明渠紊流中淹没柔性植被流固耦合大涡数值模拟

水生植被广泛存在于天然河道、湖泊及湿地,是河流生态系统的重要成分.它通过改变明渠水流时均及紊动结构来改变河道水流阻力,并在水流作用下发生弯曲和摆动,形成复杂的流固耦合作用.研究柔性植被在水流作用下的运动响应,能够更精确地解析植被的阻水效应.本文采用基于嵌入式迭代浸入边界法的高效能三维紊流计算程序CgLes,开展流固耦合数值模拟,研究柔性植被在水流作用下的弯曲及运动响应,分析植被涡激振动特性及水流阻力规律.模拟结果表明,植被运动以展向摆动为主导,植被刚度对植被运动轨迹和摆动周期有显著影响,进而影响植被的阻水规律.在水动力条件相同的情况下,植被的摆动周期与植被的弹性模量有关,且不受流场影响.随着刚度系数增大,植被运动模式从准周期性摆动变成周期性摆动,最终发展为刚性情况下的静止直立状态;植被刚度较大且间距较小时,植被存在逆流向弯折现象;在刚度较大时,柔性植被随着水流而摆动,抑制流速发展;但是当柔性植被刚度较小时,植被接近倒伏,明渠的平均流速对比刚性植被情况增大;本文算例中植被刚度对平均流速的影响最大约为2.47%.植被间距对植被的下弯幅度影响较小,但对展向摆幅作用显著;平均流速随植被间距增大...     

大攻角下典型主梁断面颤振临界风速数值模拟

针对大攻角下主梁断面颤振稳定性问题,基于计算流体动力学软件ANSYS FLU-ENT用户自定义函数UDFs和动网格技术,结合Newmark-β法建立了桥梁主梁断面二维流固耦合分析方法,采用该方法在不同攻角下(0°、±3°、±5°、±8°)对薄平板和流线型箱梁断面颤振稳定性进行数值模拟研究,并将数值模拟结果与风洞试验研究结果进行了比较.结果表明:薄平板和流线型箱梁断面的颤振临界风速数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好,验证了本文所建立的桥梁主梁断面二维流固耦合分析方法的精度.薄平板断面的颤振临界风速随攻角的增大显著降低;流线型箱梁断面在正攻角范围内颤振临界风速随着攻角的增大而降低,在负攻角范围内颤振临界风速随攻角绝对值的增加先增大后降低;当攻角较大时,薄平板断面和流线型主梁断面均表现出"钝体"特征,气流绕过断面前缘时发生分离,沿断面上下缘产生较大的涡,从而导致主梁断面颤振临界风速降低.     

CFRP激光切割过程中HAZ扩展研究

激光切割CFRP由于具有无磨损、无接触的特点,显示出了很大的应用潜力.然而,由于组成材料(即聚合物基体和碳纤维)的物理和热性能存在显著差异,激光加工过程中产生的热损伤一直阻碍着CFRP在工业规模上的应用.介绍了激光加工CFRP的优势,并以激光切割CFRP时热影响区(heat-affected zone,HAZ)产生和扩展的机理为基础,对影响HAZ扩展的因素和研究进展进行了综述.最后提出,在实际的激光光源中,工艺参数是相互依赖的,对于加工工艺的参数优化和仿真值得深入研究.并对未来提高激光加工效率,进而广泛应用于工业领域做出了展望.     

粤北诸广山南部同构造花岗岩的厘定及其与铀成矿作用关系

粤北诸广山岩体为印支-燕山期形成的多期多阶段复式岩体,其南部发育浅层次热隆伸展构造。本文根据该岩体密下水地区出露岩性的宏观韧性变形与镜下微观证据、岩石学特征及构造年代学约束,认为区内燕山期花岗岩为同构造侵位岩体,能为区域热隆伸展构造的形成与演化提供可靠的年代学约束,可准确限定热隆伸展构造活动的时间下限。研究表明,区域热隆伸展运动启动于燕山早期(~160 Ma),较前人利用中基性侵入脉岩限定的时限提早了约20 Ma;区域铀成矿时代从早期(~150 Ma)至晚期(~40 Ma)与区域伸展构造活动的时间具有高度耦合性,揭示出区域热隆伸展构造的形成与演化过程对区域铀成矿具有控制作用;同时,该期同构造花岗岩与构造前花岗岩的接触带是早期高温铀成矿的有利部位。     

非均匀断层上的破裂传播及对震级预测的挑战

针对发震断层上的潜在地震开展震级和地表震动预测,对开展地震灾害区划、防震减灾等工作十分关键.由于断裂带本身的多种非均匀性,如断层几何、介质结构、应力的非均匀分布,准确预测震级面临着众多挑战.本文简要回顾了影响地震破裂传播及震级的因素,指出了应力分布状态、断层孕震带尺度、断裂带介质结构对破裂传播过程的影响.在非均匀应力分布下,震级对破裂起始位置(震中)具有强烈的依赖性,即震中-震级存在“测不准”关系,震中对破裂是否延伸到地表也有控制作用.走滑断裂带孕震带尺度(在倾向上的深度)对破裂是否发展为“逃逸型”大地震有控制作用.近断裂带的介质结构对破裂方向性、延展尺度都有显著影响.未来可通过密集地震台阵观测获取高分辨率断裂带结构,并结合实验室流变性质测量,推断发震断层的流变结构,为刻画可能发震的凹凸体提供支撑.针对震中对震级的影响,可以通过破裂动力学模拟,结合大地测量观测、地震学观测、实验室摩擦实验结果,进行数值实验,探索可能发生强震的震中区域,为野外观测提供参照.此外,动力学数值模拟结果也可以弥补大地震近场地表震动观测数据缺乏的不足,为开展基于地震物理过程的灾害区划提供参考.     

鄂尔多斯盆地环江油田虎二区块储层地质知识库的构建及应用

基于鄂尔多斯盆地环江油田已有取心井测井资料的聚类分析,分析了不同沉积微相典型的组合测井响应特征,建立了环江油田虎二区块沉积微相的测井相知识库.运用统计学的方法对研究区块所有研究层位不同沉积微相的几何特征进行了定量化统计与分析,并构建了不同沉积微相砂体的几何变量参数的相关关系.整理、分析了储层测井解释参数的分布情况并构建了储层孔隙度与渗透率的数学回归关系.在构建的储层地质知识库的基础上,选取序贯指示这一随机模拟方法对沉积微相进行随机模拟;利用物性回归公式,计算获取全区的物性参数,并进行了全区储层参数分布的随机模拟.最后基于储层地质模型对研究区井组注水受效状况进行了数值模拟分析,确定了井组见水方向,为油藏后期的注水开发提供了参考.     

径向井排引导水力压裂裂缝扩展机理研究

为探究径向井排系统对裂缝的影响，明确水力裂缝的扩展规律，利用扩展有限元理论建立了流固耦合三维裂缝扩展模型，模拟了受径向井排引导的水力裂缝扩展过程。重点分析了3种影响因素（径向井排方位角、水平地应力差、径向井孔径）对水力裂缝的引导机理。首次提出了"引导因子"的概念，并将其作为有效评价径向井排引导效果的量化参数。研究发现，径向井方位角、水平地应力差、径向井井径会对水力裂缝的引导效果产生影响：较小的径向井方位角、水平地应力差以及较大的井径都使径向井排具有较强的引导能力和较好的引导效果，反之亦然。同时，较大井径对增加水力裂缝宽度有明显作用。最后，利用大尺寸真三轴水力压裂模拟试验证实了数值模拟结果具有一定的准确性。     

夯土遗址表层热劣化模拟试验研究

以武威明长城夯土遗址为例,通过现场调查及室内模拟试验,研究分析夯土遗址表层的热劣化机制.X射线衍射及电镜扫描试验表明:遗址表层与母墙土的矿物成分相似,表层微观结构平滑,但风化明显.热劣化模拟试验表明,试样表层热传导系数、热扩散系数及体积比热均低于母墙.热劣化过程中,表层与母墙的热传导系数与热扩散系数均维持稳定.研究认为,夯土遗址表层与母墙组成具有热性质差异的双层结构,在温差作用下,双层结构间的稳定热差异会使其接触面产生热应力差.热应力差的持续作用使接触面劣化疲劳,导致遗址表层与母墙分离,产生剥离病害.     

轴向磁场作用下平均Taylor涡对湍流脉动的影响

采用基于高精度电流守恒格式的直接数值模拟方法，对轴向磁场作用下导电流体的湍流Taylor-Couette流动进行计算.在等电势边界条件的同心圆筒中，磁场与感生电流引起的反向周向速度分布、以及其对平均流动的影响被揭示出来.采用两种不同的湍流流场平均方法，将湍流中的全部脉动划分为平均流动(Taylor涡)的贡献和湍流的贡献.通过计算不同磁场强度下的湍动能的分布，对比分析轴向磁场对平均Taylor涡流和湍流两种贡献方式的影响.     

磁流变液中磁性颗粒成链与团聚的临界特征分析

热运动对纳米级磁流变液系统的颗粒团聚行为和宏观流变特性扰动影响不可忽视.为研究施加外磁场后系统微结构与热运动间的关系，探讨在不同颗粒粒径情况下热运动能量在系统总能量中的占比.采用CCD设计方法，分析Monte Carlo仿真获取的颗粒位形信息，生成关于外磁场磁感应强度、颗粒粒径和体积分数的系统热耦合系数<λ>回归模型;成链团聚的临界颗粒粒径计算值比文献经验值高出约23%，证实在考虑系统内多因素的综合影响下，纳米级磁流变液具有更严格的流变现象临界发生条件.