Numerical Analysis on the Magneto-Elastic Stability of Current-Carrying Conductors: Aiming at Applications for the Tokamak System

A novel method for calculating the magnetic stiffness matrix was proposed for the numerical analysis of the magneto-elastic stability of complicated current-carrying structures aim- ing for application in the magneto-elastic behavior of the tokamak system. A code based on the proposed method was developed and applied to the numerical analysis of two typical current- carrying structures. The good consistency of the numerical and analytical results validated the proposed method and the related numerical code.

不同降雨类型下混合花岗岩路堑边坡稳定性分析

降雨是影响边坡稳定性的重要因素之一,降雨入渗导致边坡的孔隙水压力增大,基质吸力减小,地下水水位抬升以及岩土体抗剪强度降低,皆对边坡稳定性产生不利影响。为研究不同降雨类型(均匀型、间歇型)和不同岩土体渗透系数条件下混合花岗岩路堑边坡渗流特性以及稳定性的变化规律,基于饱和-非饱和理论和强度折减有限元理论,运用Plaxis2D数值模拟软件,分析了10d内不同降雨类型和不同岩土体渗透系数组合条件下标准混合花岗岩路堑边坡的渗流特性以及稳定性的变化特征,并结合云南某混合花岗岩路堑边坡工程实例分析其降雨历时30d的边坡稳定性。结果表明:对于渗透系数较小的岩土体,降雨对边坡稳定性的影响有限;对于渗透系数较大的岩土体,降雨强度越大,边坡稳定性系数越低,且在均匀型降雨工况下边坡稳定性最低;岩土体渗透系数越大,且降雨强度越大,边坡受降雨影响的滞后性表现越不明显;降雨类型对边坡滑移面深度有一定的影响,均匀型强降雨对浅层土体强度的影响较大,易引起浅层滑坡。该研究成果可以为同类混合花岗岩路堑边坡稳定性规律的研究提供参考。

5E61铝合金壁板型材挤压过程的模拟和试验研究

为研究5E61铝合金壁板型材挤压过程变形的规律,本文通过热模拟压缩试验建立了5E61铝合金本构模型,确定了动态再结晶动力学模型中的相关参数。研究结果表明,模具结构和挤压工艺共同决定了热挤压成形过程中金属的变形,其中模具结构对型材挤出速度场的影响最大,挤压工艺影响不明显,模具结构对型材截面的组织影响较小,型材挤出温度场和应变场共同决定型材截面组织的演变;模具温度和挤出速度对料头形状、型材截面温度场及动态再结晶体积分数的影响最大,挤压筒的影响次之,铸锭温度的影响最小。

多年冻土区路基热管合理倾斜角度的数值分析

热管路基是青藏铁路最为广泛使用的主动保护多年冻土的措施之一。针对应用于青藏铁路多年冻土工程中的热管类型，考虑路基土体中水的相变问题，建立热管-土体-大气系统的物理和数学模型，采用Carlekin方法求解，推导出考虑全球气温升高的冻土中热管热流密度随时间的变化规律。采用有限单元数值分析方法，利用青藏铁路清水河的气象和地质资料，在热管倾斜角度分别为0°，10°，20°，30°，15°，60°时，研究热管对多年冻土路基的冷却效果及提高路基整体稳定性的作用。研究表明，热管在坡脚埋设的倾斜角度为25°～30°时，对于路基中心、路肩及坡脚下多年冻土上限的抬升效果最佳，有利于保证路基的长期稳定性。

高海拔大规模铁路隧道群防灾疏散救援工程关键技术探讨

随着铁路路网向西部地区扩展,高海拔铁路隧道数量显著增加。高海拔地区具有低气压、低温和低含氧量的特点,且自然环境条件恶劣,一旦发生火灾等灾害,烟气扩散速度加快,但人员疏散能力降低,严重影响受困人员的生命安全。鉴于此,文章采用现场实测、理论分析、数值模拟等多种研究手段,给出了铁路隧道群划分标准,洞口间距小于250 m定义为毗邻铁路隧道群,洞口间距大于250 m小于400 m定义为连续铁路隧道群;探明了高海拔地区人员疏散能力下降规律,海拔每升高1000 m,人员疏散能力相较平原地区约下降11.28%;得到了考虑坡度和海拔高度的人员疏散能力综合折减系数;综合考虑海拔高度、坡度等因素,给出了紧急救援站上下坡方向隔离区长度分别应不小于700 m和200 m的建议;依据烟气扩散规律和人员疏散能力等参数,给出了洞内外紧急救援站、紧急出口和避难所等防灾救援土建结构的设计建议,提出了适用于高海拔铁路隧道的救援模式。

Y型合流分岔隧道临界风速计算模型

临界风速是Y型合流分岔隧道能否有效抑制烟气侵入分岔支路的重要参数。为确定Y型合流分岔隧道临界风速计算公式,对影响Y型合流分岔隧道临界风速的相关因素进行量纲分析,推导出临界风速与火源热释放率、主分隧道高度比、连拱长度及隧道分岔夹角这4个因素的无量纲函数关系式。通过数值模拟得到临界风速最大的火源位置,并对上述4个影响因素进行了量化分析。结果表明:火源距分岔段隧道洞口15～25 m时临界风速最大;当无量纲火源热释放速率小于0. 3时,隧道临界风速与火源热释放率呈现1/3次方关系,当无量纲火源热释放速率大于0. 3时,隧道临界风速不再随火源热释放速率增加而增加;临界风速与分岔隧道高度比近似成-3/10次方关系,与分岔夹角成-3/40次方关系,而与连拱长度无关。进而得到分岔隧道临界风速的无量纲计算模型,且与数值模拟结果吻合良好。

整体叶轮五轴侧铣刀位优化新算法与误差分析

为提高整体叶轮数控侧铣加工的精度和效率,分析了锥形球头铣刀包络面与刀轴轨迹面之间的关系,提出了一种不可展直纹曲面五轴数控侧铣刀位优化的新算法。该算法首先利用两点偏置法确定圆柱刀初始刀位,然后通过刀轴旋转半锥角得到锥刀初始刀位,最后以刀具包络面与设计曲面间的极差最小为优化目标,采用刀轴上三点优化初始刀位。针对锥刀侧铣加工编程误差计算复杂问题,建立了一种编程误差计算新方法,并成功应用于整体叶轮的锥刀编程误差计算。通过数控加工仿真实例、实际加工试验和编程误差综合对比分析证明,所建立的刀位计算优化新算法正确有效,可显著减小编程误差。

考虑水管冷却的大体积混凝土承台温度控制研究

采用理论上较为完善的冷却水管对流换热系数计算模型考虑水管冷却作用,运用有限元程序对某一高墩连续刚构桥的大体积混凝土承台水化热温度场进行数值分析。将现场温度实测数据和仿真计算结果比较,两者吻合较好。研究承台内部温度梯度沿承台厚度方向和水平方向的时变规律,并对有无冷却水管作用的承台水化热温度场进行对比分析。研究结果表明:承台外表面是开裂的危险区域,施工中应做好保温保湿养护工作,严格控制承台内外温差在25℃以内;冷却水管降温效果显著,是大体积混凝土承台温控防裂的有效措施。拆模后经现场检查发现,承台表面未出现有害温度裂缝,温控效果良好。

压力容器环焊缝局部短错边装配应力数值分析

针对1台乙二醇不锈钢蒸发器封头与筒体之间存在的局部错边,现场采用强制组对焊接完成制造,由此产生了装配应力。经检测分析表明,此应力是诱发焊缝区域产生晶间应力腐蚀开裂失效的原因之一。运用有限元方法,通过建立3-D壳单元模型对局部错边强制组装后产生的装配应力进行模拟分析,分别对相同错边长度不同错边量、相同错边量不同错边长度等多种情况进行分类分析讨论。其分析结果表明,经过强制组装后的环焊缝在最大错边处的邻近区域存在较大装配应力且分布具有明显的局部性。错边角度越小、错边量越大,其装配后的峰值应力越高。错边角度较小时,采用3-D模型更能准确地描述应力分布。

自循环机匣处理对离心压气机气动性能影响分析

对比分析了带实壁机匣与带处理机匣的压气机模型在多工况下的气动性能,结果表明,在不同转速下,处理机匣结构都具有不同程度的扩稳作用,但同时也造成绝热效率有所降低,而且峰值效率损失随着转速增大而加剧;处理机匣前后槽口与叶顶通道形成的回流运动可有效地削弱激波与间隙泄漏流的强度以及二者的相互作用,有利于改善叶轮通道的气体流通性。

注塑模保压过程的数值分析

基于对注塑成型保压过程的机理研究,本文利用黏性、可压缩非牛顿流体基本方程,得到了注塑模保压过程分析的控制方程,采用数值方法实现了对保压过程的数值模拟,并通过实例说明如何利用数值模拟为优化注塑模成型加工提供科学的理论根据．

考虑转速及碰摩的带冠涡轮叶片动力特性研究

研究了考虑旋转及碰摩复合作用的带冠叶片振动特性。建立了模拟带冠涡轮叶片循环对称结构的梁-质量-弹簧模型;采用欧拉-贝努利梁理论,将系统放入转速引起的离心力场中,研究旋转状态下带冠叶片的动力特性;推导出了考虑离心力、气流激振力及碰摩复合作用的系统动力学方程;基于推导出的方程,研究了叶冠接触角、气流激振力、摩擦因数、刚度比和间隙等参数对系统稳态响应的影响规律。此外,还对系统的非线性特性进行了一定的研究。文中的分析方法及数值结果对于叶冠设计及振动控制有一定的参考价值。

嫦娥二号再拓展试验测定轨精度研究

基于＂嫦娥二号＂卫星再拓展试验的设计轨道,研究各种摄动力对轨道确定精度的影响,得出的结论是：若要达到km量级的轨道确定精度,必须考虑除天王星和海王星之外所有大行星以及日月的质点引力。文章进一步利用数值分析法研究再拓展任务的轨道确定精度,分析结果表明：基于目前的测控条件,使用30 d以上的测轨弧段可以得到稳定可靠的轨道解,而短弧（小于20 d）稳定轨道的获取需要VLBI（甚长基线干涉）测轨数据支持;当＂嫦娥二号＂距离地球700万km时,测控精度可优于30 km;虽然每天测轨弧段的增加可以改善轨道精度,但是当增加到8 h以上时,定轨精度将不再有明显改善。

增程式电动汽车用二冲程LPG直喷发动机混合气形成过程的数值解析

利用LPG携带和存储方便、易于蒸发汽化的燃料特性,选定二冲程LPG直喷发动机作为轻型电动汽车在增程模式下发电机组的动力源。在验证计算方法的可行性后,使用Fire V2011软件,优化不同工况时燃料的喷射开始时刻,并进一步数值解析在选定的不同LPG喷射开始时刻、不同转角时的缸内混合气速度场和浓度场。结果表明:无论是启动、暖机工况(2 000 r/min),还是发电机组工况(4 800、6 000 r/min),在排气口关闭(73℃A ABDC)时,新鲜混合气被锁定在气缸内,并且在相应的火花塞点火时刻,缸内都会形成较理想的均质理论混合气。

基于数字技术的数控落地镗床优化设计研究

在分析数控落地镗床结构、运动的基础上,重点研究了数控落地镗床的数字建模、数值分析、数字控制等关键技术,为数控落地镗床的研制提供技术支持。通过三维数字建模,数字装配,干涉检查,消除在加工装配前不必要的隐患。数值模拟分析为机床优化设计,降低成本,缩短设计制造周期提供保证。该研究技术成功应用于某型号数控落地镗床的研制中,设备正常运行两年,取得良好的效益,同时对其他设备的设计提供一定参考。

等压力梯度曲面压缩系统性能参数化分析

根据激波和膨胀波理论,设计了等压力梯度曲面压缩系统并进行试验验证。数值分析了来流条件和曲面设计参数对等压力梯度曲面压缩系统性能的影响。通过研究发现:初始压缩角对等压力梯度曲面压缩系统的性能影响较大。给出了等压力梯度曲面及其弯曲激波型线预估公式,并由试验验证了激波型线的最大相对误差为4.8%。

CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道路基的力学特性分析

我国无砟轨道铁路主要铺设有双块式无砟轨道、板式无砟轨道等。文章基于ABAQUS有限元软件,仿真分析不同轴重作用下CRTS I型双块式无砟轨道路基各部位的受力特性,研究列车轴重对无砟轨道的影响。研究表明轮载力作用下双块式无砟轨道的影响范围主要为5根轨枕。ZK标准荷载作用下,基床表层表面、基床表层底面、基床底层底面的压应力最大值分别为19.1kPa、18.1kPa、7.51kPa,竖向位移最大值分别为0.3mm、0.27mm、0.115mm。

高强箍筋约束混凝土桥墩的抗震耗能分析

利用有限元软件ABAQUS对8根分别配置PC钢棒或HRB500级钢筋作箍筋的高强混凝土桥墩进行了低周反复水平荷载下的抗震性能仿真分析,研究其滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、累积滞回耗能、能量延性系数等的变化规律.进一步探讨轴压比、配箍种类、箍筋间距、混凝土强度等对桥墩抗震性能的影响,结果表明:模拟结果与文献试验结果吻合良好,验证了有限元模拟的正确性;PC钢棒或HRB500级钢筋作高强箍筋约束高强混凝土在低周反复水平荷载作用下的滞回曲线均较饱满,滞回环包络面积大,延性和耗能能力好,且相比之下PC钢棒的抗震性能更为优越.

百丈隧道穿越流塑状富水破碎带施工措施及其安全性评价

百丈隧道左洞ZK152+433~ZK152+463段穿越流塑状富水破碎带施工时反复出现变形侵限、塌方等情况,给工程施工带来前所未有的挑战。文章详细阐述了施工过程中采取的各种处治措施,总结了不同处治方案和效果,并采用数值分析方法对隧道结构安全性进行了分析。结果表明:(1)对于流塑状富水破碎带,加密超前支护是防止开挖时围岩出现较大变形或者坍塌的最有效措施。百丈隧道流塑状富水破碎带最终采用了每榀钢架(钢架间距50 cm)都打设一环3.5 m长?51自进式锚杆的超前支护方式,即每个断面都有7层超前支护,最终有效控制了开挖后围岩变形,避免衬砌侵限与塌方;(2)对于流塑状富水破碎带,加固围岩尤其是边墙与基底处围岩非常重要,可有效减少开挖过程中衬砌的整体式下沉。采用抛石挤淤+注浆的方式进行边墙与基底围岩加固,其效果比采用单纯注浆方式好得多;(3)对于外部荷载较明确的隧道,采用计算分析结合工程经验的方式确定衬砌支护参数,既能保证隧道结构安全,又使其经济合理;(4)在双车道隧道施工中,采用三台阶法施工,应尽量缩短台阶长度,使初期支护及时封闭成环,从而可以较好地控制围岩变形。

以水下生产设施为中心的渔船安全作业范围

由于水下生产设施位于水下,如果附近有渔业活动,渔具系统可能会与水下生产设施发生碰撞,导致水下生产设施保护架被船拖坏并引起管道、脐带缆等损伤。主要针对东海海域采用理论和数值分析方法建立了在一定航速、缆索长度、网具类型等控制参数下的渔具系统运动轨迹的数值模型,并与相关文献的数值结果进行了对比,验证了本文数值模型和计算方法的正确性,最终根据我国东海海域实际水深及渔业情况,界定出该海域以水下生产设施为中心的渔船安全作业半径不得小于350 m。