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耦合场中改良土弱化规律及预警体系研究

耦合场中改良土弱化规律及预警体系研究

作者：陈其帆山东交通学院

学位级别：硕士

重力式码头结构在北方平原河网地区有着非常广泛的应用,常规设计中大多选用抛填100kg块石作为墙后减压棱体,以有效减小墙后土压力,但所需块石量较大。近年来,国家对生态保护日益重视,开山采石受限使得石料短缺、价格大幅上涨,导致传统... 详细信息

重力式码头结构在北方平原河网地区有着非常广泛的应用,常规设计中大多选用抛填100kg块石作为墙后减压棱体,以有效减小墙后土压力,但所需块石量较大。近年来,国家对生态保护日益重视,开山采石受限使得石料短缺、价格大幅上涨,导致传统意义上的抛石棱体设计在工程实施过程中存在一定困难。改良土由于价格低廉且具备良好的力学性能,在道路工程和建筑工程中得到了广泛应用,而水利工程因濒水环境影响导致应用实例较少。本文综合采用室内试验、数值模拟、现场原型试验等手段对改良土在码头工程中的应用进行了深度研究,探索了改良土作为重力式码头墙后减压棱体材料应用的可行性,获得了改良土在应力场和渗流场耦合作用下的物理力学性能,明确了其在不同场域下的弱化规律,并在此基础上确立了改良土土体破坏的预警阈值,构建了相应安全预警体系。主要研究内容如下:(1)改良土的基本物理力学性能试验研究研究选用具有代表性的水泥和石灰作为现场原位土的改良胶凝材料,获得了不同掺量条件下改良土的物理性质。基于无侧限抗压、固结不排水剪切、渗透等物理试验手段,得到了水泥土和石灰土的抗压抗剪强度、渗透系数等随胶凝材料掺量、干密度、含水率和养护龄期的变化规律,分析了抗压强度与内摩擦角、粘聚力、渗透系数等指标的相关性,建立了相关回归方程。(2)不同场域条件下改良土弱化规律研究首先,通过疲劳性能试验对单应力场作用下改良土的弱化规律进行研究,明确了改良土疲劳破坏强度和疲劳寿命关于胶凝材料掺量和养护龄期的变化规律,建立了疲劳寿命与应力幅值、疲劳应力的三参数幂函数数学模型,分析了抗压强度与疲劳破坏强度和疲劳寿命的相关性;其次,基于Comsol软件对耦合场作用下不同填料的变形规律和整体稳定性进行模拟分析,明确了改良土填料稳定安全系数变化趋势,获得了填料在不同工况下的破坏阈值。(3)改良土安全预警体系研究对改良土试件进行了破坏前后的超声波测试,得到了改良土波速关于胶凝材料掺量、干密度和养护龄期的变化规律,建立了相关的回归方程,明确了不同改良土在不同工况下破坏前后的波速的响应特征,进而建立了破坏阈值与波速间的联系;同时,为明确改良土在静水环境中破坏的宏观与微观特征,获得改良土破坏阈值在不同条件下的变化规律,SEM电镜和XRD衍射研究结果表明,水泥掺量低于6%、石灰掺量低于8%的改良土宏观表象和微观形状较为明显,而大于该掺量条件下改良土破坏性状极微。(4)现场应用研究基于智能化手段开展现场原型试验研究。首先,通过组网搭建的系统平台,实时获得改良土填料温度、含水率、土压力、深层水平位移、沉降、孔隙水压力、分层竖向位移、地下水位等基本参数;其次,将其与现场获取的波动参数进行关联分析;最后,通过有限元软件获取的改良土结构破坏阈值输入平台作为多级预警基础,以此为依托构建完成了改良土填料的预警体系。

关键词：改良土耦合场波速预警体系

电热耦合场分析在±800kV穿墙套管电场分布计算应用

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高压电器 2023年第5期59卷 35-42页

作者：韩晓东陈晓东李杨王青于彭宗仁刘德建西安西电高压套管有限公司西安710077 西安交通大学西安710049

800 kV穿墙套管在特高压直流输电工程中发挥着重要的作用,但在应用有限元分析方法对其进行电场仿真优化设计时,往往忽略穿墙套管实际运行时的温度对电场分布的影响。文中首先建立了±800 k V穿墙套管三维仿真模型,通过仿真计算得到穿墙... 详细信息

800 kV穿墙套管在特高压直流输电工程中发挥着重要的作用,但在应用有限元分析方法对其进行电场仿真优化设计时,往往忽略穿墙套管实际运行时的温度对电场分布的影响。文中首先建立了±800 k V穿墙套管三维仿真模型,通过仿真计算得到穿墙套管的温度场分布,考虑了实际运行中,套管发热对内部环氧芯体电导率的影响,并在温度场分布的基础上,应用电热耦合场分析计算的方法,获得穿墙套管的电场分布。计算结果表明:正常运行时,穿墙套管载流导杆及卷制管温度呈现中间高两边低的分布规律,靠近导杆的芯体温度高,沿径向方向,芯体温度逐渐降低;同时发现,在恒定电导率条件下,芯体径向电场两边高,中间低,分布均匀,在考虑温度对芯体电导率影响的条件下,芯体电场分布沿径向逐渐升高,分布不均匀。可见,温度对穿墙套管电场分布有显著的影响作用,该研究可为穿墙套管设计与优化时的仿真计算提供校正。

关键词：穿墙套管温度分布耦合场有限元法

超声和压力耦合场对Al-Cu合金的作用机理及显微组织影响

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中国有色金属学报 2021年第7期31卷 1818-1826页

作者：林波林驰皓范滔张杨张卫文贵州大学机械工程学院贵阳550025 华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 广东省科学院材料与加工研究所广州510640

采用数值模拟和实验验证相结合的方法,研究了超声压力耦合场对Al-Cu合金协同作用机理及对显微组织的影响。结果表明:相比单一超声场,超声压力耦合场会使得空化效应的强度和区域增大,还可以改变熔体内部压力分布从而导致熔体内部形成更... 详细信息

采用数值模拟和实验验证相结合的方法,研究了超声压力耦合场对Al-Cu合金协同作用机理及对显微组织的影响。结果表明:相比单一超声场,超声压力耦合场会使得空化效应的强度和区域增大,还可以改变熔体内部压力分布从而导致熔体内部形成更强烈的对流。通过熔体内部温度测试和宏观、微观组织定量分析的方法,对数值模拟结果进行实验验证。超声−压力耦合作用更容易促使熔体内部出现均匀的温度场,同时消除单一超声作用导致的铸锭内部晶粒细化的差异性,使微观组织分布得更均匀。

关键词：超声振动压力场耦合场数值模拟铝铜合金

振动耦合场作用下低温原位合成AlTi/Al-Mg-Mn基复合材料的组织与力学性能

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材料工程 2022年

作者：范滔林波林驰皓肖华强张卫文华南理工大学机械与汽车工程学院贵州大学机械工程学院

通过超声和机械振动耦合场辅助，采用原位反应法制备了AlTi/ Al-Mg-Mn基复合材料，研究了反应温度和耦合场作用时间对其组织演变和室温力学性能的影响。结果表明，超声和机械振动耦合场可以促进原位反应的进行，分散细化AlTi颗粒。经76... 详细信息

通过超声和机械振动耦合场辅助，采用原位反应法制备了AlTi/ Al-Mg-Mn基复合材料，研究了反应温度和耦合场作用时间对其组织演变和室温力学性能的影响。结果表明，超声和机械振动耦合场可以促进原位反应的进行，分散细化AlTi颗粒。经760℃耦合场处理10min后，AlTi/ Al-Mg-Mn基复合材料室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为222 MPa、119 MPa和8.1%，相比Al-Mg-Mn基体，室温抗拉强度和屈服强度分别提升了17.5%和25.2%，伸长率降低了0.6%。室温力学性能的提升，主要归因于AlTi增强相引起的细晶强化、载荷传递强化和热错配强化，其中热错配强化对于复合材料强度的提升贡献最大。

关键词：原位反应铝基复合材料耦合场 Al Ti增强相显微组织力学性能

基于电磁-热耦合场的输电线路高频激励融冰分析与计算

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电力系统保护与控制 2019年第3期47卷 103-109页

作者：袁肖雷周羽生王永安熊强王贤军马晓红代洲长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410114 贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵州贵阳550000

覆冰事故是影响架空输电线路安全运行的重要因素。根据架空输电线路高频激励融冰的原理分析,建立了输电线路电磁-温度场二维有限元分析模型,确定耦合场的边界条件,求解得到输电线路内部磁场分布情况。将得到的焦耳热和介质热作为热源直... 详细信息

覆冰事故是影响架空输电线路安全运行的重要因素。根据架空输电线路高频激励融冰的原理分析,建立了输电线路电磁-温度场二维有限元分析模型,确定耦合场的边界条件,求解得到输电线路内部磁场分布情况。将得到的焦耳热和介质热作为热源直接转化到热场模型中计算分析,并采用有限元ANSYS软件仿真求解出覆冰输电线路温度随施加激励时间的分布情况。此外,基于此模型通过仿真分析得出不同的外界因素对高频激励融冰时间的影响规律。该研究成果为高频激励融冰技术应用于输电线路融冰提供一定的参考价值。

关键词：输电线路高频激励融冰耦合场 ANSYS软件高频激励融冰时间

耦合场调控Λ型和V型联合原子系统中的吸收特性

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河北大学学报（自然科学版） 2019年第5期39卷 473-477页

作者：袁小先王龙龙史亚芳周文广刘燚王颖李晓莉河北大学物理科学与技术学院河北省光电信息材料重点实验室

以量子力学为基础对耦合场调控Λ型和V型联合原子系统中的吸收特性进行理论研究.针对弱探测场情况,采用微扰法求解系统密度矩阵运动方程,通过数值模拟得到系统的探测吸收谱.以耦合场2作为联结场,将耦合场1和耦合场2组成的V型系统以及耦... 详细信息

以量子力学为基础对耦合场调控Λ型和V型联合原子系统中的吸收特性进行理论研究.针对弱探测场情况,采用微扰法求解系统密度矩阵运动方程,通过数值模拟得到系统的探测吸收谱.以耦合场2作为联结场,将耦合场1和耦合场2组成的V型系统以及耦合场2和探测场构成的Λ型系统联系在一起,通过调谐耦合场1的拉比强度控制EIT线宽和多窗口的变化,调谐耦合场2的频率失谐量控制EIT的非线性特性.

关键词：耦合场 Λ型和V型联合原子系统电磁诱导透明吸收特性

基于“磁–机械”耦合场理论的电力变压器绕组振动特性研究

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中国电机工程学报 2016年第9期36卷 2555-2562页

作者：王丰华段若晨耿超钱国超卢勇电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海市闵行区200240 云南电网有限责任公司电力科学研究院云南省昆明市650217

为进一步理解和掌握变压器绕组的振动特性,通过建立实体变压器的三维有限元分析模型,使用超弹性Mooney-Rivlin模型模拟变压器绕组垫块的非线性材料特性,基于"磁–机械"耦合场理论实现了变压器运行过程中由电动力激励到绕组振动响应的全... 详细信息

为进一步理解和掌握变压器绕组的振动特性,通过建立实体变压器的三维有限元分析模型,使用超弹性Mooney-Rivlin模型模拟变压器绕组垫块的非线性材料特性,基于"磁–机械"耦合场理论实现了变压器运行过程中由电动力激励到绕组振动响应的全过程仿真分析,得到了变压器绕组在电磁力激励下正常与松动状态下的振动特性。对某35 k V电力变压器振动特性的测试结果表明,变压器绕组振动波形的计算结果与直接布置于绕组上的光振传感器的测试结果吻合良好,验证了计算结果的正确性。此外,变压器绕组松动即预紧力的下降相当于垫块材料刚度的增加,此时,绕组振动信号中的100 Hz分量及其倍频均随之增大,但增幅各异。研究结果可为变压器绕组结构优化及绕组变形振动检测法提供重要依据。

关键词：有限元分析超弹性模型耦合场变压器绕组振动

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基于电磁-流场耦合的轨道冷却仿真分析

电工技术学报 2020年第17期35卷 3601-3608页

作者：古刚吴立周耿昊赵玺海军工程大学电气工程学院武汉430033 中国船舶重工集团公司第七一三研究所郑州450015

轨道加速器连续工作时,轨道局部温升过高会严重影响其结构强度,有必要对其温升和冷却效果进行仿真分析。该文从分析轨道加速器的动态特性出发,给出电枢运动状态下轨道热源加载、多次加速的时间步长差异等关键问题的解决方法。基于Ansys-... 详细信息

轨道加速器连续工作时,轨道局部温升过高会严重影响其结构强度,有必要对其温升和冷却效果进行仿真分析。该文从分析轨道加速器的动态特性出发,给出电枢运动状态下轨道热源加载、多次加速的时间步长差异等关键问题的解决方法。基于Ansys-APDL语言,编程实现了轨道冷却的电磁-流场耦合仿真分析。无水冷工况下,在连续5次加速后轨道最高温度已超过铜材软化温度400℃。通过分析冷却水参数对轨道冷却效果的敏感度,最终选取体积浓度为50%的乙二醇水溶液作为冷却液。在连续7次加速后,冷却液与轨道最高温度基本不再上升,且轨道最高温度为308.7℃,未超过铜材料的软化温度。该仿真方法和结果对轨道加速器的热管理具有一定的指导意义。

关键词：轨道加速器冷却耦合场有限元

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石油套管淬火冷却中三维耦合场的有限元模拟

材料热处理学报 2011年第1期32卷 155-161页

作者：李亚欣刘雅政周乐育李阳华邹喜洋北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 北京科技大学中冶技术发展有限公司北京100029 衡阳华菱钢管(集团)有限公司技术中心湖南衡阳421001

建立了石油套管在淬火冷却过程中温度、应力场的三维非线性热力耦合有限元模型,并分析了温度、应力场的变化规律和分布状态。模拟结果表明:冷却过程中,轴截面沿径向的温差先增加后减小,冷却2.5 s时,温差最大为274℃。冷却至5.5 s时,外... 详细信息

建立了石油套管在淬火冷却过程中温度、应力场的三维非线性热力耦合有限元模型,并分析了温度、应力场的变化规律和分布状态。模拟结果表明:冷却过程中,轴截面沿径向的温差先增加后减小,冷却2.5 s时,温差最大为274℃。冷却至5.5 s时,外表面首先开始发生马氏体转变;当冷却至11.5 s时,套管整体温度≤280℃,几乎完成了马氏体转变。套管切向应力对套管影响作用最明显,在冷却初期,热应力作用使切向应力随温差增大而升高,减小而降低;发生组织转变后,热应力和组织应力共存,随冷却进行切向应力迅速升高,至7.5 s达到最大为561 MPa;完成组织转变后,只有热应力存在,随冷却进行温差减小切向应力亦降低。

关键词：有限元石油套管淬火过程耦合场