基于流固耦合理论的煤矿立井井壁突水机理分析

将煤矿立井混凝土井壁视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用统一强度理论和弹塑性损伤力学模型,推导出立井混凝土井壁弹性区和塑性损伤区应力的解析表达式,以及井壁承受的地下水压与塑性损伤区半径之间关系的解析表达式。同时绘制了不同的φ(混凝土孔隙率)和λ/E(混凝土损伤后的降模量与弹性模量之比)值与井壁承受水压p0和塑性损伤区半径c之间的关系曲线。研究结果表明:在井壁几何尺寸和混凝土强度等级不变情况下,不考虑地下水渗流对井壁的影响时(φ=0),井壁能够承受的临界水压p0c为31.9 MPa;当φ取0.4时,p0c为15.1 MPa,井壁能够承受的临界水压下降了52.7%。当λ/E取0.5时,p0c为30.5 MPa;当λ/E取2.5时,p0c为18.6 MPa,井壁能够承受的临界水压下降了39.0%。由此可见,在考虑地下水渗流对井壁影响的情况下,地下水渗流效应和混凝土损伤软化对井壁能够承受的临界水压p0c影响十分显著,井壁能够承受的临界水压随着混凝土孔隙率φ和混凝土损伤后的降模量与弹性模量之比λ/E的增加而减小。

基于有限变形理论的二维热弹塑性有限元模拟技术的研究

采用有限变形理论，基于ＡＮＳＹＳ软件二次开发了二维有限变形热弹塑性有限元模拟系统，该系统可对轴对称和平面应变条件下的金属热成形过程坯料与模具的温度场（考虎热传导、辐射、对流和塑性功转化为热）、应力场、应变场（包括弹性与塑性应变、热应变）、金属的成形过程以及模具的受力及失效原因等进行详细的热力耦合模拟分析与优化设计。通过与圆柱体镦粗和温反挤的试验结果比较，验证了该系统的可靠性，为保证成形件质量、选择成形设备、制定合理的成形工艺、改善模具受力和提高模具寿命提供可靠依据。

基于刚(粘)塑性流动理论的自然单元法研究

将自然单元法与刚(粘)塑性流动理论相结合,对自然单元法在金属塑性成形过程数值模拟中的应用进行了研究。采用基于Voronoi图和Delaunay三角化结构的Non-Sibsonian插值方法构造近似速度场向量,实现无网格方法中速度边界条件的直接精确施加,提出了基于刚(粘)塑性流动理论的无网格自然单元法。运用不完全广义变分原理,采用罚函数法实现体积不变条件,推导出基于刚(粘)塑性流动理论的无网格自然单元法的离散控制方程,并给出了基于刚(粘)塑性流动理论的自然单元法及其关键算法,拓展了自然单元法的应用范围。典型算例的数值计算结果表明了该方法的可行性和有效性。

基于刚塑性流动理论的无网格伽辽金方法

为了对金属体积成形过程进行数值模拟,给出基于刚塑性流动理论的无网格伽辽金方法。由于移动最小二乘近似的非插值特征给无网格伽辽金方法的应用带来了一定的困难,将再生核质点法中的完全变换法与无网格伽辽金方法相结合,通过对速度场的移动最小二乘近似进行修正,实现速度边界条件的精确施加;采用罚函数法引入体积不可压缩条件,运用刚塑性材料的不完全广义变分原理,给出基于刚塑性流动理论的无网格伽辽金方法的离散控制方程以及收敛判据和收敛控制方法。数值计算结果表明方法的可行性及有效性。

基于三参数强度准则的煤矿立井井壁流固耦合理论分析

将煤矿立井混凝土井壁视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用三参数强度准则和弹塑性力学理论,推导出了立井混凝土井壁弹性区和塑性区应力的解析表达式,以及井壁承受的地下水压力P0与塑性区半径rp之间的解析表达式。计算结果表明:当不考虑渗流作用时,井壁的极限承载力最大,井壁的环向压应力σθ是混凝土立方体单轴抗压强度的2.7倍左右;考虑渗流作用时,井壁所能承受的极限水压力Pc随混凝土孔隙率β增加而逐渐减小,当β=0.2时,井壁的环向压应力σθ是混凝土单轴抗压强度的2.4倍左右,故渗流作用对井壁应力分布影响很大;随着地下水压力的增大,处于弹性区的井壁混凝土径向压应力σr和环向压应力σθ逐渐增加,而当地下水压力增加,达到塑性半径所对应的极限荷载后,该位置的井壁混凝土径向和环向应力则保持不变。该成果为立井井壁结构设计提供了一定的理论参考。

从流体力学的角度研究金属塑性成形

现有的金属塑性力学理论在许多方面与实际存在着差异。本文阐述了流体与金属塑性成形的某些共性 ,并从流体力学的角度研究了金属塑性成形的可能性 ;根据流体运动学分析了圆柱体被镦粗时金属的动态流动情况并解释了实际生产中大型饼形件呈现内裂层缺陷的运动学原因 ;对塑性成形原理中传统相似理论之不足进行了分析 ,导出小试件对大锻件无直接模拟的可能性的结论。本文对研究应用金属塑性成形理论有一定的意义。