基于热-结构耦合等离子喷涂热障涂层循环应力分布

针对等离子喷涂热障涂层在升温-恒温-降温过程中涂层应力沿层深分布情况及相关力学性能的影响,首先,将氧化层简化为正弦波形式,采用热-结构耦合瞬态计算周期边界条件,考虑了涂层系统上下表面与环境对流传热、涂层系统各层间热传导以及各层材料热机属性随温度变化等非线性关系,建立了热障涂层分析模型;然后,分析比较了涂层蠕变对残余应力的影响,以及随着氧化层厚度的变化,应力的再分布情况;最后,对循环过程与单独降温过程结果进行了比对。研究结果表明,由于恒温阶段蠕变的影响,应力大幅减小;应力增长主要集中在降温过程中,其中最大应力出现在氧化层与粘结层界面波峰处;随着氧化层厚度的增加,氧化层/粘结层内部拉应力显著增加,膜基结合力大幅下降,对涂层的稳定性产生影响。

泥页岩多场耦合流变模型

在泥页岩井壁稳定性分析中,考虑岩石的流变特性和初始微缺陷造成的损伤及其耦合发生过程中的演化扩展,以经典半透膜渗透理论和多孔介质有效应力原理为基础,建立了泥页岩岩石应力场、化学场与渗流场耦合作用下的流变分析模型,给出了泥页岩在力学与化学耦合下蠕变损伤的有限元分析格式,分析了其对应力场、孔隙压力、渗透率的影响。结果表明:井壁围岩蠕变损伤导致其变形具有明显的时效性和非线性特性,应力最大值不在井壁上,而是在近井壁地带,在井眼附近会形成应力集中,造成井眼破坏,导致井壁失稳;围岩孔隙压力随时间、距离的增长而增大后趋于平衡;岩石蠕变损伤发展引起渗透率先减小后增大,其演化率与岩石的裂缝扩展一致。

土体固结蠕变模型的有限元分析及工程应用

根据土体的Biot固结有限元方程和修正的Burgers蠕变方程,推导土体非线性弹性黏性固结蠕变有限元方程。利用有限元方程对某软黏土地基固结和蠕变耦合问题进行了分析。该软黏土地基竖向和水平向位移随时间的变化规律是:软黏土地基竖向和水平向位移在加载阶段增加较多,在加载结束后很长一段时间内,还有一定的发展,但增加比较平缓,至后期基本上趋于稳定。反映软黏土蠕变作用的影响较明显。随着深度的增加,软黏土地基超静孔隙水压力消散得越来越慢;随着时间的增加,超静孔隙水压力呈下降的趋势,等加载完毕后,超静孔隙水压力慢慢消散,最后基本消散为零。但加载期间超静孔隙水压力消散得慢,加载间歇时间段内超静孔隙水压力消散得快。工程例子表明,土体固结蠕变有限元方程可以用于软黏土地基变形分析,其变形计算结果符合实测情况。

在裂隙岩体中开挖隧道的双场耦合蠕变分析

运用黏弹性断裂、蠕变理论,对裂隙围岩在开挖时的蠕变现象进行分析,建立了隧道开挖的双场耦合蠕变模型。运用Laplace转换,推导出围岩的径向位移函数表达式,分析了应力卸荷、渗流力的作用以及节理裂隙分布对径向位移的影响。同时,利用FLAC中的FISH语言编写了FISH函数,将计算隧道模型的数值及解析结果与实测数据进行了比较。计算结果表明,径向最大位移变化量并不在主应力最大方向,也不在隧道顶端,而是受地应力分布、渗透水压和节理分布综合作用形成偏压位移,其结果可为隧道支护提供借鉴。

裂隙岩体中径向位移的双场耦合蠕变分析

在富含裂隙的岩体中,隧道开挖引起应力场和渗透场的变化而产生卸荷变形是非常复杂的力学过程。运用粘弹性断裂、蠕变理论,建立在裂隙岩体中隧道开挖的双场耦合蠕变模型,结合Laplace转换推导出围岩的径向位移函数表达式,说明应力卸荷、渗流力的作用以及节理裂隙分布对径向位移的影响。模型计算结果表明,径向最大位移变化量并不在主应力最大方向,也不在隧道顶端,而是受地应力分布、渗透水压和节理分布等综合作用有所偏移。

能流分布对超临界CO2腔式太阳能吸热器热-力特性的影响

应用ANSYS建立以超临界CO2为循环工质的螺旋管腔式太阳能吸热器的热-力耦合模型,得到不同能流分布形式下的温度场和应力场。依据Mendelson-Roberts-Manson方法,研究不同能流分布对吸热管预期使用寿命的影响。研究表明,能流分布形式对吸热器温度和应力分布及其使用寿命影响显著。在保持系统吸收总能量不变的情况下,吸热器表面局部能流越大,其局部温度越高,局部蠕变损伤加剧,影响系统使用寿命;局部能流梯度越大,其热应力越大,加剧局部蠕变破坏,影响其使用寿命。

特种控制阀高温蠕变强度分析

利用ABAQUS仿真软件对阀体结构在高温条件下的热力分布及蠕变行为进行考核,根据软件提供的二次开发接口,计算阀体结构的应力多轴度,并利用连续力学损伤评估方法对阀体蠕变损伤进行评估,推进了我国实现高参数特种控制阀的研究水平和国产化进程。

Multi-Physics Analyses of Selected Civil Engineering Concrete Structures

This paper summarizes suitable material models for creep and damage of concrete which are coupled with heat and moisture transfer.The fully coupled approach or the staggered coupling is assumed.Governing equations are spatially discretized by the finite element method and the temporal discretization is done by the generalized trapezoidal method.Systems of non-linear algebraic equations are solved by the Newton method.Development of an efficient and extensible computer code based on the C++programming language is described.Finally,successful analyses of two real engineering problems are described.