近年来,深部开采安全机理与灾害防控领域已取得一定的研究成果,但基于现行理论与技术还难以全面解决未来深部采矿过程面临的防灾减灾问题,至今尚未建立起完善的深部开采灾变与防控研究体系.本文开展了对深部开采灾害研究领域的文献调研和问题探讨,总结有关深部地应力场测量与分布规律、深部岩体力学与耦合损伤机理、深部动力灾害机理与预报、深部突水灾害机理与预警以及深部开采围岩变形机理与防控等方面的研究成果,进而分析当前研究的不足,凝练出深部开采诱发灾害研究领域亟待解决的关键问题,并就未来超深开采灾害研究态势予以分析

以大冶铁矿为工程背景,采用相似材料模型实验和数值模拟计算相结合的方法,对深凹露天转地下开采高陡边坡的变形和破坏规律进行了系统研究.首先,模型相似实验中,采用百分表、压力传感器和近景摄影测量等手段监测模型的应力应变和破坏特征,对围岩位移和破坏裂纹进行系统分析,揭示了高陡边坡的变形和破坏基本规律.其次,采用有限差分软件,从地表沉降量、应力值变化和塑性区分布等方面与相似材料实验结果进行了对比分析.结果表明,高边坡竖向最大沉降为28.2mm,围岩破坏程度随着开采深度的增加递增,塑性区范围不断扩大,剪切破坏主要集中在两侧边坡的边脚部位.相似模型实验和数值模拟相结合可以较好地揭示深凹露天转地下开采过程中高陡边坡的变形和破坏基本特征,是一种较好的理论研究方法

实验证明H13钢中存在三类初生碳氮化物，包括富V和C的（Vx，Mo1-x）（Cy，N1-y）、富Ti和N的（Tix，V1-x）（Cy，N1-y）及富V和C的（Tix，V1-x）（Cy，N1-y），部分存在形核核心.基于双亚点阵模型和凝固偏析模型分析计算H13钢凝固过程中元素含量变化，考虑初生碳氮化物中元素间的相互作用，根据三类碳氮化物中合金元素含量和C/N比值不同，对各碳氮化物的生成自由能进行分析.理论研究指出富Ti和N的（Tix，V1-x）（Cy，N1-y）在固相率为0.90时即可生成，而富V和C的（Tix，V1-x）（Cy，N1-y）在固相率大于0.96才可生成，两类碳氮化物的临界生成固相率fP均随固溶Ti和N含量的增加而减小.（Vx，Mo1-x）（Cy，N1-y）的临界生成固相率与x值密切相关，x减小时fP降低，粒子尺寸增加，实验与理论分析吻合良好.根据错配度分析氧化物和碳氮化物对H13钢中初生碳氮化物异质形核的作用

非对称渐开线直齿圆柱齿轮作为一种新型的齿轮.无法通过现有的解析法对其齿根弯曲应力强度进行计算.通过分析其轮齿齿廓结构特点,以平截面法为基础,建立了一种新的求解方法,推导出该类齿轮齿根弯曲应力解析法计算公式.以相同模数及齿数的对称、非对称齿轮为研究对象,在相同工作状况下,分别通过解析法和有限元法,对对称、非对称渐开线直齿圆柱齿轮正向、反向旋转过程中轮齿齿根的弯曲强度进行了研究.取啮合齿轮对一个啮合周期内的五个特殊位置点,对两种齿轮轮齿两侧齿根弯曲应力进行了对比分析.最后通过阶梯增载疲劳试验法,对两类齿轮进行了轮齿齿根的弯曲疲劳强度试验,通过试验数据对理论分析结果进行了验证

对氢致钢内部疲劳裂纹的萌生和扩展进行了数值模拟.首先用有限元法分析了氢在疲劳载荷作用下向钢中缺陷处扩散富集的过程,然后计算得到氢含量分布结果.根据夹杂理论将氢富集区视为在缺陷附近分布的弹性夹杂,用有限元法计算得到的氢含量场求出夹杂处的应力强度因子,进而建立疲劳裂纹萌生和扩展的判据.比较了在不同加载条件下氢致疲劳裂纹萌生和扩展的规律.用梯形法修正了Sofronis和McMeeking的瞬态扩散有限元公式,发现用梯形法可以缓解加载初期较高的浓度梯度和应力梯度引起的计算结果震荡的情况,这对于计算开裂判据是十分重要的.最后讨论了提高模拟精度和改进模型的方法

提高裂纹尖端应力强度因子值的计算精度,对于准确分析受力结构的起裂条件和破坏模式具有重要意义.本文采用3D打印技术获得了不含残余应力的平板模型,高精度打印预置裂纹避免了传统加工过程产生残余应力的缺点;综合考虑奇异场和非奇异场对裂纹尖端区域应力场的影响,引入远场边界控制的三个常数项应力,提出了光弹性多参数法;采用三点弯曲试验,运用最小二乘法计算了不同载荷下纯I型和I-Ⅱ混合型应力强度因子值,并与理论解对比分析.结果表明:对于纯I型应力强度因子,计算结果的平均误差为6.1%,对于I-Ⅱ混合型应力强度因子,计算结果的平均误差分别为6.4%和5.5%,多参数法与理论解相比较小的计算误差验证了该方法的可靠性和准确性,可为精确计算应力强度因子的光弹性实验研究提供借鉴

本文系统讨论了三元系中由已知一组元活度计算其它组元活度的图解计算方法,并侧重于间接计算方法(${{\\rm{\\bar G}}_1}-{\\rm{\\bar G}}$或${\\rm{R(R=}}\\frac{{\\rm{G}}}{{1-{{\\rm{x}}_1}}}{\\rm{)}} \\to {{\\rm{\\bar G}}_2},{{\\rm{\\bar G}}_3}$,借助于热力学基本公式,大大简化了Darden公式和周国治公式的推导过程,指出两种方法的内在联系,给出周国治公式中变量代换R,y的引入思路及意义。经过讨论,从理论上证明了周国治法实际上是Darken法的发展和完善,是三元系热力学计算的好方法。本文还提出两个有用的判别式,可由有关二元系的热力学数据分别对三元系实验结果和图解计算结果加以检验,使计算方法更加完善

研究GH720Li合金经标准热处理（1105℃,4 h→油冷＋650℃,24 h→空冷＋760℃,16 h→空冷）后分别在720℃时效0~5000 h和800℃时效0~1000 h后γ!强化相的演变规律.合金在720℃,5000 h时效后一次γ＇相的尺寸、形态以及数量基本不发生变化;在720℃,200 h时效后,二次γ＇相发生明显粗化;500 h后出现不均匀长大.相应地,500 h前硬度下降速率大,500 h后趋于平稳.在800℃,500 h时效后,一次γ＇相发生粗化;800℃,100 h时效后,二次γ＇相发生明显粗化且不均匀长大.500 h前硬度下降斜率很大,500 h后硬度仍有明显下降趋势.720℃及800℃时二次γ＇相粗化行为是以扩散控制的粗化机制为主导.γ＇相平均半径与时效时间满足立方根关系,符合L-S-W（Lifshiz-Slyozov-Wanger）理论

针对薄壁板材零件小圆角特征成形制造难的问题,提出了一种新型胀压复合成形工艺.其关键工艺参数为:预成形高度、预成形凹圆角大小和终成形胀形压力与背压凸模运行速度匹配关系.预成形高度决定了终成形小圆角的材料储备,预成形凹圆角的最佳值为充液拉深时凸模圆角可取的最小值,通过理论分析给出了预成形高度和预成形凹圆角的计算方法.建立了胀压复合成形过程力学模型,通过应力状态分析给出了不同胀形压力与背压凸模运行速度匹配关系下坯料圆角区变形状况.同时基于有限元模拟和工艺试验,研究了预成形高度和终成形胀形压力与背压匹配路径对试验件成形质量的影响,验证了理论分析的准确性,并证明了该新工艺的适用性

通过理论分析和数值模拟的方法,研究了1873 K钢液中球状夹杂物颗粒运动过程中的受力情况.静止钢液和湍流场中,夹杂物颗粒所受的压力梯度力、虚拟质量力、Saffman力及Magnus力较小,可以忽略不计.静止钢液和均匀湍流场中,随着夹杂物颗粒尺寸的变大,颗粒所受Brown力逐渐衰减,当夹杂物颗粒直径大于20μm时颗粒所受Brown力基本不会对其运动造成影响,可以忽略不计.小于10μm的夹杂物颗粒布朗运动较为剧烈,单位质量夹杂物颗粒所受Basset力和Brown力较大,成为主导夹杂物颗粒运动的主要作用力;尺寸较大的夹杂物颗粒(直径D>50μm),Basset力、质量力和Stokes力共同作用影响夹杂物颗粒的运动、碰撞和去除