利用ANSYS WORKBENCH模拟火山岩浆活动热扩散过程

火山喷发必然伴随着高温岩浆侵入体把热量从岩石圈深部携带到地壳浅层的过程,因而火山区往往也是地热资源富集区。火山岩浆侵入体热扩散过程的数值模拟不仅是火山区构造热演化研究的重要手段,而且也是火山区地热资源评估的重要方法。本文利用在工程热物理领域应用甚广、但在地热地球物理领域鲜有报道的有限元软件ANSYS WORKBENCH对火山活动岩浆冷却过程及其对围岩的热扰动过程进行了数值模拟。首先本文建立一系列简单的柱状模型,模拟了不同规模、不同顶板埋深的侵入体的热扩散过程,引入冷却指数α=(T_(侵入)-T)/(T_(侵入)-T_(稳态))×100%及干扰温差ΔT=T-T稳态分别来定量分析岩浆侵入体冷却过程及围岩受侵入体热扩散扰动程度。结果表明,半径为0.5km的柱状侵入体的冷却时间约为50ka左右,对围岩热扰动持续时间不到0.5Ma,最大横向热扰动范围约为3km。而半径1km的柱状侵入体的冷却时间约为200ka左右,对围岩温度场影响可持续1.4Ma,热扰动范围可至7km。顶板埋深越大,侵入体对围岩热扰动的持续时间越短。在上述模拟实验的基础上,本文结合最新的相关研究成果,模拟计算了上地壳岩浆房和上中地壳岩浆房两种情景下长白山天池火山千年大喷发对于温度场的可能影响。结果表明,无论其岩浆房位于上地壳或中地壳上部,千年大喷发对于围岩的热扰动目前还局限于500m左右的范围内,这可能是区内尚无大规模地热显示的原因。

基于ANSYS Workbench的一种几何量轨检仪器检测设备模态分析及随机振动模拟分析

随着轨道检测设备的自动化发展,使检测项目的几何参数计量由静态转变为动态,且提高了对检测仪器的要求。由于动态检测引入了振动源,因此即使有隔振措施,也会导致检测仪器产生微小振动,影响检测结果。本文对一种几何量轨检仪器检测设备进行三维建模,采用ANSYS Workbench软件进行模态分析,并对竖直方向上的微小随机振动功率谱密度对测量精度的影响进行研究。结果表明:当加速度功率谱密度为12350(mm/s^(2))^(2)/Hz时(即振动台隔振效果达93.5%),满足该仪器竖直方向上±1mm检测要求。

基于ANSYS Workbench的高密机织滤料动态形变模拟与分析

为优化过滤机织物的设计,进一步探究机织滤料在受压时的动态形变及孔径变化规律,依据在实际应用时过滤机织物的纱线线密度、经纬密、面密度等参数,借助建模软件Solidworks建立织物三维细观模型,利用有限元软件ANSYS Workbench对不同压力条件下织物的形变情况进行模拟,分析织物最大变形量、变形轮廓以及孔径变化趋势,并将模拟结果与实验结果进行比较。结果表明:织物最大变形量在圆心处,变形量沿直径呈梯度递减;随着压力升高,织物中心的变形量呈非线性增加,织物的变形轮廓曲线类似于正弦曲线;在压力作用下织物孔径增大,且中心区域孔径大于远离圆心处孔径,同一周向孔径大小和形状也会发生改变。模拟结果与实验结果具有较好的一致性。

Aspen Adsorption在气体吸附过程模拟方面的应用

Aspen Adsorption是一款吸附模拟软件,常用于气体吸附分离过程的模拟计算,对操作条件优化、设计优化、吸附材料性能评价等方面具有一定的指导作用。简要介绍了Aspen Adsorption软件的应用、模型参数和各种衡算方程,总结了其在穿透曲线计算方面的模拟计算和应用,归纳了利用循环控制器Cycle Organizer针对各种类型的变压吸附PSA(Pressure Swing Adsorption)和变温吸附TSA(Temperature Swing Adsorption)过程进行模拟的情况。此外,针对Aspen Adsorption与其他软件结合使用的案例也进行了简要介绍。最后对Aspen Adsorption的未来发展进行了展望。

基于ANSYS Workbench稳定性分析的大型真空容器优化设计

真空容器是石油、化工等行业中常见的设备之一,与内压容器不同,真空容器往往发生的是稳定性破坏。文中首先采用有限元软件ANSYS Workbench对DN22000 mm的真空容器进行了特征值屈曲分析,结果表明:其外压承载系数为17.427,远大于外压安全系数2.5。进而采用Response Surface Optimization模块对该真空容器进行优化设计,分析了外压承载系数、容器质量随穹顶壁厚和筒体壁厚的变化规律,以及外压承载系数、容器质量、应力随穹顶辐射筋数量的变化规律。最终确定穹顶壁厚取20 mm、筒体壁厚取22 mm、穹顶辐射筋取16个,优化后结构较最初结构质量减小了83140 kg,减小了17.02%,并且稳定性满足ASME规范要求,实现了容器轻量化的设计目标,从而显著降低制造成本。

SSP-RCP耦合情景的城市局地气候分区模拟--以南京市为例

基于情景的土地利用变化模拟能够展现未来城市的多种可能性,是当前土地覆被变化领域的热点。现有研究地表分类体系中的建设用地无法精确刻画城市内部空间形态,且土地模拟研究中不统一的模拟情景将影响土地模拟结果的可比性,因此,本文采用了国际耦合模式比较计划(CoupledModelIntercomparisonProject,CMIP)最新提出的三种典型SSP-RCP耦合情景,以南京市为研究区,开展了未来近期(2030年)、中期(2060年)和远期(2090年)的局地气候分区(local climate zones,LCZ)时空模拟。结合马尔可夫模型和多目标规划预测未来耦合情景下各LCZ类型的数量需求,并通过未来土地利用变化模拟模型实现LCZ的空间分布模拟。结果表明:①SSP126情景下生态用地(LCZA/B/D/G)得到了有效保护,且建筑用地(LCZ1~6、LCZ8~10)在主城区的扩张得到有效控制。②SSP245情景中,经济发展的同时也顾及了生态环境保护,尽管建筑用地扩张明显,但生态用地(LCZA/B/D/G)的面积仅出现了轻微下降。③SSP585情景建筑用地(LCZ1~6、LCZ8~10)和耕地(LCZ D)扩张态势十分显著;21世纪中、后期的林地(LCZ A、LCZ B)和水体(LCZ G)将遭到严重破坏。本文首次开展了自然与人文双重驱动下的城市LCZ时空模拟,研究成果能够直接应用于城市气候与规划领域。

UUV水下动态布放回收流体动力性能数值模拟

UUV与水下对接装置对接的过程中存在双体干扰问题,非线性特征强烈。为了探明UUV在对接过程中流体动力随着对接姿态以及运动距离变化规律,本文借助Fluent软件中的动网格技术开展非定常工况下UUV动态回收过程的数值模拟研究。系统分析UUV运动速度、运动姿态(主要是攻角)对其流体动力性能以及流场结构的影响。本文研究成果可为后续样机试验提供技术指导和理论支撑。

注重基础、立足工程、强化实践、融入模拟、激励创新——材料力学教学改革探索

材料力学是机械类、土木类和力学类等工科类专业的核心课程,课程秉承“强基础、重实践、融模拟、促创新”的理念;构建“融工程、融前沿、融思政”的教学资源与内容,夯实学生的力学理论知识,培养学生利用力学理论解决实际工程问题的能力,同时帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观和职业观;将抽象的力学概念与三阶递进的课程实践融会贯通,培养学生的动手实践能力、探索精神和创新能力;将数值模拟技术引入课堂,初步培养学生利用数值模拟软件解决力学问题的能力。建立以传授知识为中心,以解决工程问题为导向,以创新实践为特点,以数值模拟软件为工具,以立德树人为根本的课堂。

结构化网格快速生成工具的开发及其在冶金模拟仿真中的应用

结构化网格在模拟计算高精度、复杂问题时具有更高的计算准确度和更好的收敛性,但其划分难度大且耗时较长,如何快速生成高质量结构化网格是进行CFD(Computational fluid dynamics)等模拟计算领域的前沿问题.根据冶金容器的几何结构特征,引入了参数一体化建模+网格划分的理念,利用Python脚本快速批处理数据和开源CFD软件OpenFOAM的优势,成功开发了适用于冶金反应器的网格快速生成工具.以钢包–中间包–结晶器及其附属连接装置为例,进行了案例分析测试.结果表明,该工具软件生成的结构化网格在扭曲度和正交性等方面质量较高,可以满足各类模拟仿真的需求.该工具在解决冶金容器几何结构更新和网格分布调整方面相比于传统前处理方法可以在几十秒内快速生成高质量结构化网格.此外,开发了便于用户使用的图形用户界面,界面中仅需输入关键的几何结构和网格参数,即可对冶金容器快速便捷地生成相应的结构化网格,有效提升了前处理的简易度和效率.这一工具软件有望应用于冶金数字化和智能化转型发展的多种场景,并为其提供有效的软件支撑.

多光谱法和分子对接模拟法研究茶碱和胃蛋白酶的相互作用

在模拟生理条件下,通过紫外可见吸收光谱法、傅里叶红外光谱、荧光光谱、三维荧光光谱、同步荧光光谱、圆二色谱等方法以及分子对接模拟法对茶碱(TPL)与胃蛋白酶(PEP)的结合机理进行了研究,在分子层面探讨TPL与PEP相互作用的机制,有助于对TPL的药理毒性、药效进行深入研究。根据Stern-Volmer方程,计算在298、 303和308 K三种温度下TPL对PEP的动态荧光猝灭速率常数Kq远大于最大动态荧光猝灭常数2.0×10^(10)L·(mol·s)^(-1),证明TPL对PEP的猝灭方式为静态猝灭。随着TPL浓度的不断升高,PEP的动态猝灭常数Ksv呈规律性下降趋势,TPL可以有效对PEP的内源荧光进行猝灭,进一步判定作用机制为静态猝灭。三维荧光图谱分析表明,体系中随着TPL浓度的不断升高,PEP中代表色氨酸残基与酪氨酸残基以及肽链骨架结构的荧光强度峰值明显降低,且峰位发生红移,表明TPL对PEP的二级结构产生影响。同步荧光图谱分析表明TPL与PEP结合时,主要集中在色氨酸的残基上。红外光谱表明TPL引起PEP内官能团伸缩振动,使PEP的二级结构发生改变。紫外吸收光谱表明随着混合体系中TPL浓度增大,吸收峰峰值逐渐增大,表明TPL可以改变PEP的二级结构。分子对接模拟法表明,TPL与PEP中氨基酸残基GLU13、 VAL30、 TRP39、 GLY76、 GLY78、 PHE117的结合作用力为范德华力,与氨基酸残基THR77、 GLY217形成氢键,与氨基酸残基TYR75、 LEU112、 ILE120、PHE111之间存在疏水作用力,证明两者主要通过范德华力与氢键结合,进一步证明TPL改变了PEP的二级结构。圆二色谱分析显示PEP中β-折叠的占比从50.2%下降至48.8%, α-螺旋结构的占比从8.1%上升到8.4%;β-转角的占比从18.3%上升到18.7%;无规则结构的占比从29.1%上升到29.2%,表明TPL改变了PEP的二级结构。实验研究结果有助于了解TPL与PEP的结合作用机制,为TPL的使用及研究提供了数据依据。

多情景模拟下的跨境铁路运输时效研究——以中老铁路为例

跨境铁路运输是中国与周边国家陆路联通的重要环节。跨境铁路运输时效既受线路畅通情况、基础设施技术等级等“硬联通”因素的制约,也受到海关条例、口岸畅通水平等“软联通”因素的影响。因此,跨境铁路运输时效研究应充分考虑不同情景,以期更科学地模拟运输时长的变化机理。本文以中老铁路(中国昆明−老挝万象,简称中老铁路)为例,在梳理中老铁路沿线地区社会经济概况及基础设施发展水平的基础上,考虑不同运营速度、通关时间、铁轨换装、多式联运等因素,构建了长途跨境运输时间的计算模型,采用多情景模拟方法,解析了中老铁路运的优势距离及客货运时效变化。研究表明:①中老铁路有助于沿线跨境运输时间显著减少。相比公路运输,客货运时间优势均超过20%;②通关时间是影响跨境铁路运输的关键要素之一,占运输总时长的20%~60%;③铁海联运是中老铁路运输进一步提升运输效率的途径,能有效缩短老挝至日本的总运输时间。

情景模拟教学法在临床基本技能培训中的应用研究

目的基于PDCA循环理论探索情景模拟教学法在临床基本技能培训中的应用模式。方法选取哈尔滨医科大学附属第一医院2019级临床医学专业96名学生作为研究对象,分别设置实验组和对照组,每组48名学生,于2022年3—12月开展技能培训。对照组采用传统方式培训,实验组采用基于PDCA循环的情景模拟教学法培训。比较分析对照组和实验组的培训效果及培训满意度。结果在实验组学生的培训效果调查中,临床基本技能操作中多方面评价结果均高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.01)。在适当且安全的操作方式方面,两组比较差异无统计学意义(P>0.05)。在培训满意度调查中,实验组学生对培训满意度明显高于对照组,差异有统计学意义(P<0.01)。结论在临床基本技能培训中应用基于PDCA循环的情景模拟教学法,有助于提升临床基本技能培训质量和学生满意度。

翻转课堂联合SimMan 模拟人在住院医师ACLS非技术能力培训中的应用

目的 本研究探讨翻转课堂教学法联合SimMan模拟人在住院医师高级心脏生命支持(advanced cardiac life support, ACLS)非技术能力培训中的应用效果。方法 选取西安交通大学第一附属医院80名三年级住院医师作为研究对象,将其随机分为翻转课堂组和传统课堂组,并应用SimMan模拟人进行ACLS的模拟培训。最后采用实践测试、非技术能力测试和问卷调查评估两种教学方法的培训效果。结果 翻转课堂组学员正确使用除颤仪得分、正确使用肾上腺素得分、团队合作得分及测试总得分高于传统课堂组学员,组间差异具有统计学意义(P<0.05)。较传统课堂组,翻转课堂组经过ACLS模拟培训后在情景意识、任务管理、团队合作及判断决策等非技术能力方面的合格率均明显升高(P<0.05)。问卷调查结果显示,翻转课堂组学员在良好的课堂互动、激发学习兴趣和积极性、加强团队合作和总体满意度方面优于传统课堂组,其差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论 翻转课堂教学法联合SimMan模拟人可提高高年资住院医师的ACLS实践测试成绩和非技术能力,并增加学生满意度,在ACLS培训中具有重要的应用价值。

Pu在膨润土层中的反应性迁移模拟研究(1)——地下水-膨润土体系演化的地球化学模拟

在某区含Pu高放废物处置系统的性能评价中,需要分析水-岩相互作用下蒙脱石、孔隙度、pH值等演化过程对膨润土材料性能及Pu反应性迁移的影响,为此,本文以工程屏障系统中厚度为1 m的柯尔碱膨润土回填材料为研究对象,基于地下水入渗景象,采用TOUGHREACT模拟了地下水-膨润土体系的地球化学演化。结果表明:膨润土完全饱和约需20年;膨润土中蒙脱石的伊利石化作用很弱,而去白云石化过程(白云石溶解、方解石形成)相对明显,这使得水中Ca^(2+)浓度减小、Mg^(2+)和HCO_(3)^(-)浓度增大、pH值呈弱碱性且维持在8.1~10.3范围内;膨润土的孔隙度和渗透率变化不明显(变化量不到2%)。这些演化过程将有利于维持膨润土的膨胀性,阻滞核素向外迁移。

情景模拟结合CBL对提升产科住院医师医患沟通能力的效果分析

目的探讨在产科住院医师规范化培训(简称住培)中进行情景模拟结合以案例为基础的教学对医患沟通技能培训的效果。方法选取50名在产科规范化培训的住院医师为研究对象。培训前进行学员调查和医患沟通能力SEGUE测评。基于产科住培大纲选择5个典型病例情景,由教师录制5个典型病例病情医患沟通的示范视频,并梳理相关背景知识,在产科住院医师中依次开展培训课程,即视频示范、小组讨论、病例背景知识梳理讲解、分角色演练、演练后反馈和评价以及临床实践。培训后再次进行学员调查和医患沟通能力SEGUE测评。使用配对样本的非参数检验方法评价培训效果。结果情景模拟结合以案例为基础的教学的医患沟通技能培训后,学员医患沟通能力SEGUE测评总分提高[13.00(11.00~16.00)vs.22.00(20.00~24.00)],差异具有统计学意义(Z=-6.159,P<0.001);医患沟通能力SEGUE测评总体合格率提高[36.0%(18/50)vs.98.0%(49/50)],差异具有统计学意义(χ^(2)=43.464,P<0.001)。结论情景模拟结合以案例为基础的教学的医患沟通技能培训可有效提高学员医患沟通能力,调动学员的学习主动性,激发学员内在学习动力,建议在产科住培中纳入此类课程。

情景模拟联合PBL教学法在脊柱侧弯住培教学中的应用研究

目的 探究情景模拟联合以问题为导向的教学法(problem-based learning,PBL)在脊柱侧弯住培教学中的应用效果。方法 将2020年1月—2021年12月在南通大学附属医院骨科参加住培的40名学员作为研究对象,并随机分为对照组(n=20,给予PBL教学法),观察组(n=20,给予情景模拟联合PBL教学法)。比较分析2组学员考核成绩、满意度及综合能力评价情况。结果在考核成绩方面,住培前2组学员考核成绩差异无统计学意义(P> 0.05),住培后观察组学员理论与实践的成绩分别是(91.04±3.14)分、(92.33±3.57)分,均高于对照组学员的(81.75±2.97)分、(82.64±2.69)分,且观察组综合得分(91.47±3.26)分高于对照组学员的(82.01±2.54)分,差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组与对照组对住培教学的满意度(95.00%vs. 70.00%)的差异有统计学意义(P <0.05)。在综合能力评价方面,观察组学员综合评价总分(89.46±1.17)分,高于对照组学员的(70.27±1.22)分,差异有统计学意义(P <0.05)。结论 在脊柱侧弯住培教学中实施情景模拟联合PBL教学法可以有效提高学员的理论知识水平以及实践操作能力,并且学员的综合能力显著提高。

基于水光电力系统时序生产模拟模型的水光优化配比研究

基于考虑系统负荷、新能源发电出力等时序变化特性的时序生产模拟法,建立了水光电力系统时序生产模拟模型;从系统结构性、经济性、灵活性与可靠性方面综合确定最佳水光容量配比,并通过金沙江上游川藏段水光系统验证了模型的合理性。金沙江上游川藏段光伏电站与水电站出力具有较好的年内、日内互补特性;对于2030年水平年,考虑枯期水电留存,913.6万kW水电配套400万kW光伏的方案综合性能更优,其新增非水可再生电量约60亿kW·h。

海上风电场四圆柱基础冲刷问题数值模拟研究

海上风电场的基础冲刷问题危害着整体结构的耐久性和安全性。针对某海上风机四圆柱基础的冲刷问题开展数值模拟研究。采用SST k-ω湍流模型描述水流动力学,采用Exner方程描述水-泥沙交界面运动,采用浸入边界法描述水和泥沙的耦合作用。采用单桩冲刷算例验证了计算方法的准确性和可行性。对于风机的四圆柱基础冲刷问题,研究了0°和45°来流作用下的基础冲刷问题。模拟结果显示,4个圆柱基础均有不同程度的冲刷深度,上游圆柱产生的涡流场会引起下游圆柱基础的进一步冲刷。

大跨度钢桁架结构卸载模拟及监测技术研究

以江苏省盐城黄淮湿地博物馆钢桁架结构卸载施工为背景,旨在通过有限元技术及基于多传感器融合的现场监测技术研究大跨度桁架结构卸载施工关键技术。研究结果表明:有限元计算结果能够获取卸载施工过程中的关键要素,为后续监测方案的设计提供参考。后续的监测结果表明,有限元方法对位移的计算结果可靠性要高于应力,与实际情况更加接近;基于多传感器融合的监测方法能够提高监测结果的准确性和远程监控效果,为桁架结构的安全性和可靠性提供了有力支撑。研究结果可为大跨度钢结构建筑的施工提供参考。

露天爆破中炸药单耗对岩石破碎块度的数值模拟研究

露天爆破中岩石破碎块度是钻爆、铲装、运输及后续工艺等综合成本的主要衡量标准,炸药单耗是其主要影响因素,而炸药单耗对破碎块度的研究一般采用爆破模型试验,但其存在成本高、试验结果误差大等缺点.为了优化炸药单耗来降低爆堆的大块率、平均块度,并预测实际工程块度,在爆炸破岩理论基础上,运用基础力学测试设备对模型材料进行了单轴抗压、弹性模量、断裂韧度等测试,标定RHT本构模型参数,通过LS-DYNA数值仿真软件和粒子流算法(SPH)构建了三维露天台阶爆破数值仿真模型,首次对爆破破岩数值模拟结果实现块度精准统计,并对爆破破岩块度随炸药单耗的变化规律开展了系统研究.研究结果表明:炸药单耗在0.23~0.79 kg·m^(-3)范围内,岩块最大尺寸均小于240 mm,其变化区域分为240、220、140 mm三个最大块度相近区和240~220 mm、220~140 mm两个明显下降区;随单耗增加,均匀性指数n呈波浪式减小,分形维数D与n的变化趋势相反,平均块度尺寸呈现先快速下降后缓慢变化的趋势;炸药单耗的块度分布拟合曲线采用G–G–S函数拟合,相关系数均在0.91~0.97间,其变化规律验证了通过SPH法来模拟岩石爆破和岩石破碎块度统计方法的可行性和准确性.研究结果对爆破破碎块度分布规律的完善及块度控制工程具有一定的意义.