检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：李志超华南理工大学

学位级别：博士

薄壁结构作为重要的吸能部件广泛应用于汽车、轨道交通、航空等领域,它能在发生碰撞时通过自身的压溃变形吸收大量冲击动能,从而有效减缓冲击载荷。研究薄壁结构的吸能特性,对汽车等交通工具的抗撞安全性具有重要意义。目前关于薄壁结... 详细信息

薄壁结构作为重要的吸能部件广泛应用于汽车、轨道交通、航空等领域,它能在发生碰撞时通过自身的压溃变形吸收大量冲击动能,从而有效减缓冲击载荷。研究薄壁结构的吸能特性,对汽车等交通工具的抗撞安全性具有重要意义。目前关于薄壁结构的抗撞性研究绝大部分是基于提高轴向吸能特性开展的,关于提高不同角度加载下薄壁结构吸能特性的研究十分欠缺。而实际碰撞中,完全的轴向碰撞发生的情况很少,更常见的情形是冲击载荷方向与吸能部件轴向方向之间存在一定的夹角。针对轴向加载提出的薄壁结构,尽管具有优异的轴向吸能特性,但是在斜向加载下不一定能表现出较好的吸能特性。本文以数值模拟方法为主,结合试验验证、理论分析和多目标优化方法,围绕提高薄壁结构在不同角度加载下的吸能特性展开了一系列的研究。在深刻理解不同角度加载下薄壁结构的压溃变形模式和吸能特性的基础上,提出了三种提高薄壁结构在不同角度加载下吸能特性的方法。具体研究内容如下:(1)研究了不同角度加载下泡沫铝填充方管的吸能特性。基于超折叠单元理论,提出了通过设计诱导结构提高泡沫铝填充方管在不同角度加载下吸能特性的方法。分析了诱导结构的类型(诱导凹槽、圆孔、四角方孔和半凹槽)和数量对泡沫铝填充方管吸能特性的影响。基于综合吸能特性评价方法,确定了最佳诱导结构类型和数量。利用抗撞性优化设计方法,优化了有最佳诱导结构类型和数量的泡沫铝填充方管的结构参数。(2)研究了不同角度加载下多胞方管的吸能特性。基于简化超折叠单元理论,建立了轴向加载下多胞方管的平均压溃载荷理论预测模型,并结合数值模拟方法对理论模型进行了验证。分析了胞数、壁厚和冲击载荷速度对多胞方管压溃特性的影响。基于等强度梁设计原理,从提高多胞方管在不同角度加载下吸能特性的角度出发,提出了沿管轴向方向强度逐渐变化的分层多胞方管结构。分析了层数、壁厚和冲击载荷速度对分层多胞方管压溃特性的影响。基于综合吸能特性评价方法,确定了在不同角度加载下具有最佳综合吸能特性的分层多胞方管结构,并分析了内部各层方管的壁厚对吸能特性的影响。利用抗撞性优化设计方法,优化了分层多胞结构各层方管的壁厚,提高了分层多胞方管在不同角度加载下的吸能特性。(3)研究了不同角度加载下多边形单管和双管结构的吸能特性。分析了内外管的相互作用、多边形管的边数和加载角度对吸能特性的影响。基于综合吸能特性评价方法,确定了在不同角度加载下具有最佳综合吸能特性的多边形双管结构。从提高双管结构在不同角度加载下吸能特性的角度出发,提出将均匀壁厚设计为沿管轴向方向壁厚梯度渐变的功能梯度壁厚双管结构。分析了内、外管的梯度指数和最小壁厚对吸能特性的影响。基于抗撞性优化设计方法,优化了功能梯度壁厚双管结构内、外管的梯度指数和最小壁厚。

关键词：薄壁结构不同角度加载能量吸收特性抗撞性优化数值模拟计算

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客运专线连续箱梁水平转体施工控制及灰色理论预测

客运专线连续箱梁水平转体施工控制及灰色理论预测

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作者：张朋宇燕山大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国经济实力的增长以及交通网络的密集化,全国各地出现了大量立体交叉工程,此类工程在保证线下交通正常运行的同时,又能高效的缓解既有交通线路面临的交通拥堵问题,桥梁墩底水平转体施工技术被广泛应用于此类工程实践中。... 详细信息

近年来,随着我国经济实力的增长以及交通网络的密集化,全国各地出现了大量立体交叉工程,此类工程在保证线下交通正常运行的同时,又能高效的缓解既有交通线路面临的交通拥堵问题,桥梁墩底水平转体施工技术被广泛应用于此类工程实践中。本文以新建赤喀客运专线跨长深高速公路特大桥转体连续梁施工为依托,结合国内外相关工程实践经验,首先对大跨度连续箱梁墩底水平转体施工过程中的关键施工技术进行研究,研究内容包括梁体大型摩阻试验、平衡称重试验以及桥梁转体过程中转体控制参数的理论计算等内容。然后分别利用Abaqus、Midas/Civil有限元软件对桥梁转动体系受力特性和桥墩大体积混凝土分阶段浇筑施工过程进行数值模拟计算,得到球铰局部受力特性规律和桥墩模板在不同工况下的受力变形情况。接着本文利用Midas/Civil有限元软件对大跨度连续箱梁分阶段施工过程进行正装分析,计算得到各施工阶段梁体的挠度变形和应力数据。对比分析可知,在悬臂主梁分阶段施工过程中,箱梁各控制截面处挠度和应力的数值模拟结果与工程实测结果误差较小。最后本文利用灰色系统理论预测的方法,依据与待预测施工阶段相邻的已完成施工阶段实测数据建立GM(1,1)预测模型,对下一施工阶段梁体的线形和应力变化情况进行预测计算,并通过Matlab编程对其预测模型进行求解和精度验证。本文顺利完成对背景桥梁的施工监控,并取得了较好的施工监控效果。研究发现,利用数值数值模拟的方法对桥墩大体积混凝土分阶段施工过程进行计算分析,能大大降低其施工过程中存在的质量和安全隐患;针对主梁悬臂挂篮浇筑施工过程中产生的线形和应力误差,在传统数值模拟计算方法的基础上,利用灰色系统理论预测的方法对施工误差进行分析调整,可以进一步提高施工精度,达到更好的施工监控效果。

关键词：施工监控大跨度连续箱梁水平转体数值模拟计算灰色系统理论

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杭州地铁联络通道冻结设计与施工技术研究

杭州地铁联络通道冻结设计与施工技术研究

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作者：李晓虎安徽理工大学

学位级别：硕士

随着中国人口数量和城镇化率的不断提高,城市的交通拥堵状况越来越严重,合理的利用城市的空间是解决此问题的关键。城市地铁作为现代公共交通工具,具有速度快、载客量大、环境影响小等优点。联络通道作为地铁隧道线路重要的一部分,承担... 详细信息

随着中国人口数量和城镇化率的不断提高,城市的交通拥堵状况越来越严重,合理的利用城市的空间是解决此问题的关键。城市地铁作为现代公共交通工具,具有速度快、载客量大、环境影响小等优点。联络通道作为地铁隧道线路重要的一部分,承担着排水、运输、救援等作用。由于地下水的存在,一部分联络通道开挖存在坍塌、渗水等风险,冻结法的使用很好的解决了此项难题。冻结法具有安全、清洁、对地表影响小等优点,但目前对冻结法中冻结管的差异化布置以及各项支护强度的研究还有待加强。本文首先针对冻结壁形成进行理论分析,分析了冻土的形成过程以及相应阶段的温度变化趋势。分析不同阶段温度场的数学模型及温度分布规律,分析以结构力学计算为基础的冻结壁厚度保守计算公式。以杭州地铁5号线工程浙大紫金港站～三坝村站区间两座联络通道施工为背景,对不同类型的两座联络通道进行冻结法对比设计。当联络通道结构不同时,冻结管布置和冻结时间具有明显差异。利用有限元软件ANSYS对联络通道冻结强度指标进行数值模拟,得出联络通道各个位置的位移、应力,检验冻结法设计是否满足施工强度要求,并对冻结设计进行优化。利用PKPM系列STS钢结构软件对通用隧道多边形支撑强度进行计算,计算出本项目型钢支撑位移。使用有限元分析软件SPA84对联络通道内型钢支架强度进行计算,验证支架间距布置合理性。最后通过冻结温度和压力现场监测,结合相关理论对冻结设计进行分析。图[76]表[14]参[46]

关键词：人工冻结法冻结管设计数值模拟计算应力冻结分析

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锁环式同步器同步环摩擦生热仿真数值模拟计算及有限元建模分析

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石油商技 2012年第5期30卷 138-141页

作者：赵巍粟斌徐万里徐曦萌中国人民解放军总后勤部油料研究所

对锁环式同步器的热－应力耦合场进行了直接耦合仿真数值模拟计算，并以有限元软件为工具，建直了同步环与齿圈摩擦副的有限元分析模型，研究了不同摩擦系数下同步环摩擦剐对磨表面的温度分布。研究结果表明，随着摩擦系数的增加，摩擦... 详细信息

对锁环式同步器的热－应力耦合场进行了直接耦合仿真数值模拟计算，并以有限元软件为工具，建直了同步环与齿圈摩擦副的有限元分析模型，研究了不同摩擦系数下同步环摩擦剐对磨表面的温度分布。研究结果表明，随着摩擦系数的增加，摩擦副对磨表面温度呈线性增加。

关键词：数值模拟计算有限元软件摩擦副同步环热仿真同步器锁环式建模分析

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红岩煤矿无煤柱开采采空区倾斜下方向煤层消突带范围研究

红岩煤矿无煤柱开采采空区倾斜下方向煤层消突带范围研究

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作者：楚涛重庆大学

学位级别：硕士

为了研究无煤柱开采采空区倾斜下方向煤层消突范围,以红岩煤矿6#煤层无煤柱开采为工程背景,按照煤体弹塑性损伤变形理论、矿山压力理论、煤层瓦斯流-固耦合理论和岩石力学理论,采用现场取样测试、实验室物理相似模拟试验、数值计算和现... 详细信息

为了研究无煤柱开采采空区倾斜下方向煤层消突范围,以红岩煤矿6#煤层无煤柱开采为工程背景,按照煤体弹塑性损伤变形理论、矿山压力理论、煤层瓦斯流-固耦合理论和岩石力学理论,采用现场取样测试、实验室物理相似模拟试验、数值计算和现场考察相结合的研究方法,展开对红岩煤矿6#煤层倾斜工作面推过后采空区倾向下部煤层集中应力变化规律、条带范围瓦斯赋存规律及条带消突范围的研究,为确定下区段工作面风巷区域是否需要布置底板抽放巷进行条带预抽提供技术依据。论文的主要研究内容及取得的主要研究成果如下:（1）由岩石试件的物理力学试验,得到不同层位岩石试件的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比参数、抗拉强度、粘聚力和内摩擦角等力学特性参数,为物理相似模拟试验和数值模拟计算提供基础的物理力学参数。（2）通过物理相似模拟试验研究,得到了下区段煤层应力分布规律和最大集中应力峰值位置;研究表明:上区段采空区形成后,直接顶发生垮落,煤岩层出现明显裂隙并向上发展,一段时间过后,上部新产生的裂隙宽度越来越小;下区段煤岩层出现不同程度的变形位移,靠近采空区的煤岩体变形较大,煤体产生了膨胀变形,为沿空煤体的瓦斯解吸、扩散、运移提供了良好的条件;且由于受采动影响,下区段煤层应力重新分布,沿倾向方向逐渐升高,然后慢慢下降并趋于稳定,在距离采空区20cm（对应现场20m）位置附近出现最大集中应力峰值。（3）基于煤层瓦斯流动的多物理场耦合理论,进行采空区对倾斜下部煤体应力应变及瓦斯压力影响的数值模拟计算分析,得到了沿空煤体倾向应力应变分布规律、上区段工作面开采前后瓦斯压力变化规律和上区段工作面回采以后不同时间瓦斯压力沿倾向的分布规律;研究表明:随着上区段煤层的开采,下区段煤岩层原来的平衡应力场被破坏,峰值应力沿煤层倾向下部传播,在距离采空区17m附近出现最大集中应力峰值,与物理相似模拟试验得到的最大集中应力峰值位置相近;且因采动影响,沿空煤体瓦斯赋存状态发生变化,煤体内吸附的瓦斯逐渐转变为游离状态,靠近采空区位置的煤体渗透率最大,解吸的瓦斯逐步向采空区扩散,沿空煤体瓦斯压力降低,消突范围随时间延长逐渐扩大;随采空区边界距离增加,煤层残余瓦斯压力下降的速率越慢,当距离超过25m后,煤层残余瓦斯压力达标所需的时间将大大延长。（4）红岩煤矿6#煤层上区段工作面回采前后,对下区段煤层研究范围内的瓦斯压力、瓦斯含量进行了现场考察,得到了在上区段采空区形成一定时间范围内,煤层瓦斯含量小于消突指标8m3/t的下区段条带消突范围和不同位置瓦斯压力下降的幅度;现场实测表明,工作面回采过595天后,距离采空区25m以内的下区段煤层残余瓦斯含量由7.8m3/t降到平均2.69m3/t;煤层瓦斯压力也发生了不同程度的下降,距离采空区15m的位置,瓦斯压力从3.1MPa下降到1.4MPa,距离采空区25m的位置,瓦斯压力从2.8MPa下降到1.8MPa,均大于0.74MPa;对观测数据进行拟合分析发现,距离采空区15m处的钻孔瓦斯压力随时间的变化近似呈线性变化,根据回归方程推测出在上区段工作面开采约770天后,距离采空区15m处的钻孔瓦斯压力将降到0.74MPa以下,而距离采空区边界25m处的瓦斯压力已经基本保持稳定;采空区下部煤体的瓦斯排放是一个受时间影响较大的排放过程;现场实测瓦斯压力变化规律结果与数值计算结果基本吻合。

关键词：无煤柱开采消突范围物理相似模拟数值模拟计算现场考察

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无余隙活塞往复压缩机的研制

无余隙活塞往复压缩机的研制

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作者：胡希康中国计量大学

学位级别：硕士

往复活塞式压缩机因其自身的技术及成本优势得到广泛的应用,且占有压倒性的市场份额,但大容积的余隙使其存在较大的能源浪费问题。近年来,有专利文献提出了一种高效节能、高压缩比的无余隙往复活塞压缩机的结构设计,其产业化的推广对减... 详细信息

往复活塞式压缩机因其自身的技术及成本优势得到广泛的应用,且占有压倒性的市场份额,但大容积的余隙使其存在较大的能源浪费问题。近年来,有专利文献提出了一种高效节能、高压缩比的无余隙往复活塞压缩机的结构设计,其产业化的推广对减少因传统往复活塞压缩机广泛应用带来的能源浪费意义重大。基于专利文献中的结构设计,结合往复活塞压缩机实际工况,建立了无余隙往复活塞式压缩机的结构模型,并使用Fluent软件进行了数值模拟计算,发现该专利所述的活塞进入高压腔以完全消除余隙的结构会使活塞与排气阀片产生碰撞。本文对该专利所述压缩机的结构进行了改进,通过高精度的零件加工使活塞不冲入高压腔,从而避免了前述的碰撞问题。针对改进后的新型活塞式压缩机进行了三维结构建模,制作样机;样机制作过程中,为防止由于加工和装配精度的不足,导致活塞冲入高压腔与排气阀片碰撞,特意在活塞顶部留出少许空隙;还建立了性能测试系统,选取示功图法对样机进行了测试,绘制并分析了新型压缩机的P-θ及P-V图像,研究了余隙容积变化对压缩机压缩过程和排气过程的影响并分析了其原因。试验结果表明,相比于普通往复活塞式压缩机,改进后的新型活塞式压缩机的余隙容积仅为普通压缩机的19.7%,且还有进一步减少余隙的前景。在压缩比为8的工况下,新型活塞式压缩机的容积流量增长8.1%,指示功率增长55.7%,工作效率明显优于普通活塞式压缩机,且压缩比越高,优势越明显。本研究对专利所述的无余隙往复活塞式压缩机的改进及其样机试验结果为其大规模产业化推广提供了可靠依据。

关键词：往复活塞压缩机无余隙数值模拟计算检测系统

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路堤荷载下水玻璃水泥土搅拌桩复合地基特性分析

路堤荷载下水玻璃水泥土搅拌桩复合地基特性分析

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作者：周逸三峡大学

学位级别：硕士

水泥土搅拌桩复合地基是根据设计的点位及深度,使用特定的设备将水泥浆液与地基土搅拌为水泥土桩,使原地基成为复合地基的一种软土加固处治措施。目前水泥土搅拌桩复合地基的相关研究工作已经开展很多,但多集中于单桩承载特性,且研究区... 详细信息

水泥土搅拌桩复合地基是根据设计的点位及深度,使用特定的设备将水泥浆液与地基土搅拌为水泥土桩,使原地基成为复合地基的一种软土加固处治措施。目前水泥土搅拌桩复合地基的相关研究工作已经开展很多,但多集中于单桩承载特性,且研究区域多为江浙、珠三角地区。被加固土质对水泥土桩复合地基的强度和变形特性有很大影响,目前关于黄石阳新地区水泥土强度和变形规律研究较少,缺少合理经济的配合比方案和精确计算该地区水泥土搅拌桩复合地基沉降的方法。对水泥土搅拌桩复合地基在黄石阳新地区的推广面临一定的困难。通过开展室内试验并结合数值模拟分析,提出使用水玻璃和氯化钙作为水泥土添加剂配制复合水泥土,分析了复合水泥土强度和变形规律,建立了复合水泥土在单轴受压和三轴受压条件下的应力应变模型。提出了该地区复合地基的复合模量计算修正方法,从而得到沉降实用计算方法。依托工程项目,将文中提出的配合比方案、沉降计算方法应用于工程实践。主要工作及研究结论如下:1)对该地区软土配制的普通水泥土进行了无侧限抗压强度试验,探讨了不同水泥掺入比、不同龄期下普通水泥土的强度特性。试验结果表明:随着水泥掺入比和龄期的增加,普通水泥土强度随之增加。2)在普通水泥土基础上掺加水玻璃和氯化钙配制成的复合水泥土进行了无侧限抗压强度试验和常三轴试验,分析了掺入的水玻璃、氯化钙含量对复合水泥土强度的影响。结果表明:随着氯化钙含量的增加,其强度呈先上升后下降的趋势,存在一个最优氯化钙含量;水泥掺入比越高,能发挥作用的水玻璃含量越大,强度越高;与普通水泥土相比,复合水泥土强度得到显著提升。3)根据单轴受压下复合水泥土全应力-应变曲线的特点,分上升段和下降段建立了单轴受压下复合水泥土的非线性应力应变模型,根据单轴试验结果,对模型进行了验证。结果表明:该模型较传统CSDC-2002模型更精确。4)根据三轴受压条件下复合水泥土偏应力-轴向应变曲线的特点,建立“三段法”非线性应力应变模型。通过C++开发环境将复合水泥土非线性应力应变模型在FLAC3D平台进行二次开发,生成了可供FLAC3D调用的动态链接库文件。根据三轴试验结果,对模型进行了验证。结果表明:该模型计算结果较邓肯张模型提高了精度。5)基于数值模拟计算的结果,提出了复合模量修正系数a对规范定义的复合模量进行了修正,并根据现场实测沉降数据对计算方法进行了验证。

关键词：公路工程水泥土搅拌桩复合地基数值模拟计算复合模量

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基于实海测量参数的张力腿平台阴极保护设计

基于实海测量参数的张力腿平台阴极保护设计

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作者：周梁大连理工大学

学位级别：硕士

随着我国南海油气开发的深入,海洋平台面临更加恶劣的海洋环境。张力腿平台因其半顺应半刚性的特性,具有较强的抵抗恶劣环境能力,从而在南海的油气能源开发中有着突出的优势。由于复杂恶劣的海洋腐蚀环境,张力腿平台的腐蚀防护显得尤为... 详细信息

随着我国南海油气开发的深入,海洋平台面临更加恶劣的海洋环境。张力腿平台因其半顺应半刚性的特性,具有较强的抵抗恶劣环境能力,从而在南海的油气能源开发中有着突出的优势。由于复杂恶劣的海洋腐蚀环境,张力腿平台的腐蚀防护显得尤为重要。本文的相关研究主要基于国家专项项目开展。项目提供了目标TLP的外方阴极保护设计方案,其设计采用的腐蚀相关环境参数选取规范推荐的理想值,但这与实际海洋状态仍存在较大差别。本文针对该问题,通过实海试验测量出了目标TLP在实际海洋环境下的腐蚀相关环境参数,并基于实海测量参数对目标TLP的原外方阴极保护设计方案进行改进,以使阴极保护设计方案更加可靠。首先,本文基于规范和数值仿真分别对目标TLP的外方阴极保护方案的可行性进行校核,研究发现目标TLP的外方阴极保护方案符合规范要求,目标TLP保护电位的仿真结果也满足保护要求。其次,通过实海试验测得了实海环境下目标TLP材料的极化曲线,得到了目标TLP在实际海洋环境下的腐蚀相关环境参数,为目标TLP数值仿真模拟提供可靠依据。接着,基于实海测量参数对目标TLP的外方阴极保护方案进行改进,依据规范确定出牺牲阳极的需求数量,再基于数值仿真结果确定出合理的牺牲阳极布置方案,最终得到基于实海测量参数的目标TLP阴极保护的新方案,并提出了三个解决阴极保护系统间干涉问题的可行方案。最后,利用数值仿真对基于实海测量参数的目标TLP阴极保护设计新方案进行了分析,并对三种可行方案分别进行了全寿命期数值模拟计算,以确保目标TLP在服役全寿命期中的安全可靠。

关键词：张力腿平台阴极保护系统数值模拟计算全寿命期

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无余隙活塞往复压缩机的研制无余隙活塞往复压缩机的研制

无余隙活塞往复压缩机的研制无余隙活塞往复压缩机的研制

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作者：胡希康中国计量大学

学位级别：硕士

往复活塞式压缩机因其自身的技术及成本优势得到广泛的应用，且占有压倒性的市场份额，但大容积的余隙使其存在较大的能源浪费问题。近年来，有专利文献提出了一种高效节能、高压缩比的无余隙往复活塞压缩机的结构设计，其产业化的推广... 详细信息

往复活塞式压缩机因其自身的技术及成本优势得到广泛的应用，且占有压倒性的市场份额，但大容积的余隙使其存在较大的能源浪费问题。近年来，有专利文献提出了一种高效节能、高压缩比的无余隙往复活塞压缩机的结构设计，其产业化的推广对减少因传统往复活塞压缩机广泛应用带来的能源浪费意义重大。　　基于专利文献中的结构设计，结合往复活塞压缩机实际工况，建立了无余隙往复活塞式压缩机的结构模型，并使用Fluent软件进行了数值模拟计算，发现该专利所述的活塞进入高压腔以完全消除余隙的结构会使活塞与排气阀片产生碰撞。本文对该专利所述压缩机的结构进行了改进，通过高精度的零件加工使活塞不冲入高压腔，从而避免了前述的碰撞问题。针对改进后的新型活塞式压缩机进行了三维结构建模，制作样机;样机制作过程中，为防止由于加工和装配精度的不足，导致活塞冲入高压腔与排气阀片碰撞，特意在活塞顶部留出少许空隙;还建立了性能测试系统，选取示功图法对样机进行了测试，绘制并分析了新型压缩机的P-θ及P-V图像，研究了余隙容积变化对压缩机压缩过程和排气过程的影响并分析了其原因。　　试验结果表明，相比于普通往复活塞式压缩机，改进后的新型活塞式压缩机的余隙容积仅为普通压缩机的19.7%，且还有进一步减少余隙的前景。在压缩比为8的工况下，新型活塞式压缩机的容积流量增长8.1%，指示功率增长55.7%，工作效率明显优于普通活塞式压缩机，且压缩比越高，优势越明显。本研究对专利所述的无余隙往复活塞式压缩机的改进及其样机试验结果为其大规模产业化推广提供了可靠依据。

关键词：往复活塞压缩机无余隙数值模拟计算检测系统

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空气反循环冰层取心钻具设计与实验研究

空气反循环冰层取心钻具设计与实验研究

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作者：范大友吉林大学

学位级别：硕士

极地地区是一片神秘的大陆,不论是南极还是北极都是科学探索所需的知识宝库。冰芯就像是打开宝库的钥匙,对于冰川学、气候学、生物学等具有很高的研究价值。为了获得冰芯,各国科学家们进行了大量的科学钻探,相继开发了各种冰层取心钻具... 详细信息

极地地区是一片神秘的大陆,不论是南极还是北极都是科学探索所需的知识宝库。冰芯就像是打开宝库的钥匙,对于冰川学、气候学、生物学等具有很高的研究价值。为了获得冰芯,各国科学家们进行了大量的科学钻探,相继开发了各种冰层取心钻具。本文对冰层取心钻具研究现状进行调研、分析,结合了反循环钻进技术特点,研究了一套效率高、钻速快、操作方便的新型钻具——空气反循环冰层取心钻具。钻具设计钻进200m,该钻具的研发和应用,可以为南极区域地质构造研究,深部冰层取心钻探以及科学勘测孔钻进打下基础。该技术可以在南极冰川钻进,也可以在冰川冻土带进行钻进。本文以提高反循环钻进效率为目的,通过反循环运移计算和有限元数值模拟方法,确定了反循环钻具的设计参数。借鉴已有的冰层取心钻具的设计思想,设计并研究了空气反循环试验台,获得空气反循环运移的工艺参数;验证冰层反循环钻具工作的可靠性。为进一步设计和优化冰层空气反循环钻具结构参数,提高钻进效率,获取更好的冰芯提供重要的参考借鉴。论文研究主要得到的结论如下:(1)提出空气反循环冰层取心钻具的概念设计,对反循环运输系统进行理论计算,确定反循环效率的影响因素。钻具的关键技术在于反循环的构成,气体能否携带冰芯、冰屑。通过流体力学求解法,对气体反循环运输和压力损失等,算出所需最小的流量和速度。(2)对冰芯的卡断进行力学计算,并通过ABAQUS软件对卡断过程进行数值模拟分析,得到冰芯卡断的数据。并结合钻具设计,得到卡断机构的尺寸和中心通道的尺寸。建立冰芯卡断实验台,得到实际冰芯被卡断所需要的位移。(3)通过对冰芯和冰屑进行反循环运移实验,得出实验数据并进行对比,得出中心通管道的内径对于运移速度的影响。结合卡断结构的设计,确定内径69mm的中心通道在大流量空压机工作下的冰芯和冰屑的运移速度。将理论分析得出结果进行对比,发现与实验数据有误差,但也有很大的理论价值和参考意义。(4)使用CFD有限元分析应用程序FLUENT,将反循环钻具的空气流道进行仿真求解分析。研究钻具内部流速和压力的关系分布,对反循环效果进行分析。得出合适的反循环钻具结构。

关键词：冰层钻进冰芯卡断反循环数值模拟计算

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