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三峡库区河道滑坡涌浪消减简单结构物型式优化研究

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工程地质学报 2024年第1期32卷 216-226页

作者：许凯凯张全黄波林李宏林冯万里闫国强防灾减灾湖北省重点实验室三峡大学宜昌443002 中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074

三峡库区水位变化加剧了河道内滑坡涌浪产生的频次。为了保证人民生命财产安全,对滑坡涌浪产生的能量进行了消减分析。通过物理模型试验对板式(T字型、十字型)、栅栏式(单列型、多列型)以及多孔式(整体型、分割型)消浪结构物进行消浪效... 详细信息

三峡库区水位变化加剧了河道内滑坡涌浪产生的频次。为了保证人民生命财产安全,对滑坡涌浪产生的能量进行了消减分析。通过物理模型试验对板式(T字型、十字型)、栅栏式(单列型、多列型)以及多孔式(整体型、分割型)消浪结构物进行消浪效率、消浪机制以及综合性应用对比分析,得到主要结论如下:栅栏式单列型在河道应急、涌浪消减方面效果最优,按照衰减性能与能量耗散共分为4种模式(入射波浪反射、竖向挡浪板对水体运动的阻挡、浮板与水体相互摩擦和回流)。在对比试验基础上对栅栏式消浪结构物单列型进行试验参数优化、分析推导出栅栏式消能结构物最优型设计公式,并得出了在L/hw为0.65~0.75范围内时栅栏式消浪效率(β≥15%)和适用性最优。同时,在计算二维条件下最优消能效率值方法的基础上,进行三维条件消能结构物最优值的求解方法讨论并给出消能结构物在实际应用中的防治措施与建议。

关键词：三峡库区滑坡涌浪消浪结构物涌浪消减消浪效率

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新型双层笼套式节流阀流场数值模拟分析

科学技术与工程 2024年第10期24卷 4091-4099页

作者：张海鹏张引弟黄孝红长江大学石油工程学院武汉430100 油气钻采工程湖北省重点实验室(长江大学) 武汉430100

笼套式节流阀是高压气井开采常用的关键装置之一。高压气体通过节流阀进行调压和调产,在低温高压的环境下,由于焦耳-汤姆逊效应的影响,流体流经节流孔处时温度较低,极易产生天然气水合物,影响天然气生产的正常运行。因此,节流阀的性能... 详细信息

笼套式节流阀是高压气井开采常用的关键装置之一。高压气体通过节流阀进行调压和调产,在低温高压的环境下,由于焦耳-汤姆逊效应的影响,流体流经节流孔处时温度较低,极易产生天然气水合物,影响天然气生产的正常运行。因此,节流阀的性能将直接影响生产的质量、成本和安全。传统的笼套式节流阀降压效果较差、节流效率较低、使用寿命较短。基于此,以新型双层笼套式节流阀为基本模型,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟方法对节流阀中天然气节流特性进行研究,并与传统笼套式节流阀的节流性能进行对比,在本文设置工况下,相比于传统笼套式节流阀,新型笼套式节流阀在节流孔局部的最低压力降低9.5%,最低温度提高7.8%,最大速度降低12.0%,更不易形成低温高压的水合物生成环境,且流体对结构的冲蚀作用更小,其总体性能优于传统式结构;同时研究得出了流体流动参数和节流孔结构参数的改变对新型笼套式节流阀节流性能的影响规律,对实际生产应用具有一定的指导作用。

关键词：笼套式节流阀节流效应天然气水合物数值模拟流场分析

考虑变形协调的地震作用下反倾岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析方法

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岩石力学与工程学报 2024年第1期43卷 146-156页

作者：王润清陈从新郑允邵勇吴润富中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 华东交通大学土木工程学院江西南昌330013

我国西南地区高陡反倾岩质边坡广泛分布,坡体深部折断贯通容易形成规模巨大的滑坡,而地震是诱发反倾岩质边坡失稳破坏的重要外部因素。为分析地震作用下反倾岩质边坡的稳定性,以相邻岩层为基本力学分析单元,将其视为自由变形或协调变形... 详细信息

我国西南地区高陡反倾岩质边坡广泛分布,坡体深部折断贯通容易形成规模巨大的滑坡,而地震是诱发反倾岩质边坡失稳破坏的重要外部因素。为分析地震作用下反倾岩质边坡的稳定性,以相邻岩层为基本力学分析单元,将其视为自由变形或协调变形的叠合悬臂梁,提出2种变形模式的判别条件。在此基础上,提出地震作用下反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏力学模型,建立各岩层自由变形和协调变形的力学平衡方程,给出划分岩层变形类型的计算方法和边坡整体稳定性判别方法,并基于Matlab实现了地震作用下反倾岩质边坡弯曲倾倒分析的程序化。通过与不同地震影响系数下边坡UDEC模拟结果对比发现,理论计算和数值模拟得到的边坡安全系数相差最大不超过16%,自由变形区和协调变形区范围基本吻合,验证了所提方法的正确性。采用理论方法进行参数分析发现:岩层倾角对地震作用的影响显著,在相同地震影响系数下,边坡安全系数的降低幅度随着岩层倾角的增加而增大,而边坡坡度和岩层厚度对地震作用影响较小。研究结果对地震高危区域反倾岩质边坡失稳破坏的防治具有指导意义。

关键词：边坡工程弯曲倾倒地震作用变形协调分析方法

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重卡轮毂的缩松缩孔形成机理及工艺优化

铸造 2024年第4期73卷 551-555页

作者：熊仁龙王荣昌吴和保苏现想凌骏春连明堂万鹏武汉工程大学机电工程学院化工装备强化与本质安全湖北省重点实验室湖北武汉430205 湖北新兴全力机械有限公司湖北随州441300

针对重卡汽车轮毂在铸造过程中出现的缩孔缩松缺陷问题,采用顺序凝固结合均衡凝固理论,利用华铸CAE进行铸造模拟,优化了补缩系统。优化后的浇冒口系统显著缩短了凝固时间,降低了因缩松缩孔造成的废品率。结果表明,铸件的结构完整性和理... 详细信息

针对重卡汽车轮毂在铸造过程中出现的缩孔缩松缺陷问题,采用顺序凝固结合均衡凝固理论,利用华铸CAE进行铸造模拟,优化了补缩系统。优化后的浇冒口系统显著缩短了凝固时间,降低了因缩松缩孔造成的废品率。结果表明,铸件的结构完整性和理化性能均满足标准要求。本研究为提高铸件质量和优化铸造工艺提供了有益参考。

关键词：重卡轮毂球墨铸铁缩松缩孔工艺优化

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径-轴向磁轴承冷却设计及温度场分析

中国电机工程学报 2024年第12期44卷 4945-4955,I0029页

作者：刘斌余中军付佳舰船综合电力技术国防科技重点试验室(海军工程大学) 湖北省武汉市430033

由于磁轴承与转子无直接物理接触、支承特性可控,在小功率等级电机环境下其损耗较低,可采用自然冷却。而对于大功率等级电机,磁轴承损耗增大,必须考虑冷却设计以降低其温升。该文以某型兆瓦级高速永磁发电机磁轴承为研究对象,在考虑径-... 详细信息

由于磁轴承与转子无直接物理接触、支承特性可控,在小功率等级电机环境下其损耗较低,可采用自然冷却。而对于大功率等级电机,磁轴承损耗增大,必须考虑冷却设计以降低其温升。该文以某型兆瓦级高速永磁发电机磁轴承为研究对象,在考虑径-轴向磁轴承集成状态及发电机实际内部环境条件下,基于径-轴向磁轴承三维流场、温度场分析,首先研究了自然冷却条件下磁轴承温度场特征,结果表明磁轴承温度过高,径向磁轴承定转子会产生较大热变形,增大磁轴承安全运行风险。为了解决该问题,该文结合电机空冷结构和磁轴承结构特征,提出一种集成化主动冷却结构,并仿真分析了冷却效果,结果表明进行主动冷却后径-轴向磁轴承温度明显下降,径向磁轴承定转子气隙变化量大幅减小。最后,进行样机温升试验,试验结果与仿真结果一致。

关键词：磁轴承集成状态三维温度场分析冷却设计

聚醚胺-230处治膨胀土的膨胀-压缩-收缩试验

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中国公路学报 2024年第6期37卷 111-121页

作者：邱煜卢正颜廷舟李剑丁新胜胡海翔姚海林中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 环境岩土工程湖北省重点实验室湖北武汉430071 湖北省交通规划设计院股份有限公司湖北武汉430051 中能建葛洲坝轨道交通建设有限公司广东深圳518116

基于高效、快速、大面积处治膨胀土的工程需求,以聚醚胺-230作为水溶性膨胀土稳定剂并成功实现对膨胀土的快速处治。模拟常规路基施工中配制含水率后的压实填筑方法,讨论聚醚胺水溶液代替水按照掺入配比的方法处治膨胀土的效果与土壤特... 详细信息

基于高效、快速、大面积处治膨胀土的工程需求,以聚醚胺-230作为水溶性膨胀土稳定剂并成功实现对膨胀土的快速处治。模拟常规路基施工中配制含水率后的压实填筑方法,讨论聚醚胺水溶液代替水按照掺入配比的方法处治膨胀土的效果与土壤特性变化。通过膨胀、固结与收缩试验比较了膨胀土与不同聚醚胺-膨胀土质量比对应处治土的膨胀、压缩与收缩特性。结果表明:聚醚胺的迅速吸附能抑制并调控膨胀土的膨胀与收缩劣害性,同时使压实处治土展现出土壤结构的强化特性。处治土的膨胀、压缩和收缩指标均显著降低;样品制备为干密度1.62 g·cm^(-3)时,膨胀土可被处治为低膨胀性、低收缩性、中压缩性的处治土。基于吸附机理,聚醚胺的掺入量主要影响着处治效果,但存在处治极限即无法完全抑制膨胀与收缩特性。主要处治机理通过对扫描电子显微镜图像与膨胀土中黏粒部分的X-衍射分析进行表征,干燥的提取黏粒中蒙皂石层间距1.49 nm变化为处治后的1.36 nm,可解释为聚醚胺的插层效应导致蒙皂石矿物层间的离子水化受到抑制。聚醚胺单层平铺吸附于蒙皂石矿物层间,层间钙离子无法水化至2层水分子以上扩大层间距。土壤颗粒表面水敏性显著降低,土壤微观结构图像直观地揭示了聚醚胺在膨胀土中的吸附导致的水化抑制与土壤结构强化效应。

关键词：路基工程膨胀土试验研究稳定剂膨胀压缩收缩聚醚胺-230

考虑截面规则性的柱状节理岩体变形及强度特性研究

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岩土力学 2024年第1期45卷 213-225页

作者：朱姝阙相成朱珍德朱其志河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心江苏南京210098

柱状节理岩体的复杂结构使其现场力学参数的确定存在困难,可靠地估计柱状节理岩体强度及变形特性对工程安全至关重要。结合Voronoi图形及3D打印技术制作不规则柱状节理岩体光敏树脂模具,并制备了具有不同倾角的规则及不规则柱状节理岩... 详细信息

柱状节理岩体的复杂结构使其现场力学参数的确定存在困难,可靠地估计柱状节理岩体强度及变形特性对工程安全至关重要。结合Voronoi图形及3D打印技术制作不规则柱状节理岩体光敏树脂模具,并制备了具有不同倾角的规则及不规则柱状节理岩体试样。基于开展的单轴压缩试验结果,分析不同截面柱状节理岩体的变形及强度特性差异。根据试样最终破坏形态,揭示柱状节理岩体破坏模式及机制。结合已有研究结果,描述节理面材料对柱状节理岩体破坏形态及强度的影响。基于传统节理系数方法,提出了更能反映柱状节理岩体柱体结构特征的修正节理系数方法。采用修正节理系数法建立规则及不规则柱状节理岩体试验结果与现场变形及强度参数间的经验关系,将所提出计算公式应用于白鹤滩水电站工程,预测结果与现场实测值及RMR法(RMR为岩石质量评分指标)、Q法(Q为岩体质量指标)的预测值进行比较。结果表明,对于现场变形和强度参数,所提出的修正节理系数法的预测结果与现场实测结果较为吻合。

关键词：截面规则性柱状节理岩体变形及强度特性物理模型试验经验关系

多元介孔MOFs:通过调节表面亲水/疏水性实现酶固定化的多功能平台

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 386-398页

作者：冯玉晓马庆庆王子辰张群力赵利雪崔建东杜英杰贾士儒天津科技大学生物工程学院食品营养与安全国家重点实验室工业发酵微生物教育部重点实验室天津300457 湖北大学生命科学学院生物催化与酶工程国家重点实验室湖北武汉430062 天津益倍生物科技集团有限公司天津300457 浙江大学生命科学学院生物质化工教育部重点实验室浙江杭州310050

作为高效的生物催化剂,酶在食品加工、医药制造、化学工业和能源开发等众多领域发挥着重要作用.然而,游离状态的酶由于存在稳定性差、易失活、难以回收利用及不适用于连续化生产等问题,限制了其广泛应用.为了解决上述难题,人们探索发展... 详细信息

作为高效的生物催化剂,酶在食品加工、医药制造、化学工业和能源开发等众多领域发挥着重要作用.然而,游离状态的酶由于存在稳定性差、易失活、难以回收利用及不适用于连续化生产等问题,限制了其广泛应用.为了解决上述难题,人们探索发展了固定化酶技术.固定化酶不仅保留了原有的催化活性,而且在稳定性方面有了显著提升,从而极大地提高了酶的利用效率.随着固定化酶材料和酶工程领域的不断发展,固定化酶技术为酶的应用开辟了更广阔的前景.沸石-咪唑骨架材料-8(ZIF-8)作为一种金属-有机骨架(MOFs)材料,因其独特的结构特性而被广泛用作酶固定化载体.然而,ZIF-8的微孔结构和固有的疏水性,以及前体物2-甲基咪唑(2-MeIm)的质子化现象,常常影响固定化酶的活性.为克服这些限制,本文采用多元配体竞争和孔隙工程相结合的策略,设计并制备了一种具有可调节亲水/疏水表面的新型多元介孔MOFs(mMOFs),并用作酶固定化载体.在mMOFs的制备过程中,采用亲水性和配位能力更强的3-甲基-1H-1,2,4-三唑(3-MTZ)和5-甲基四唑(5-MTA)配体,以部分替代传统的2-MeIm配体.随后,这些多元配体(包括2-MeIm,3-MTZ和5-MTA)与七水硫酸锌结合,在甲醇溶液中通过自凝聚作用形成透明的胶体溶液,进而完全溶解在水中.在此过程中,七水硫酸锌发挥了软模板的作用,引导介孔的形成,从而成功制备出新型多元介孔mMOFs.接着,利用这些mMOFs作为酶固定化的载体,固定了辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx),并详细研究了其催化性能.结果表明,与传统的ZIF-8载体相比,以mMOFs为载体的固定化酶展现出了更高的酶活性和稳定性.催化性能提升主要归因于mMOFs的亲水性和介孔结构改善了酶和底物间的传质,同时2-MeIm的质子化效应减弱也为酶提供了优良的微环境,稳定了酶的构象.综上,本文采用多元配体竞争与孔隙工程相结合的策略,成功构建了一种具有可调节亲水/疏水表面的新型多元介孔mMOFs,并用于酶固定化,所得固定化酶表现出较好的催化性能.通过深入的研究,揭示了该固定化酶表现出良好催化性能的作用机制,为可控设计制备性能优越的、以MOFs为载体的固定化酶提供了新思路,并为进一步拓宽MOFs材料的应用范围提供了参考.

关键词：介孔金属-有机骨架竞争性配体软模板固定化酶

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耐热Al-Ce合金的组织和力学性能

特种铸造及有色合金 2024年第2期44卷 222-227页

作者：肖昌焱林冲谭纬文李杰吴树森武汉工程大学机电工程学院化工装备强化与本质安全湖北省重点实验室武汉430205 华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、能谱仪等手段,研究了Al-xCe(x=6,8,10,12,%,质量分数,下同)和Al-8Ce-yNi(y=2,3,4,5,6,%)合金的组织和力学性能。结果表明,随着Ce含量增加,Al-Ce二元合金中α-Al枝晶显著细化,共晶Al_(11)Ce_(3)相... 详细信息

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、能谱仪等手段,研究了Al-xCe(x=6,8,10,12,%,质量分数,下同)和Al-8Ce-yNi(y=2,3,4,5,6,%)合金的组织和力学性能。结果表明,随着Ce含量增加,Al-Ce二元合金中α-Al枝晶显著细化,共晶Al_(11)Ce_(3)相体积分数增大;当Ce含量为12%时,生成了粗大的初生Al_(11)Ce_(3)相。随着Ni含量增加,Al-8Ce-yNi合金固液两相区变窄,α-Al晶体固液界面成分过冷程度增加,晶体分枝加快,这导致了α-Al枝晶尺寸明显减小,同时合金中出现了由Al_(3)Ni和Al_(11)Ce_(3)相构成的三元共晶团网状结构。Al-8Ce-yNi合金室温和350℃高温抗拉强度均随着Ni含量的增加而增大。当Ni含量为6%时,合金室温和350℃高温下抗拉强度均达到最大值,分别为189 MPa和72 MPa。

关键词：耐热Al-Ce合金组织力学性能