基于HJC模型高温后大理岩SHPB实验数值模拟研究

为对高温后大理岩动态压缩实验结果进行验证并探索数值模拟方法,采用“参考-计算-试算-调整”的方法基于HJC本构模型对不同温度等级高温处理后大理岩材料模型参数进行确定,利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件对高温处理后大理岩SHPB实验进行数值模拟,并将数值模拟结果与室内实验结果进行对比分析。结果表明,数值模拟结果与室内实验结果具有一致性;大理岩试件破坏呈现裂隙由边缘向中心发展的趋势,表现为先以劈裂拉伸破坏产生裂隙进而进一步完全破坏,这种现象在实验过程中往往因观察区间较短容易被忽视;HJC本构模型可以有效地表征大理岩试件各项物理力学性质;通过对部分模型参数修改可以有效地对不同等级高温处理后大理岩试件物理力学参数描述;温度的损伤效应对于大理岩试件动态冲击破坏形态的影响体现在破碎后细粒量,随着处理温度的升高,大理岩破碎后细粒也不断增多。

水泥砂浆单轴应力SHPB实验数值模拟分析

水泥砂浆是重要的工程应用材料,其动态性能研究相对较少.基于ANSYS,提出一种用于模拟水泥砂浆一维动态力学行为的数值分析方法,实验与数值模拟结果吻合较好,验证该方法的可行性,且使用方便.

基于修正剑桥模型三轴剪切实验数值模拟

为了进一步拓展三轴剪切实验课教学内容,丰富实验教学方法,基于修正剑桥模型,构建三轴固结不排水实验数值模型,采用应力场与渗流场耦合模拟分析CU实验过程;分析CU实验应力路径、塑性体积应变、孔隙水压力的变化规律,推导出破坏时孔压系数公式,以及罗斯柯线归一化方程式。数值模拟实验允许实验参数或土性参数的改变,可以设计更全面的实验工况,得到更丰富的实验数据,再进行实验结果分析,得出的结论更准确。实验教学过程中引入数值模拟实验,可让学生不仅学会实验原理相关理论知识,还能将理论知识应用于实验过程,激发学生的学习兴趣,引导学生从被动学习实验理论知识向主动设计实验方向转变。

超深碳酸盐岩储层岩石三轴压缩实验与数值模拟研究

为了研究超深碳酸盐岩储层的岩石力学特性,文中以取自埋深约8350 m的顺北油气田奥陶系储层碳酸盐岩真实岩样为研究对象,按热处理与无热处理,在110 MPa围压范围内进行三轴压缩实验,从而得到高围压下的岩石力学特性。实验结果表明:高围压下,岩石表现强烈的塑性流动,加热处理会使得岩石强度降低,但随着围压等级的升高,不同温度下的岩石峰值应力又趋于一致。基于Drucker-Prager屈服准则,发展了塑性硬化参数与等效塑性应变之间的关系,对2种温度下的岩石三轴压缩实验进行数值模拟,结果很好地再现了三轴压缩应力-应变曲线。作为拓展应用,采用所建立的弹塑性本构对单条裂缝压裂过程进行模拟,发现在本岩样所在的储层条件下,压裂过程中的裂缝扩展不受岩石塑性的影响,这一点与裂缝闭合过程完全不同,这为目标储层压裂改造提供了有意义的借鉴。

填料水泥导热性能实验及对U型地热井取热影响的数值模拟研究

地层与井筒之间的导热性能是以热传导为主的U型地热井技术取得成功应用的关键因素之一。针对U型地热井如何提升固井水泥的导热性能问题,采用室内实验和数值模拟方法研究了导热填料对固井水泥导热性能和取热效果的影响。研究结果表明,石墨相比于实验所用其他填料而言具有更好的提升固井水泥导热性能的潜力;随着石墨掺入比例的增加,固井水泥的导热系数近似线性增加,而抗压强度近似线性下降;高掺入比例的石墨固井水泥能显著提高工作介质在U型井水平段入口处的温度,但由于U型井换热主要发生在较长的水平段上,从长期运行来看过高的掺入比例并不能显著提高取热效果,建议固井材料中石墨掺入比例控制在10%左右。研究结果对U型地热井固井水泥导热填料类型筛选和掺入参数确定具有重要意义。

汽车在环境风洞内流场的数值模拟与实验研究

为研究汽车在环境风洞内的流场特性,建立了环境风洞和整车数值模型,考虑了风洞喷口和收缩段的阻塞效应、边界层抽吸以及实验设施等对汽车流场的干扰效应,对环境风洞内汽车前方、车身和车轮周围、冷却模块以及机舱内的流场进行了数值模拟。对车身表面的静压以及车身周围和车底部的风速等进行测试,通过数值模拟结果与实验结果的对比,表明数值风洞能准确预测汽车在环境风洞内的流场特性。研究结果显示:汽车前端气流的速度分布沿着气流方向发生显著变化,越接近前端冷却模块时风速的均匀性变得越差;汽车底部气流受地面、车底和轮胎旋转等的共同影响呈现规律性的变化,车底风速沿车身纵向先增大后减小。本方法对研究汽车在环境风洞内的热气动性能以及开发数值风洞提供了新的思路和参考。

大管径Y型过滤器流动阻力特性数值模拟及实验研究

大管径Y型过滤器是区域供冷和供热领域常用的过滤装置,设计师在选型时往往仅关注滤网目数,而忽略对过滤器阻力损失的关注.为了探究大管径Y型过滤器阻力损失的影响因素,首先,采用数值仿真计算的方法,分别建立不同特征尺寸的三维Y型过滤器模型,并利用深圳市前海区域供冷系统中的过滤器实验平台验证模拟的准确性;其次,研究了不同特征尺寸对于改善大管径Y型过滤器阻力损失的影响情况,并针对特征尺寸进行灰关联度排序,结果表明,影响程度由大到小依次为:腔体出口尺寸>滤网透过率>腔体入口尺寸>腔体与管道轴线夹角>腔体中心筒径>腔体长度;最后,根据灰关联度排序,通过将过滤腔体筒径扩大至管道直径的1.25倍,将过滤腔体的长度延长至管道直径的1.20倍,将腔体出口尺寸扩大至管道直径的1.125倍,将腔体与管道轴线夹角扩大至55°,滤网透过率提高至43.83%,新设计了流动阻力特性更优的大管径Y型过滤器,CFD计算结果显示,新设计的过滤器与原过滤器相比,阻力损失下降了73.23%,可大幅降低流体输配能耗.针对CFD优化设计方法,利用尺寸相近的Y型过滤器开展了阻力特性对比实验验证.本研究为大管径Y型过滤器的优化设计及技术改造提供了理论依据.

海洋采油平台天然气泄漏扩散实验与数值模拟分析

基于中国石化胜利油田典型海洋平台,搭建缩比为1∶22的实验平台,选取储罐、天然气处理系统及三相分离器等设备作为气体泄漏源,开展基于Froude数相似理论的甲烷泄漏扩散规律测试实验,同时,采用泄漏及爆炸分析软件FLACS建模,进行典型泄漏工况的数值模拟。通过气体泄漏实验和数值模拟结果对比,两组数据的总平均误差为8.70%,验证数值模型具有较好的预测精度;结合数值模型和实验数据,进一步分析了海洋平台甲烷泄漏的扩散规律,为海洋平台油气泄漏安全风险防控提供了理论和数据支撑。

某PCR实验室气流组织及压力梯度数值模拟研究

为了保证PCR实验室环境能达到相应的设计标准,需要PCR实验室各区域之间、各区域与外界之间保持一定的压力梯度分布。本文通过COMSOL软件建模,对某PCR实验室在夏季工况和冬季工况下的气流组织和压力梯度分布进行了数值模拟,得出了不同高度、不同切面处的速度场和温度场结果,并将压力梯度分布结果与设计压差对比进行了详细分析。PCR实验室各房间之间形成了较理想的压力梯度分布,并提出了一些改善措施。

基于数值模拟的实验室气流组织及污染物扩散研究

高精度恒温、恒湿实验室对室内环境的要求较高,否则将会导致高精度试验的结果准确度和可信度降低。因此,采用数值模拟的方法,对上海某恒温、恒湿微纳平台空调系统的温湿度、气流速度、压力分布及污染物扩散进行仿真预测。结果表明:设备散热对室内热环境影响较小,但应保证设备与墙壁、设备与设备之间有足够的距离,防止局部过热;架空地板下的回风能使人员产生的污染物迅速地被排至室外。该数值模拟可为实验室的深化设计提供借鉴。

自感“千人震”实验的理论分析与数值模拟

对中学物理“自感现象”教学中经常被教师引入课堂的“千人震”自感小实验进行理论分析和数值模拟。详细分析了实验中开关闭合和开关断开过程中的电流和电压变化,并且结合相关实验参数对闭合开关瞬间和断开开关瞬间电流和电流变化率随时间演化的数值模拟,深入解释实验产生“千人震”现象的原因。

不同形状子弹在SHPB装置上的波形数值模拟研究

为探究不同形状子弹对加载的影响,使用LS-DYNA对14种不同形状、尺寸的子弹在SHPB装置入射杆上产生的加载波进行数值仿真,在冲击速度恒定为5 m/s的情况下,子弹对相同尺寸(50 mm)入射杆进行冲击,重点分析子弹产生加载波的波形。结果表明,对于等截面子弹,子弹截面尺寸不变时,随着子弹长度的增加,加载波的平台段随之变长;子弹长度不变时,随着子弹截面尺寸的增加,峰值应力也随之增加;但无论是子弹长度还是子弹的截面尺寸对上升至峰值应力所需时间几乎没有影响;对于变截面子弹,截面尺寸不变时,随着子弹尾部长度的增加,加载波的波形更接近半正弦波,峰值应力增大,加载波上升时间基本一致;当子弹尾部长度相同时,随着子弹头直径的减小,峰值应力变大,加载波上升时间基本一致。

半球摄像机LED灯散热结构数值模拟及实验研究

为提高半球摄像机LED灯的散热性能,提出了一种基于半球摄像机补光灯板背部安装散热板的散热装置。采用数值模拟和实验研究相结合的方法综合分析该散热方案的传热性能。结果表明:LED灯板在结合散热翅片后,散热效果明显,LED结温度降低26℃以上。安装散热翅片具有能够提高半球摄像机补光灯板的散热效果,且结构紧凑,价格低廉。在有限空间的条件下也能有较好的散热效果,对半球摄像机补光灯板的设计起到理论指导作用。

基于科教融合的地震波数值模拟综合实验设计

将地震数值模拟科学研究转化为地球物理学综合实验,对比研究低速层和水层地质模型情况下地震响应特征的差异。通过“引导—启发—设计—指导”逐层递进式实验教学方法,引导学生大胆提出科学问题,鼓励学生自主设计模型加以对比,并得出结论。教学实践表明,在验证性实验的基础上,开设“科教融合”综合实验,有助于培养学生的科学创新思维,有利于提高学生的自主学习能力和分析解决问题能力,为后续开展毕业设计和科研工作奠定良好基础。

不同损伤模型下超高性能混凝土SHPB试验数值模拟对比

目的探讨不同损伤模型下超高性能混凝土SHPB试验数值模拟效果的差异性。方法应用大型有限元程序LS-DYNA,结合UHPC材料特性,明确了KCC、HJC和CSC模型中关键参数的取值,建立了超高性能混凝土SHPB试验数值仿真模型。在此基础上,开展不同损伤模型下UHPC试件波形、动态应力-应变曲线、弹性模量和动力增大系数(DIF)值模拟结果与实测结果的对比,探讨不同损伤模型下超高性能混凝土SHPB试验动态破坏进程。结果CSC模型在低速冲击下能更好地模拟UHPC材料的实测波形和动态应力-应变曲线,而在中高应变率下KCC模型和HJC模型得到的计算波形以及动态应力-应变曲线与实测值吻合度更好;低应变率下三种损伤模型得到的DIF值相差不大,但随着应变率提高,CSC模型在一定程度上将低估UHPC材料的动力特性;UHPC试件破碎程度随应变率的增加而增大,相对于CSC模型在冲击破坏时表现出的核心存留现象,KCC模型和HJC模型分别表现出明显的整体塌陷和边缘塌陷现象。结论对于UHPC材料,CSC模型适用于低速冲击下SHPC试验数值模拟,而KCC模型和HJC模型适用于中高应变率下数值模拟。

甲烷爆炸实验教学的数值模拟设计与实践

该文基于CFD代码GASFLOW-MPI建立了20 L球型爆炸罐的数值模型,以一步甲烷燃烧反应化学模型为基础,考虑换热对爆炸的影响,研究了6%~15%不同浓度下甲烷爆炸的压力特性曲线及温度场变化,定量分析了热损失对甲烷爆炸特征参数的影响。将数值模拟结果与实验结果进行的对比验证表明,基于CFD代码GASFLOW-MPI的数值模拟结果能够准确复现甲烷爆炸实验过程,证明了甲烷爆炸过程中热量传递对爆炸过程产生的重要影响。

双锥形油水分离旋流器分离效率正交数值的实验研究

以双锥形油水分离旋流器为研究对象,采用计算流体力学数值模拟方法和正交实验方法,针对旋流器的含油率、进口速度、分流比、大锥段角度和小锥段角度等因素对旋流器分离效率的影响,进行了正交数值实验。结果表明,各因素对分离效率影响的顺序为:分流比>含油率>进口速度>大锥段角度>小锥段角度。含油率10%、进口速度6m·s-1、分流比25%、大锥段角度15°、小锥段角度1°为最优的参数组合,其中旋流器的大锥段角度和小锥段角度的影响不显著,可以根据实际需要进行调整。通过回归分析推导出了含油率、进口速度和分流比对分离效率影响的经验公式,可供设计时使用。

回流罩结构Z-箍缩实验的数值模拟

采用二维磁驱动数值模拟程序(MDSC2)对大电流脉冲功率装置FP-2上的回流罩结构Z-箍缩实验exp90和exp60进行了数值模拟。数值模拟表明,回流罩结构Z-箍缩实验测量电流/回路电流不是负载套筒电流,回流罩结构Z-箍缩实验中回路电流不完全从负载套筒通过,回路电流和负载套筒电流之间存在一个结构系数,提出了边界磁场强度与回路电流关系的新公式。采用具有结构系数的边界磁场强度公式和磁流体力学程序能正确模拟exp90和exp60两个回流罩结构Z-箍缩实验,模拟的套筒内径运动速度和实验测量速度相一致。回流罩结构Z-箍缩实验的结构系数为一常数,仅由回流罩的初始结构确定。90 mm和60 mm内直径套筒的结构系数分别为0.87和0.90。在套筒初始厚度、绝缘材料等其它条件相同的情况下,套筒内径越大,回流罩结构Z-箍缩实验的结构系数越小。

磁驱动样品实验数值模拟研究

采用二维磁驱动数值模拟程序对磁驱动样品实验进行了模拟研究。数值模拟结果表明,二维磁驱动数值模拟程序模拟的样品/窗口界面速度(或飞片/窗口界面速度)与实验测量速度基本一致。磁驱动样品实验的结构系数与样品材料、阴阳极之间的初始间隙、电极板宽度等负载初始结构相关,不随磁驱动样品实验的演化过程而改变。样品材料不同,结构系数不同。对于同一样品材料,在其他初始条件相同的情况下,电极板越宽,结构系数越大。二维磁驱动数值模拟程序能够正确模拟磁驱动样品实验,是磁驱动样品物性研究的重要工具。

孔板空化器参数数值模拟与实验

为了研究孔板空化器的孔数和孔板厚度对水力空化效果的影响,采用数值模拟的方法,通过压力、速度、气含率云图确定了径向监测面;借助云图观察流场内气核的析出位置及压力与气含率的分布情况,并以气相质量流率作为评判空化强度的标准定量分析孔板厚度、孔数在不同压差下对孔板空化特性的影响。实验以纯水作为介质,从水的电导率和温升的角度研究孔板空化特性,验证数值模拟的规律,在0.2~1 MPa压差下的空化效果与数值模拟相吻合,为同类空化器的设计及应用提供依据。