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流-固耦合模型试验用的新型相似材料研制及应用

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岩土力学 2016年第9期37卷 2521-2533页

作者：王凯李术才张庆松张霄李利平张乾青刘聪山东大学岩土与工程结构研究中心山东济南250061

为研究隧道突水、突泥过程中断层及围岩各物理场变化规律,根据地质力学模型试验相似原理,通过大量多组别配比试验,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及围岩相似材料。其中,断层相似材料以砂为粗骨料,滑石粉为细骨料,石膏、膨润... 详细信息

为研究隧道突水、突泥过程中断层及围岩各物理场变化规律,根据地质力学模型试验相似原理,通过大量多组别配比试验,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及围岩相似材料。其中,断层相似材料以砂为粗骨料,滑石粉为细骨料,石膏、膨润土作为胶结剂,液态石蜡作为调节剂;围岩相似材料以砂为粗骨料,重晶石粉、滑石粉为细骨料,白水泥及乳胶作为胶结剂。通过大量室内试验,对比分析原岩及相似材料变形特征及强度破坏特性,重点对单轴抗压强度、渗透系数、重度、泊松比、弹性模量等重要变形及水理特性参量进行调控,系统研究不同配比对材料参数的影响规律。试验结果表明:该材料力学参数变化范围广、性能稳定、操作工艺简单,可用来模拟不同渗透系数的低、中等强度岩体材料。将该相似材料应用于吉莲高速公路永莲隧道断层突水、突泥三维地质力学模型试验中,力学性能及水理特性均达到试验要求,能够有效地模拟突水、突泥的发展演变过程,真实反映断层灾变过程中各物理场响应规律。

关键词：地质力学模型试验流-固耦合相似材料胶结剂岩石力学

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流-固耦合问题的ALE有限元分析

核动力工程 2009年第5期30卷 79-83,88页

作者：魏泳涛刘力菱 Philippe H.Geubelle 四川大学建筑与环境学院成都610065 西南交通大学材料科学与工程学院成都610031 伊利诺斯大学航空工程系

基于任意Lagrange-Euler描述(ALE),建立了分析流-固耦合问题的预报-更正算法。采用ALE描述下的Galerkin/最小二乘有限元法,完成了对具有运动边界的不可压缩粘性流的数值模拟;并提出基于更新Lagrange列式的伪弹性体法来计算网格运动;通... 详细信息

基于任意Lagrange-Euler描述(ALE),建立了分析流-固耦合问题的预报-更正算法。采用ALE描述下的Galerkin/最小二乘有限元法,完成了对具有运动边界的不可压缩粘性流的数值模拟;并提出基于更新Lagrange列式的伪弹性体法来计算网格运动;通过在耦合界面上对流体和固体分别施加Dirichlet和Neumann边界条件,建立了流-固耦合关系,并数值模拟了流道中与流速垂直的悬臂梁的流-固耦合过程,数值算例的结果验证了本文方法的有效性。

关键词：流-固耦合任意Lagrange-Euler描述 Galerkin/最小二乘有限元网格更新预报-更正算法

流-固耦合作用下斜坡式防波堤地震动力响应分析

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工程力学 2016年第10期33卷 248-256页

作者：杨勋王欢欢余克勤金先龙上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海核工程研究设计院上海200233

针对地震过程中海水-防波堤-地基的耦合效应,结合某沿海斜坡式防波堤,建立了海水-防波堤-地基系统有限元模型,应用任意拉格朗日欧拉方法以及显式动态有限元方法,对真实地震过程中的防波堤系统动力响应进行了仿真,给出了流-固耦合作用下... 详细信息

针对地震过程中海水-防波堤-地基的耦合效应,结合某沿海斜坡式防波堤,建立了海水-防波堤-地基系统有限元模型,应用任意拉格朗日欧拉方法以及显式动态有限元方法,对真实地震过程中的防波堤系统动力响应进行了仿真,给出了流-固耦合作用下,不同地震激励的防波堤残余变形以及地震过程中的动水压力时程。研究结果表明:考虑流-固耦合作用对防波堤残余变形响应有较显著影响,且水平向残余变形受影响程度大于竖直向残余变形;地震过程中的动水压力主要受海水主频以及地震激励卓越频率的影响。研究结果可为防波堤设计、安全评价和抗震措施研究提供了理论基础。

关键词：海岸和近海工程防波堤地震响应流-固耦合任意拉格朗日欧拉方法

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流-固耦合作用下防隔水煤柱留设的数值模拟

采矿与安全工程学报 2009年第4期26卷 445-449,454页

作者：刘波贺雷罗立平中国矿业大学力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学资源与安全工程学院北京100083

根据淮南某矿水文地质资料,利用FLAC3D对工程进行流-固耦合作用下的三维数值模拟研究.重点研究了在不同老空水工况下,工作面的回采对两工作面之间防水煤柱变形与破坏特性的影响.通过对比计算获得了煤柱留设存在合理宽度区间的计算结果,... 详细信息

根据淮南某矿水文地质资料,利用FLAC3D对工程进行流-固耦合作用下的三维数值模拟研究.重点研究了在不同老空水工况下,工作面的回采对两工作面之间防水煤柱变形与破坏特性的影响.通过对比计算获得了煤柱留设存在合理宽度区间的计算结果,现场测试表明提出的煤柱设计建议具有良好的安全性和经济性.

关键词：老空水煤柱流-固耦合数值模拟

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流-固耦合问题的精细积分求解法

上海交通大学学报 2017年第6期51卷 756-760页

作者：吴泽玉王东炜汪志昊宋力费小霞水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心郑州450003 华北水利水电大学土木与交通学院郑州450045 郑州大学土木工程学院郑州450000 河南省水利勘测设计研究有限公司郑州450000

为了解决流-固耦合动力学求解效率和精度低等问题,提出了增维精细积分法.根据有限元理论推导流-固耦合方程,将流-固耦合方程改写成状态空间形式,在矩阵仅增加1维的情况下将积分运算转化为代数运算,扩大了精细积分法的应用范围,从而得到... 详细信息

为了解决流-固耦合动力学求解效率和精度低等问题,提出了增维精细积分法.根据有限元理论推导流-固耦合方程,将流-固耦合方程改写成状态空间形式,在矩阵仅增加1维的情况下将积分运算转化为代数运算,扩大了精细积分法的应用范围,从而得到增维矩阵的流-固耦合精细积分求解.同时,将增维精细积分法与Newmark法的计算结果进行对比,以验证其有效性.结果表明,由于不用求解矩阵H的逆矩阵,增维精细积分法避免了矩阵奇异带来的计算解的不稳定性.增维精细积分法与Newmark法的计算结果较吻合,且其在较大计算时间步长条件下的计算精度较高.

关键词：流-固耦合动力时程分析精细积分法

流-固耦合物理模拟实验及其对页岩压裂改造的启示

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地球科学（中国地质大学学报） 2016年第8期41卷 1376-1383页

作者：康永尚邓泽王红岩刘洪林袁春林赵群中国石油大学地球科学学院北京102249 中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院河北廊坊065007

页岩压裂改造过程中渗透率变化和压裂缝扩展的机理对页岩气开发压裂工程设计具有重要意义,通过页岩岩心首次加载-卸载-二次加载流-固耦合物理模拟实验和二次加载实验后岩心微米CT成像分析,揭示出两个重要现象:(1)首次加载-卸载-二次加... 详细信息

页岩压裂改造过程中渗透率变化和压裂缝扩展的机理对页岩气开发压裂工程设计具有重要意义,通过页岩岩心首次加载-卸载-二次加载流-固耦合物理模拟实验和二次加载实验后岩心微米CT成像分析,揭示出两个重要现象:(1)首次加载-卸载-二次加载过程,有助于提高岩心的渗透率;(2)在二次加载过程中,岩心渗透率随轴压增加出现增加或降低不同的现象,分别对应压裂缝的有序化和方向性扩展或无序化和局部糜棱化扩展.实验获得的认识对页岩储层压裂改造有两条启示:(1)泵入-停泵-再泵入循环压裂有助于改善页岩气储层的渗透率;(2)对天然裂缝发育的页岩储层,压裂规模的针对性设计十分关键.

关键词：页岩气流-固耦合物理模拟实验渗透率 CT成像压裂改造石油地质

流-固耦合波动模拟及Scholte波特性研究

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自然灾害学报 2019年第3期28卷 104-111页

作者：马新生郑永路谢志南中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080

基于流-固耦合波动勒让德谱元模拟方案,通过数值算例研究了流-固界面上方震源作用下Scholte波的形成机理和特性。数值结果表明,当流体中P波波速大于固体S波速时,沿流-固界面法线方向,Scholte波的幅值在流体中的衰减速率大于固体,反之则... 详细信息

基于流-固耦合波动勒让德谱元模拟方案,通过数值算例研究了流-固界面上方震源作用下Scholte波的形成机理和特性。数值结果表明,当流体中P波波速大于固体S波速时,沿流-固界面法线方向,Scholte波的幅值在流体中的衰减速率大于固体,反之则小于固体。在此基础上,初步讨论了流体震源到流-固界面的距离与Scholte波波长比值这一参数对Scholte波幅值的影响,Scholte波幅值随该比值增加呈指数衰减,对该比值大于1.5的情形,流体震源激发的Scholte波基本可以忽略不计。上述结果对深入分析海底地震动震相具有一定意义。

关键词：流-固耦合谱元 Scholte波幅值衰减

计及铁心叠片规则与流–固耦合的特高压并联电抗器铁心振动计算方法

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电网技术 2021年第2期45卷 802-810页

作者：律方成郭佳熠程涣超耿江海刘雨濛潘亦睿河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192 华北电力大学电气与电子工程学院河北省保定市071003

针对现有计算方法无法准确表征油浸式特高压并联电抗器铁心叠片规则且未考虑流-固耦合影响的问题。根据特高压并联电抗器铁心叠片规则定义了一组叠片坐标系,并构建了与空间直角坐标系的映射,实现了2种坐标系下参数的自由转换。结合电磁... 详细信息

针对现有计算方法无法准确表征油浸式特高压并联电抗器铁心叠片规则且未考虑流-固耦合影响的问题。根据特高压并联电抗器铁心叠片规则定义了一组叠片坐标系,并构建了与空间直角坐标系的映射,实现了2种坐标系下参数的自由转换。结合电磁-机械多场耦合模型,重点分析了铁心与变压器油间的流-固耦合,提出了计及铁心叠片规则与流-固耦合的特高压并联电抗器铁心振动计算方法,填补了具有辐射结构铁心饼的油浸式双柱特高压并联电抗器铁心振动计算方法的空白。分别分析了铁心饼辐射结构和流-固耦合对电抗器铁心电磁与振动参数的影响,证明了文中所述方法能够提高电抗器铁心振动参数的计算准确性。在此基础上,应用该方法对比分析了典型结构单、双柱特高压并联电抗器铁心的电磁与振动参数,研究结果表明:单柱式铁心结构的电磁、振动参数分布较双柱式更为均匀,振动性能更为优异。

关键词：叠片坐标系特高压并联电抗器流-固耦合振动

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割缝后煤层瓦斯的流-固耦合模型及应用

中国矿业大学学报 2014年第1期43卷 23-29页

作者：卢义玉贾亚杰葛兆龙夏彬伟重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室重庆400044

引入煤体孔隙率、渗透率的动态演化模型及D-P准则,建立高压水射流割缝后低透气煤层瓦斯渗流的流-固耦合模型,运用该模型优化重庆某矿W2704S回风巷条带下段预抽钻孔布置.结果表明,条带预抽达标时间与钻孔间距呈显著的指数关系,与实际达... 详细信息

引入煤体孔隙率、渗透率的动态演化模型及D-P准则,建立高压水射流割缝后低透气煤层瓦斯渗流的流-固耦合模型,运用该模型优化重庆某矿W2704S回风巷条带下段预抽钻孔布置.结果表明,条带预抽达标时间与钻孔间距呈显著的指数关系,与实际达标时间的最大相对误差为5.8%,验证了流-固耦合模型的工程适用性;高压水射流割缝优化钻孔布置后,煤巷条带的预抽钻孔数量减少了27.3%、预抽达标时间缩短了69.6%,煤巷月平均掘进进尺提高了1.6倍.

关键词：高压水射流割缝低透气煤层瓦斯渗流流-固耦合钻孔