极端风险因素影响的深部层状盐岩地下储气库群运营稳定三维流变模型试验研究

盐岩因其非常低的渗透特性与良好的蠕变行为被公认为能源储备最理想的介质。为有效反映不同采气速率、注气速率、运行低压、运行高压、储库失压、储气压差以及储库间距等极端风险因素对盐岩地下储气库群运营安全稳定的影响,采用满足流变相似条件的盐岩储气库介质模型相似材料,对江苏金坛深部层状盐岩地下储气库群的运营稳定进行三维流变地质模型试验。试验结果表明:(1)洞腔径向位移和径向应变随着注、采气速率的增加而逐渐增大;(2)洞腔随储气内压的减小而不断向洞内收敛变形,随储气内压的增大而不断向洞外扩张变形,当储库采气降压到3 MPa或注气升压到22 MPa时,洞腔出现加速蠕变现象;(3)相邻洞腔位移随着储气压差的增加而增大,当储气压差达到9 MPa时,洞腔出现加速蠕变现象;(4)储库群之间存在明显的相互影响,洞腔位移随着储库间距的减小而增大;(5)当盐腔突然失压时,洞周径向位移和径向应变瞬间突然增大。因此,为保证盐岩地下储气库群的安全运营,建议储气库群的最大采气速率应小于0.65 MPa/d,最大注气速率应小于0.75 MPa/d;储气库群的最低运行气压应大于3 MPa,最高运行气压应小于22 MPa;相邻储气库间的最大储气压差应小于9MPa;储气库之间的间距应大于1.5倍储库最大直径。这些研究成果可为盐岩地下储气库群的运营安全控制与管理提供重要的试验依据。

高围压下堆石体流变本构研究及数值模拟

进行了多组历时长达70天的堆石体三轴流变试验，所有试验数据均表现出良好的规律性。在试验基础上提出了一种新的高围压下堆石体流变本构关系，轴向流变和体积流变均可用幂函数表达，最终流变量考虑了应力水平和围压的影响。详细推导了新的本构模型在三维有限元分析中的具体算法和实现步骤。数值计算结果与试验结果对比表明，该本构模型基本反映了高围压下堆石体的流变特性，并且可以直接应用到高面板堆石坝的应力变形分析中。

基于磁流变的可调节柔性辅助支撑装置设计及其磁场分析

提高复杂的弱刚度、难夹持零件的加工精度,一直是制造业普遍关注的问题。本文设计了一种基于磁流变效应为复杂弱刚度零件提供与其形状相适应、可调节的柔性辅助支撑的装置,以获得较高的加工精度。磁感应强度的大小是决定该柔性辅助支撑装置性能的关键因素。因此,本文利用有限元方法,研究了磁流变液容腔壁材料属性、加工工件材料属性、加工工件的厚度、工作间隙大小以及电流大小对装置工作间隙处磁场的影响,对不同参数下产生的磁感应强度进行了仿真及试验验证。基于上述研究结果,对本文磁流变柔性辅助支撑装置的各项影响参数进行设计,磁路仿真结果表明,该装置工作间隙处磁感应强度符合设计要求。

基于MPS方法的堆石混凝土填充流动数值模拟

建立了适合分析和预测堆石混凝土填充密实度的三维移动粒子半隐式法(MPS法),其中将自密实混凝土视为单相均质非牛顿流体,并通过Bingham模型进行描述;使用MPS法对自密实混凝土扩展度试验进行数值模拟计算,并与解析解进行对比,以分析MPS法的计算收敛性和精度,验证该方法的准确性.在验证基础上,通过对L-B形箱试验进行数值模拟,分析了自密实混凝土在堆石孔隙中的流动特点,预测了堆石混凝土的填充状态,并针对屈服强度这一重要影响因素,对堆石混凝土的密实度进行了分析.研究表明:MPS法可以较好地模拟自密实混凝土在堆石体中的流动过程,预测堆石混凝土的密实度,从而为堆石混凝土工程的设计与施工实践提供参考依据.

煤层底板断裂突水时间弱化效应机理的仿真模拟研究——以开滦赵各庄煤矿为例

采用现场地应力实测、室内不同含水量情况下的断裂带物质的单轴、三轴常规和流变力学试验以及弹塑性三维可视化数值仿真模拟(FLAC^(3D))等研究,获得了断裂带物质弱化效应力学参数,阐述了其弱化机理和主要控制因素,提出了煤层底板断裂构造实水时间弱化效应的新概念。对赵各庄矿13水平(—1100m)F_8断层破碎带穿越的首采区安全回采方案做出了预测和评价。

基于MRF柔性辅助支撑的弱刚性零件铣削加工

设计了一套基于磁流变液的柔性辅助支撑装置,用于提高弱刚性零件的加工精度。利用有限元方法通过Comsol软件对装置磁感应强度进行仿真,研究其提供的支撑力大小,运用工程力学知识对加工工件进行力学分析、理论变形量计算以及对加工工件进行有限元加工变形仿真,研究不同加载电流状态下磁流变液辅助支撑装置对加工工件变形情况的影响。最后搭建试验台,在不同铣削参数以及磁流变辅助支撑装置加载不同电流的条件下进行铣削实验并测量加工工件的表面粗糙度以及平面度,研究铣削参数以及磁流变辅助支撑对工件加工表面质量的影响。结果表明,MRF辅助支撑装置可提高弱刚性工件的刚度,抑制加工变形,改善工件加工质量。