正向抗弯性能的影响,分析接头的破坏形态。结果表明,正弯矩工况下接头的弯矩-转角全过程曲线可以简化为三折线模型;在一定范围内,轴力的施加可有效推迟管片接头进入塑性以及破坏阶段,而对各阶段抗弯刚度的数值影响并不明显。

地面出入式盾构隧道受力变形特性数值分析

地面出入式盾构隧道(GPST)是一种不需要工作井的新型盾构工法,在国内首次应用于南京地铁。盾构机从地面直接出发,隧道所受荷载与一般隧道有很大区别,传统的惯用法是否适用尚存疑问,因此需要进一步研究隧道的受力变形特性。本文以地面出入式盾构施工过程中出现的负覆土—零覆土—浅覆土工况作为研究对象,建立精细化隧道三维模型,分析隧道在不同覆土厚度工况下的受力变形规律,并获得相应的横向刚度折减系数。同时针对土体侧向土压力系数K0进行参数分析,揭示不同地层条件下隧道收敛变形的变化规律。研究表明,横向刚度折减系数随覆土深度增加而增加,而且随着覆土厚度的增加,变形模式由"横鸭蛋"变为"竖鸭蛋"的临界K0系数值逐渐增大。

计及轴向周向热传导的耦合网络模型和有限元模型的比较研究

为了研究用耦合网络模型替代有限元模型来节约计算时间和内存空间,本文针对三峡发电机定子局部铁心段分别建立了计及轴向、周向热传导的非线性热-流体耦合网络模型和基于热-流体耦合单元的三维非线性有限元温度场模型。采用这两种模型计算了多种工况下的温度分布,并用统计方法对两者温度计算结果的偏差作对比分析,结果表明两种模型的计算结果是接近的;且与实测值也比较接近,说明两种模型的有效性。前者的计算时间和内存空间比后者大为减少,且随着模型解算规模的增加并没引起计算结果偏差的增加。该方法为以耦合网络模型代替有限元模型来求解具有复杂的冷却结构的大型发电机全定子温度场提供理论基础。

五极纵轴激电测深三维有限元正演模拟

本文研究了五极纵轴激电测深三维有限元正演模拟方法。首先,从三个点电流源总电位的边值问题出发,导出了异常电位的边值问题,证明了与异常电位的边值问题对应的变分问题。然后,基于三维连续电性介质模型,推导了有限元法求解变分问题的计算过程,编制了五极纵轴激电测深的三维模拟程序。最后,通过模拟水平层状介质模型的五极纵轴激电测深曲线,发现最大相对误差小于0.25%,耗费时间为18 s;从精度和效率的角度验证了算法和程序是正确的,为后续模拟复杂地电模型五极纵轴激电测深曲线、分析曲线异常特征规律以及开展反演工作奠定了基础。

双极永磁球形电动机的电磁模型及磁场分析

分析了双极永磁球形电机的电磁关系 ,将不对称绕组折算为对称绕组 ,建立了电机的电磁模型 :电压方程式、磁链方程式和电磁转矩方程式 .表明在dqp系中该电机内部电磁关系易于解耦 ,容易实现对转子位置的控制 .并用三维有限元方法分析和计算了该电机的磁场 .所得结果表明 ,电机内部磁场基本正弦分布 ,电磁模型建立方法正确 .

TH65100主轴箱结构动力学分析及改进设计研究

以卧式加工中心TH65100主轴箱结构作为研究对象,对其进行了动力学性能分析和结构改进设计研究。通过有限元模态分析及谐响应分析,改进结构及经济性分析,本文指出了主轴箱结构存在材料利用不合理和部分结构薄弱等缺陷。针对主轴箱结构缺陷本文提出了两种结构改进方案,通过有限元分析法对改进结构进行验证,得出一方案改善了主轴箱结构,提高了主轴箱的经济性。

大型地下结构下修建盾构隧道模型试验

采用三维相似模型试验,研究了在南京玄武湖公路隧道下新建地铁盾构隧道时,两重叠隧道间的相互影响.试验结果表明:盾构隧道施工对玄武湖隧道周围土体的扰动十分有限,不会产生因下方土体变形过大导致玄武湖隧道出现“漂移”现象;对玄武湖隧道下方土体进行加固和加设抗拔桩后,结构附加内力和变形值明显减小;地表下沉很小,不会造成路面结构破坏.最后,用有限元计算进行了对比分析,表明盾构隧道施工中,玄武湖隧道和盾构隧道是安全的,不需进行特殊处理.

基于MCM的环型行波超声波电机驱动集成单元的热分析

应用多芯片组件(MCM)技术,对超声波电机驱动单元的集成技术进行了初步探索;建立了MCM的三维有限元的热分析模型,并在空气自然对流情况下,对温度分布和散热状况进行了模拟计算;定量分析了空气强迫对流MCM模型温度分布和散热状况的影响。模拟分析结果为基于MCM的超声波电机驱动单元的设计提供了重要的理论依据,对于提高同类产品本身的整体性能和国际竞争力具有重要的理论意义和实用价值。

盾构隧道近接下穿地下大型结构施工影响研究

建立了盾构掘进三维有限元模型,针对不同的盾构推进力和同步注浆未及时起到支撑作用的施工工况,采用数值模拟和室内相似模型试验方法进行了盾构隧道近接下穿地下大型结构施工的影响研究。研究结果表明,盾构掘进对地下结构周围土体扰动有限,不会产生隧道整体漂移。抗拔桩对地下结构的支撑作用明显,使得地下结构底板的拉应力和压应力交替出现,从而减小了应力量值。新建隧道和既有隧道衬砌结构受力是安全的,不需进行特殊设计。建议在近接地下结构之前10m处,调整盾构机姿态,放慢掘进速度,并将推进力控制在10000kN以内,以确保施工的安全进行。

电法原位加热油页岩采油技术与数值分析

针对目前传统地面干馏油页岩技术中存在的高成本、高污染问题,结合油页岩本身具有的高温热破裂的特性,提出了对油页岩进行电法原位加热开发的技术。在建立数学模型的基础上,采用三维有限元法对油页岩电法原位传导加热开发过程进行了数值模拟,获得了开发过程中温度场随时间的变化规律,并预测了该模型的开发周期。