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蚀变型金矿石水力压裂裂缝起裂扩展规律实验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3321-3332页

作者：于骞刘江伟陈绍杰李亚康山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590

蚀变型金矿石水压裂缝起裂扩展规律对水力压裂开采金矿具有重要意义,开展不同注水流量、不同最小水平主应力、不同注水孔与节理面夹角的蚀变型金矿石真三轴水力压裂实验。结果表明:(1)当蚀变型金矿石水平主应力差为1~3 MPa时,起裂应力为... 详细信息

蚀变型金矿石水压裂缝起裂扩展规律对水力压裂开采金矿具有重要意义,开展不同注水流量、不同最小水平主应力、不同注水孔与节理面夹角的蚀变型金矿石真三轴水力压裂实验。结果表明:(1)当蚀变型金矿石水平主应力差为1~3 MPa时,起裂应力为22.2~40.0 MPa;注水流量从5 mL/min增大到15,30 mL/min,起裂应力从16.53 MPa分别增大17.4%,34.3%;最小水平主应力从4 MPa增大到5,6 MPa,起裂应力从22.20 MPa分别增大37.4%,80.2%;注水孔与节理面夹角从0°增大到45°,90°,起裂应力从22.20 MPa分别增大6.3%,24.9%;在相近的地应力条件下,蚀变型金矿石比煤岩、灰岩、砂岩、页岩等沉积岩起裂应力更大;(2)蚀变型金矿石水压裂缝按扩展路径可分为直线扩展和折线扩展2种模式;注水流量从5 mL/min增大到15,30 mL/min,裂缝扩展方向与最小水平主应力方向垂直程度增高,转向次数由2次均减少至0次;最小水平主应力从4 MPa增大到5,6 MPa,裂缝转向次数由0次增加至1和3次,转向角度增大;注水孔与节理面夹角从0°增大到45°,90°,裂缝扩展方向受节理面干扰程度增大并偏向节理面扩展;蚀变型金矿石水压裂缝多为主裂缝,次级裂缝发育少分布简单,沉积岩次级水压裂缝数量多且分布复杂;(3)蚀变型金矿石裂缝面按照形貌特征可分为平滑裂缝面和粗糙裂缝面;注水流量从5 mL/min增大到15,30 mL/min,裂缝面凸起变小,凸起面积占裂缝面面积由63%降低至45%,0;最小水平主应力从4 MPa增大到5,6 MPa,凸起面积占裂缝面面积由0增至40%,45%;注水孔与节理面夹角从0°增大到45°,90°,裂缝面均保留节理面形貌特征且平滑无凸起;蚀变型金矿石裂缝面粗糙,而沉积岩裂缝面较平滑。

关键词：采矿工程蚀变型金矿石水力压裂起裂应力扩展规律形貌特征

方形和矩形截面通道内两相换热特性的实验研究

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工程热物理学报 2024年第3期45卷 850-855页

作者：张井志张博程成安俊雷丽周乃香山东大学能源与动力工程学院济南250061

微热沉、微通道换热器等非圆形截面流动通道中的泰勒流由于强化换热的特性受到了广泛的关注。本文在恒定热流密度边界下,以空气和水为工质对4 mm×4 mm,5 mm×3 mm截面水平管道进行了气液两相流换热特性实验研究。讨论了不同入口气体、... 详细信息

微热沉、微通道换热器等非圆形截面流动通道中的泰勒流由于强化换热的特性受到了广泛的关注。本文在恒定热流密度边界下,以空气和水为工质对4 mm×4 mm,5 mm×3 mm截面水平管道进行了气液两相流换热特性实验研究。讨论了不同入口气体、液体入口雷诺数和液塞长度对方管和矩形管壁面温度和努塞尔数的影响。结果表明:液相雷诺数和气相雷诺数对方管和矩形管两相换热系数的影响有部分差异。本文结果为微通道换热器的设计和矩形管及方形管泰勒流的换热数学模型的建立提供了参考。

关键词：换热特性气液两相流矩形通道方形通道

应力波作用下隧洞顶板围岩块体失稳滑动解析理论研究

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力学学报 2024年第1期56卷 183-197页

作者：王晓山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590

由于地质结构和开挖面的影响,隧洞围岩通常被切割成不同形状和尺寸的块体.其中,一些关键块体在开挖卸载后仍然保持稳定,但当受到应力波(如爆破振动和地震等)的干扰时可能会失去稳定性并滑动.基于应力波传播理论推导了隧洞围岩顶板矩形... 详细信息

由于地质结构和开挖面的影响,隧洞围岩通常被切割成不同形状和尺寸的块体.其中,一些关键块体在开挖卸载后仍然保持稳定,但当受到应力波(如爆破振动和地震等)的干扰时可能会失去稳定性并滑动.基于应力波传播理论推导了隧洞围岩顶板矩形关键块体动力失稳滑动解析模型,在计算块体滑动位移过程中,考虑了块体间节理的不同闭合-张开模式,并采用线弹性模型和库仑滑移模型来描述节理的法向和切向行为.通过UDEC数值模型验证了解析模型的有效性和可靠性.随后,基于解析模型探讨了可能影响块体失稳滑动的参数.研究结果表明:在应力波作用下,隧洞围岩块体间节理面会闭合-张开,在张开过程中节理面的摩擦力会逐渐降低,甚至为零,块体间节理面的超低摩擦和无摩擦阶段对块体滑动位移的影响最大;当应力波垂直作用于围岩块体结构面且强度足以诱使节理面张开时,影响块体滑动位移较大的参数是节理面初始法向应力、应力波振幅、频率和块体岩性,单周期正弦应力波下块体滑动位移的变化在0.659~1.502 mm之间;其次为节理初始法向刚度、块体尺寸,块体滑动位移的变化在0.15~0.168 mm之间.

关键词：应力波围岩块体失稳滑动节理解析模型

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石炭纪全球野火事件分布及主控因素

地质学报 2024年第6期98卷 1893-1903页

作者：吕大炜徐锦程张之辉高洁杜文旭张奥聪王东东山东科技大学地球科学与工程学院山东青岛266590

自志留纪以来,野火开始在陆地范围内广泛出现并对陆地生态系统造成了重大影响。石炭纪是植物开始繁盛时期,但其野火发生的分布规律及其主控因素仍然不清楚。为此,基于木炭、惰质组(煤中木炭)和热解多环芳烃3种类型野火证据,本文系统收... 详细信息

自志留纪以来,野火开始在陆地范围内广泛出现并对陆地生态系统造成了重大影响。石炭纪是植物开始繁盛时期,但其野火发生的分布规律及其主控因素仍然不清楚。为此,基于木炭、惰质组(煤中木炭)和热解多环芳烃3种类型野火证据,本文系统收集和整理了石炭纪全球159个野火事件记录。研究发现石炭纪野火事件主要集中在低纬度热带地区,杜内期高纬度地区无野火记录,其余时间段高纬度地区均出现零星的野火记录。石炭纪晚期野火事件发生频率明显高于石炭纪早期,并在晚石炭世巴什基尔期和莫斯科期野火事件发生频率达到最高值。早杜内期至早维宪期野火事件增多与大气氧气浓度升高和热带沼泽开始发育有关。随后大气氧气浓度降低导致晚维宪期—谢尔普霍夫期野火事件发生频率下降。而巴什基尔期至莫斯科纪期野火事件高频率发生与当时充足植物燃料有关。卡西莫夫期—格舍尔期低纬度森林面积以及植物属种数量的降低导致野火事件数量大幅度下降。该研究成果为进一步理解石炭纪陆地生态系统和古气候演化具有重要意义。

关键词：石炭纪植物野火事件古气候

基于砂型3D打印的复杂节理岩体变形破坏特征试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第3期43卷 754-767页

作者：王文海蒋力帅何鑫王宗可赵烨山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590

复杂节理岩体变形破坏特征对于指导工程岩体稳定性控制具有重要理论意义和工程价值。为了克服浇筑法难以制备复杂节理试件的局限以研究节理密度对岩体变形破坏特征的影响,采用砂型3D打印技术制备基于Monte-Carlo法的含复杂节理岩体试件... 详细信息

复杂节理岩体变形破坏特征对于指导工程岩体稳定性控制具有重要理论意义和工程价值。为了克服浇筑法难以制备复杂节理试件的局限以研究节理密度对岩体变形破坏特征的影响,采用砂型3D打印技术制备基于Monte-Carlo法的含复杂节理岩体试件,通过单轴压缩试验与数字图像相关技术(DIC)相结合,研究复杂节理密度对岩体力学特征、破裂演化过程及破坏模式的影响规律,探究复杂节理对岩体的劣化效应。结果表明:随着节理密度的增加,峰值强度和峰值应变呈指数型减小,弹性模量呈线性减小;峰前总能量、弹性应变能、耗散能和峰后盈余能量均呈指数减小,而峰后释放能则呈线性减小;节理的位置和倾角共同影响着试件裂纹产生及延伸,随着节理密度的不断增加,试件破坏所产生的裂纹更易沿着特定路径扩展,节理对裂纹扩展控制作用增强。研究成果能够为复杂节理岩体力学试验的进一步研究提供新的研究思路,为复杂节理岩体变形破坏机制与稳定性分析提供理论依据。

关键词：岩石力学砂型3D打印复杂节理岩体节理密度力学特性破坏特征

响应面法和人工神经网络对亚临界CO_(2)萃取红花籽油的建模与优化

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食品工业科技 2024年第10期45卷 225-233页

作者：刘国祎郭建章陈星王威强青岛科技大学机电工程学院山东青岛266061 山东大学机械工程学院山东济南250061

本文旨在寻找有效建模方法以预测亚临界CO_(2)萃取红花籽油的萃取率,优化其萃取工艺条件。以单因素实验为基础,采用Box-Behnken试验设计,研究了萃取压力、分离温度、萃取时间对红花籽油萃取率的影响,并采用响应面法(RSM)和人工神经网络(... 详细信息

本文旨在寻找有效建模方法以预测亚临界CO_(2)萃取红花籽油的萃取率,优化其萃取工艺条件。以单因素实验为基础,采用Box-Behnken试验设计,研究了萃取压力、分离温度、萃取时间对红花籽油萃取率的影响,并采用响应面法(RSM)和人工神经网络(ANN)两种方法分别对同一实验进行建模分析,通过RSM数值优化、人工神经网络和遗传算法结合(ANN-GA)两种方法优化其工艺条件。结果表明,RSM与ANN两种模型均能较为精准预测,但通过两种模型的决定系数(R^(2))、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)、均方根误差(RMSE)值比较,得出ANN模型(R^(2)=0.9966)的预测效果较优于RSM模型(R^(2)=0.9950)。ANN-GA确定的最佳萃取条件及萃取率分别为:萃取压力19.04 MPa、分离温度55.50℃、萃取时间134.98 min、萃取率23.52%。综上,RSM和ANN两种方法均可用于亚临界CO_(2)萃取带壳红花籽油的建模与优化,但ANN的预测准确度及拟合能力更为优秀。

关键词：亚临界CO_(2)萃取红花籽油响应面法人工神经网络遗传算法

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周转箱多模型系统的鲁棒切换策略

计算机集成制造系统 2024年第2期30卷 744-764页

作者：张松涛向瑞雪张敏临沂大学物流学院山东临沂276005 山东科技大学交通学院山东青岛266590 临沂大学图书馆山东临沂276005

为了抑制提前期和不确定需求对周转箱利用率的影响,研究一种周转箱多模型系统的鲁棒切换策略。首先,基于周转箱的正向流动和逆向流动,设计一种包含制造商、运营商和客户的周转箱供应链系统;然后,构建不确定需求下含生产提前期、订购提... 详细信息

为了抑制提前期和不确定需求对周转箱利用率的影响,研究一种周转箱多模型系统的鲁棒切换策略。首先,基于周转箱的正向流动和逆向流动,设计一种包含制造商、运营商和客户的周转箱供应链系统;然后,构建不确定需求下含生产提前期、订购提前期和还箱提前期的周转箱供应链动态演变基本模型;再次,在设计制造商生产切换策略和运营商运营切换策略的基础上,将周转箱供应链系统表示为多模型系统。将上述周转箱供应链的基本模型、切换策略和多模型系统扩展为周转箱供应链网络后,对可描述周转箱多模型系统的Takagi-Sugeno模糊控制系统提出一种鲁棒控制策略。由周转箱的切换策略和鲁棒控制策略组成的周转箱多模型系统的鲁棒切换策略可以降低多种提前期和不确定需求对周转箱供应链和网络的影响,实现周转箱供应链和网络的低成本稳定运作。最后,通过某汽车零部件周转箱供应链和网络的仿真实验验证了所提周转箱多模型系统鲁棒切换策略的有效性。

关键词：周转箱多模型系统鲁棒切换供应链提前期

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横向气流作用的水平管降膜厚度分布研究

工程热物理学报 2024年第6期45卷 1808-1817页

作者：徐震祝豪杰赵亚磊山东大学能源与动力工程学院济南250061

液膜厚度是反映水平管外液膜流动特性的重要参数之一。本文采用空气–水体系和电导探针法实验研究了管间柱状流条件下轴向和周向液膜厚度分布,分析了横向气流对液膜厚度分布的影响机理。结果表明,无气流作用时,波峰处周向液膜厚度随周... 详细信息

液膜厚度是反映水平管外液膜流动特性的重要参数之一。本文采用空气–水体系和电导探针法实验研究了管间柱状流条件下轴向和周向液膜厚度分布,分析了横向气流对液膜厚度分布的影响机理。结果表明,无气流作用时,波峰处周向液膜厚度随周向角增大先减小后增大,最小值在100°~120°区间,相邻波峰间轴向液膜厚度先增大后减少;横向气流作用时,迎风面液膜厚度在周向角30°~90°内增大、90°~150°内减小,背风面液膜厚度增大,而轴向迎风面液膜厚度波峰范围和铺展面积增加,背风面变化不显著。

关键词：横向气流水平管降膜流动液膜厚度分布

基于多域物理信息神经网络的复合地层隧道掘进地表沉降预测

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岩土力学 2024年第2期45卷 539-551页

作者：潘秋景吴洪涛张子龙宋克志中南大学土木工程学院湖南长沙410075 鲁东大学土木工程学院山东烟台264025

复合地层中盾构掘进诱发地表沉降的准确预测是隧道工程安全建设与施工决策的关键问题。基于隧道施工诱发地层变形机制构建隧道收敛变形与掘进位置的联系,并将其耦合至深度神经网络(deep neural network,简称DNN)框架,建立了预测盾构掘... 详细信息

复合地层中盾构掘进诱发地表沉降的准确预测是隧道工程安全建设与施工决策的关键问题。基于隧道施工诱发地层变形机制构建隧道收敛变形与掘进位置的联系,并将其耦合至深度神经网络(deep neural network,简称DNN)框架,建立了预测盾构掘进诱发地层变形的物理信息神经网络(physics-informed neural network,简称PINN)模型。针对隧道上覆多个地层的地质特征,提出了多域物理信息神经网络(multi-physics-informed neural network,简称MPINN)模型,实现了在统一的框架内对不同地层的物理信息分区域表达。结果表明:MPINN模型高度还原了有限差分法的计算结果,可以准确预测复合地层中隧道开挖诱发的地表沉降;由于融入了物理机制,MPINN模型对隧道施工诱发地表沉降的问题具有普适性,可应用于不同地质和几何条件下隧道诱发地表沉降的预测;基于工程实测数据,提出的MPINN模型准确预测了监测断面的地表沉降曲线,可为复合地层下盾构掘进过程中地表沉降的预测预警提供参考。

关键词：物理信息神经网络(PINN) 盾构隧道地表沉降机器学习数据物理驱动