低压转子加热过程的流固多场耦合模拟

针对流固多场数学模型开发了有限元-有限体积耦合计算方法,实现了低压转子加热过程流场-温度场-组织场-应力场的耦合数值模拟。模拟结果表明:炉内气体流速分布不均匀,低压转子上部流速高,下部流速低,在前期升温阶段低压转子上部温度高于下部,上下轴头中心部最大温差约为37℃;转子中截面的热应力最大,为182 MPa,出现于第一次升温结束时刻;中截面表面和心部奥氏体化时间间隔约17 h。研究了不同入口流速对低压转子加热过程温度、组织和热应力的影响。结果表明,气体流动对中低温阶段的加热影响显著,随着入口流速降低,最大温差和最大热应力增大;不同入口流速对高温阶段的加热和组织转变的影响较小。

基于图像数字化技术的裂隙岩石多场耦合分析

引入图像数字化技术来客观地反映裂隙化岩石的非均质性结构分布,并将其转化成物理参数(渗透系数、弹性模量等)的分布图,然后将它和数值方法相结合,应用于裂隙化岩石流固热多场耦合分析中。首先需要获得高清晰度的裂隙岩石数字图像,岩石中不同的结构对应不同的归一化特征值I值(图像像素颜色的特征值),通过I值与材料参数之间的一一对应关系就可以得到岩石中不同结构材料物理参数的真实分布。将物理参数分布输入到我们开发的基于MATLAB和FEMLAB的岩石多场耦合分析程序中,就可以得到真实地反映裂隙岩石的多场耦合作用过程。数值分析结果表明:图像数字化技术与数值方法相结合是可行且有效的,其结果更能反映真实的物理现象。

X80油气管道焊缝双裂纹干涉效应多场耦合数值模拟方法

基于漏磁法检测管道焊缝理论,应用虚拟裂纹闭合法(Virtual crack closure technique,VCCT)提出一种流固磁多场耦合方法。以解决工程问题为例,由于实际管道中裂纹多以裂纹群的形式存在,因而应用该方法研究了X80管道焊缝共线双裂纹、环向对称双裂纹扩展问题。通过对管道焊缝内壁动态施加流体压力载荷,每完成一次裂纹增量扩展,重构网格,计算裂纹扩展进程中的特征量,包括管道内流体压力载荷P、裂纹尖端能量释放率GⅠ、扩展长度L、裂纹尖端张开角度CTOA、磁感应强度分量峰值Bx p,循环进行裂纹扩展和磁场分析。数值算例结果表明:共线双裂纹的干涉效应加速了裂纹扩展进程;环向对称双裂纹间距较大时,加速了裂纹扩展进程,当环向间距小于或等于0.5倍的焊缝环向弧长的双裂纹时,由于双裂纹干涉效应,双裂纹的存在抑制了裂纹的扩展。该方法的实现可为指导实际X80管道安全评估提供理论依据。