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炸药热-力耦合响应机制研究进展

固体火箭技术 2024年

作者：周静静李子涵黄蒙祝艳龙丁黎常海西安近代化学研究所

炸药一般会在热-力耦合刺激下经历能量吸收和累积，易引起分解甚至燃烧爆炸。此过程较复杂，为深入探究炸药的热-力耦合响应机制，围绕炸药产品和炸药晶体，通过实验分析、有限元模拟、分子动力学模拟等多种研究手段，综述了热-力耦合... 详细信息

炸药一般会在热-力耦合刺激下经历能量吸收和累积，易引起分解甚至燃烧爆炸。此过程较复杂，为深入探究炸药的热-力耦合响应机制，围绕炸药产品和炸药晶体，通过实验分析、有限元模拟、分子动力学模拟等多种研究手段，综述了热-力耦合响应机制的相关进展。目前聚焦炸药产品应用的研究工作，多通过实验分析、有限元模拟以及二者结合的方法展开；针对炸药晶体，围绕高温-高压耦合条件，进行热-力耦合响应机制研究工作，但与实际生产条件仍存在一定差距。在未来工作中，随着实验分析技术和各类模拟手段的持续发展，有望对炸药产品及晶体在热-力耦合刺激下，不同时间尺度、不同空间尺度的物理变化过程、化学反应过程开展更为详尽的探究，推动炸药热-力耦合响应机制的进一步深入，为实现炸药从安全性科学研究向实际应用奠定扎实的理论基础。

关键词：热-力耦合炸药响应机制晶体安全性

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基于热-力耦合的悬索桥结构抗火性能研究

公路工程 2024年第1期49卷 53-59,81页

作者：杨文旭秦广冲杨佳立王明辉张宗星云南省交通规划设计研究院有限公司云南昆明650041 中国船舶重工集团国际工程有限公司北京100121 中国船舶重工集团公司七五〇试验场云南昆明650051 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116

利用火灾动力学软件FDS和有限元软件ABAQUS,开展基于热-力耦合原理的悬索桥结构抗火性能数值分析,探讨不同火灾工况(火源功率和环境风速)下悬索桥温度场及力学响应的变化规律。结果表明:不同火源工况的温升曲线变化趋势基本一致,但其温... 详细信息

利用火灾动力学软件FDS和有限元软件ABAQUS,开展基于热-力耦合原理的悬索桥结构抗火性能数值分析,探讨不同火灾工况(火源功率和环境风速)下悬索桥温度场及力学响应的变化规律。结果表明:不同火源工况的温升曲线变化趋势基本一致,但其温度上升速率及最高温度并不相同。随着火源横向、纵向距离增加,构件温度逐渐降低。随着风速增大,显著提高桥梁结构耐火时间,最大提高可达50%。随着火源功率增大,其耐火时间显著降低。当环境风速为2 m/s时,耐火时间下降约33.33%。

关键词：热-力耦合火灾悬索桥数值模拟耐火时间

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角接触球轴承热-力耦合建模方法研究

模具制造 2024年第2期24卷 136-138页

作者：方应军中海油田服务股份有限公司天津300451

在研究角接触球轴承热-力耦合建模方法的过程中,通过分析滚动轴承动力学建模、角接触轴承热-结构建模以及接触轴承热-力耦合建模及其特性,使轴承热分析流程得到简化,使角接触球轴承热-力耦合建模方法更具普遍性、广泛性,突破了有限元建... 详细信息

在研究角接触球轴承热-力耦合建模方法的过程中,通过分析滚动轴承动力学建模、角接触轴承热-结构建模以及接触轴承热-力耦合建模及其特性,使轴承热分析流程得到简化,使角接触球轴承热-力耦合建模方法更具普遍性、广泛性,突破了有限元建模过程,确保更多人员可以应用此方式开展工作。

关键词：角接触球轴承热-力耦合热特性分析

考虑相变的近场动力学热-力耦合模型及多孔介质冻结破坏模拟

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力学学报 2022年第12期54卷 3310-3318页

作者：李星顾鑫夏晓舟陈爱玖章青河海大学力学与材料学院南京210098 华北水利水电大学土木与交通学院郑州450045

多孔介质的传热传质现象广泛存在于自然界和工业领域中.低温条件可能导致多孔介质中的组分发生相变,并由此诱发材料损伤,甚至导致结构失效破坏.对这类破坏现象的预测需要精细化建模,以能够反映物质的相变过程和材料的破坏特征.本文采用... 详细信息

多孔介质的传热传质现象广泛存在于自然界和工业领域中.低温条件可能导致多孔介质中的组分发生相变,并由此诱发材料损伤,甚至导致结构失效破坏.对这类破坏现象的预测需要精细化建模,以能够反映物质的相变过程和材料的破坏特征.本文采用热焓法改写经典的热传导方程,在近场动力学框架下,建立了一种考虑物质相变的热-力耦合模型,发展了交错显式求解的数值计算方法,进行了方板角冻结、热致变形和多孔介质冻结破坏等问题的模拟,得到了方板的冻结特征、温度场和变形场的分布规律以及多孔介质的冻结破坏过程,与试验和其他数值方法的结果具有较好的一致性.研究表明,本文所建立的考虑物质相变的近场动力学热-力耦合模型能够反映材料的非局部效应和物质相变潜热的影响,准确捕捉相变过程中液固界面的演化特征,再现多孔介质中材料相变、基质热致变形和冻结破坏过程,突破了传统连续性模型求解这类破坏问题时面临的瓶颈,为深入研究多孔介质冻融破坏过程和破坏机理提供了有效途径.

关键词：近场动力学多孔介质相变热-力耦合冻结破坏

煤炭地下气化热-力耦合作用下条带开采数值模拟研究

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煤炭科学技术 2022年第8期50卷 16-23页

作者：黄温钢王作棠夏元平辛林东华理工大学江西省数字国土重点实验室江西南昌330013 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 东华理工大学地球科学学院江西南昌330013 东华理工大学测绘工程学院江西南昌330013 山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590

煤炭地下气化条带开采适应强,且有助于围岩稳定控制,应用前景良好。为研究地下气化热-力耦合作用下条带开采过程中燃空区围岩的温度场、应力场和位移场的演化规律,采用COMSOL Multiphysics对贵州盘江山脚树矿4号煤层地下气化条带开采进... 详细信息

煤炭地下气化条带开采适应强,且有助于围岩稳定控制,应用前景良好。为研究地下气化热-力耦合作用下条带开采过程中燃空区围岩的温度场、应力场和位移场的演化规律,采用COMSOL Multiphysics对贵州盘江山脚树矿4号煤层地下气化条带开采进行了数值模拟,并对气化开采和常规开采后的围岩应力和变形特征进行了对比分析。结果表明:随着气化工作面推进,围岩体内部约2 m区域的温度先升高后降低,温度传导范围一直呈扩大趋势,最大影响范围为10~12 m,温度在顶板中的传导范围最大,两侧煤体次之,底板最小。地下气化高温会在燃空区围岩体中产生热应力,导致地下气化条带煤柱所受垂直应力要明显高于常规开采的,并使燃空区悬露面、煤柱与顶底板交界面均承受水平压应力。燃空区邻近区域的顶底板位移趋势与常规的相同,但顶底板深部的位移则出现相反情况,即顶板上移、底板下沉。燃空区围岩的水平位移量明显大于常规条带开采的,且开采区域的左侧围岩体向左水平移动,右侧围岩体向右水平移动。地下气化条带开采过程中直接顶变形的波动幅度明显大于常规开采的,并在有煤体支撑的区域出现上移现象,其模型顶部岩层出现了整体上移现象,且其变形量大于常规开采的,说明地下气化过程中形成的热应力能一定程度上阻止覆岩的下沉变形。数值模拟结果可为地下气化条带开采的工程设计提供理论指导。

关键词：煤炭地下气化条带开采热-力耦合温度场应力场位移场

带孔形状记忆合金薄板弹热性能的实验和理论研究

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力学学报 2024年

作者：庞云浩于超阚前华康国政西南交通大学力学与航空航天学院

NiTi形状记忆合金因其优异的弹热效应在新兴固态制冷领域具备广阔的应用前景。然而，该类合金较高的相变临界应力使得其弹热效应需要很高的机械载荷来驱动，对固态制冷器件的小型化和大规模应用带来了挑战。本文通过在NiTi形状记忆合金... 详细信息

NiTi形状记忆合金因其优异的弹热效应在新兴固态制冷领域具备广阔的应用前景。然而，该类合金较高的相变临界应力使得其弹热效应需要很高的机械载荷来驱动，对固态制冷器件的小型化和大规模应用带来了挑战。本文通过在NiTi形状记忆合金薄板上引入孔洞，揭示了孔洞体积分数、分布形式对薄板弹热性能的影响。结果表明，孔洞造成的应力集中效应能够在显著降低薄板相变驱动力的同时，有效增加薄板的整体制冷温度和吸热量。薄板在变形过程中的整体力-位移响应和温度演化强烈依赖于孔洞体积分数，孔洞分布形式仅仅影响薄板的局部应力-应变-温度场，而对整体的热-力响应影响较小。进一步地，基于应力对数客观率，在不可逆热力学框架下建立了形状记忆合金有限变形热-力耦合本构模型，并完成了模型的有限元移植。通过与实验结果的对比发现，提出的本构模型能够很好地预测孔洞对NiTi形状记忆合金薄板变形行为和弹热性能的影响，从而为该类合金带孔薄板的设计提供了理论工具。

关键词： NiTi形状记忆合金弹热效应带孔薄板热-力耦合本构模型

热-力耦合作用下能量桩单桩分析方法及工作特性研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2023年第7期50卷 211-220页

作者：江杰陈秋怡欧孝夺陈朝棋张鹏广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 工程防灾与结构安全教育部重点实验室(广西大学) 广西南宁530004 广西防灾减灾与工程安全重点实验室(广西大学) 广西南宁530004

能量桩在正常服役过程受热-力耦合作用,其荷载传递特征将发生改变,但现有能量桩承载特性的理论方法尚不够完善.为研究热-力耦合作用下能量桩单桩承载特性,考虑温度对荷载传递函数的影响,提出基于荷载传递法和能量平衡原理的热-力耦合作... 详细信息

能量桩在正常服役过程受热-力耦合作用,其荷载传递特征将发生改变,但现有能量桩承载特性的理论方法尚不够完善.为研究热-力耦合作用下能量桩单桩承载特性,考虑温度对荷载传递函数的影响,提出基于荷载传递法和能量平衡原理的热-力耦合作用下能量桩单桩分析方法,通过迭代求解得到任意荷载-温度组合作用下桩身内力和位移,将计算结果与试验结果进行对比,结果较吻合.研究结果表明:温度作用会影响桩身轴力和桩侧摩阻力变化规律.对不同桩顶荷载水平下的桩顶沉降值进行分析,在荷载-升温/降温工况下,当桩顶荷载水平较低时(≤25%Pu,Pu为极限荷载),温度变化对桩顶沉降幅度影响显著,桩顶沉降幅度可达到55%(25%Pu);尤其荷载-降温工况下,当桩顶荷载水平超过75%Pu时,桩顶沉降量临近极限值,此时需特别注意桩基承载性能.

关键词：岩土工程桩基础能量桩荷载传递法热-力耦合承载力

桩埋管参数对渗流下能量桩热-力耦合特性的影响

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水文地质工程地质 2022年第5期49卷 176-185页

作者：杨卫波张来军汪峰扬州大学电气与能源动力工程学院江苏扬州225127

为获得地下水渗流作用下桩埋管参数对能量桩热-力耦合特性的影响,建立了不同埋管参数的能量桩数值模型,分析了桩埋管数量、埋管布置形式、埋管管径对单位桩深换热量、日换热量、桩截面平均温升、桩身位移增量及桩身附加温度荷载的影响... 详细信息

为获得地下水渗流作用下桩埋管参数对能量桩热-力耦合特性的影响,建立了不同埋管参数的能量桩数值模型,分析了桩埋管数量、埋管布置形式、埋管管径对单位桩深换热量、日换热量、桩截面平均温升、桩身位移增量及桩身附加温度荷载的影响。结果表明:增加埋管数量可以增大能量桩换热量,但也会加剧桩内不同埋管间的热干扰,导致换热性能下降及桩身位移和附加温度荷载的增加;渗流下桩埋管的布置形式对其换热性能有显著影响,而对桩的力学特性影响较小,且渗流速度越大,2种布置形式对应的能量桩换热量差异逐渐增加,桩顶位移增量与桩身附加温度荷载逐渐减少;增加埋管管径可以提高能量桩的换热量,但也会加大桩身和桩周土壤温升,导致桩身位移和附加温度荷载增大。研究结论对于渗流作用下能量桩的优化设计与高效运行具有一定的指导意义。

关键词：能量桩地下水渗流桩埋管参数热-力耦合数值模拟

热-力耦合作用对围岩塑性松动区的影响特性研究

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隧道建设（中英文） 2023年第6期43卷 988-994页

作者：吴祖松曾美婷李金燕张立舟重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆市勘测院重庆401121

针对高地应力区多场耦合作用对围岩塑性松动区的影响问题,依托实际工程,基于统一强度理论,建立多场耦合作用下围岩松动圈分析模型,研究初始地应力、地温、隧道开挖半径及中间主应力对围岩松动圈半径的影响。研究得到:1)热-力耦合作用下... 详细信息

针对高地应力区多场耦合作用对围岩塑性松动区的影响问题,依托实际工程,基于统一强度理论,建立多场耦合作用下围岩松动圈分析模型,研究初始地应力、地温、隧道开挖半径及中间主应力对围岩松动圈半径的影响。研究得到:1)热-力耦合作用下,围岩初始地应力对围岩松动圈半径的影响起主要作用,且围岩松动圈半径与初始地应力呈非线性关系;2)地温升高使初始地应力、隧道开挖半径及中间主应力影响系数对松动圈半径的影响变大;3)松动圈半径随着隧道开挖半径的增大而近似线性增大,随着中间主应力影响系数的增大而减小,中间主应力影响系数越小,围岩稳定状态对中间主应力越敏感;4)结合工程实例分析可知,在热-力耦合作用下,基于统一强度理论计算的围岩松动圈半径误差小于1.4%,证明所提出的计算方法是合理可行的。

关键词：深埋隧道围岩热-力耦合塑性松动区松动圈半径统一强度理论