针对传统熔融沉积成型面临的成型精度低和打印材料受限, 基于电流体动力熔融沉积在成形高度、材料种类、基板导电性和平整性、3D成形能力等方面的不足和局限性, 本研究提出一种电场驱动熔融喷射沉积3D打印新工艺, 其采用双加热集成式喷头并施加单极脉冲高电压(单电势), 利用电场驱动微量热熔融材料喷射并精准沉积来形成高分辨率结构.引入两种新的打印模式: 脉冲锥射流模式和连续锥射流模式, 拓展了可供打印材料的种类和范围.通过理论分析、数值模拟和实验研究, 揭示了所提出工艺的成形机理、作用机制以及成形规律.利用提出的电场驱动熔融喷射沉积3D打印方法, 结合优化工艺参数, 完成了三个典型工程案例, 即大尺寸微尺度模具、大高宽比微结构、宏微跨尺度组织支架和网格三维结构.其中采用内径250 μm喷头, 打印出最小线宽4 μm线栅结构, 高宽比达到25:1薄壁圆环微结构.结果表明, 电场驱动熔融喷射沉积高分辨率3D打印具有打印分辨率高、材料普适性广、宏/微跨尺度的突出优势, 为实现低成本、高分辨率熔融沉积3D打印提供了一种全新的解决方案

利用水力学模型及数值模拟软件研究了倾角式顶吹单孔氧枪对脱磷钢包内熔池流场所造成的影响,并且研究了倾角角度分别为39°、41°、43°、45°和17°的单孔氧枪对熔池的搅拌效果和冲击特性.研究表明:适当的倾斜角有利与熔池脱磷反应的进行,过大及过小的倾斜角会分别减小冲击深度及冲击直径导致熔池脱磷速率降低.当采用43°顶吹氧枪喷头喷吹时,冲击深度及冲击面积适中,熔池混匀时间及死区体积最小,钢液的平均流动速度最大,有利于促进钢包脱磷过程磷元素的扩散,从而提高脱磷效率.工业试验结果表明,43°脱磷氧枪具有更好熔池搅拌能力,在提高脱磷效果的同时降低了冶炼过程中的钢铁料消耗

通过一个深水桥墩实例对中国与日本桥梁抗震规范的地震动水压力计算方法进行比较研究,分析规范关于动水压力计算的异同点,计算表明两者结果相差较大.对桥墩的动水压力进行数值模拟计算,考察动水压力沿深水桥梁高程的分布.为研究动水压力对桥梁整体结构动力特性的影响,以主跨260 m的牛根大桥为背景建立有限元计算模型,采用附加质量法进行计算.结果表明,附加质量法求得的位移和弯矩比不考虑动水作用的情况有较大增幅,也表明动水压力对桥梁的性能有较大的影响.在深水桥梁的性能设计理论与应用领域中,水与桥墩的相互作用问题有必要进行进一步的研究

采用数值模拟的手段,研究了楔横轧轧制铝合金时轧件内部空洞演化的一般规律和工艺参数对空洞演化的影响.结果表明:轧件内部单空洞演化的一般规律是球形-椭球形-轧件内部轴向贯通的孔腔;多空洞演化时,位于轧件中心的空洞的变化规律和单空洞时相似,但其余位置的空洞发生了闭合,它们对中心空洞有正作用方面的影响;在模具的各个阶段中,楔入段的后期和展宽段的前期是内部空洞演化的关键阶段;在楔横轧加工的工艺参数方面,展宽角是影响空洞演化的最敏感因素,其次是断面收缩率,再次是成形角.研究证明了小的成形角、展宽角和断面收缩率均有利于轧件内部空腔的扩展

研究了在没有压下辊的情况下滚压冲裁过程的运动学特性,据此提出了通孔滚压冲裁模具的设计方案.在此基础上,利用ABAQUS有限元软件进行了基于Shear Failure韧性断裂准则和任意拉格朗日一欧拉自适应网格技术的45号钢薄板滚压冲裁过程有限元仿真,分析了主要参数对断面质量的影响.仿真结果表明:方形孔滚压冲裁时,前后刃口依次经历板带弯曲、凸模压入、裂纹产生和发展、断裂和凸模拔出五个阶段;滚压冲裁断面的主要质量缺陷包括断面垂直度、毛刺、塌角、压痕等;影响滚压冲裁断面质量的主要因素包括侧隙、凸模高度、辊子半径等.减小标称侧隙和凸模高度、增大辊子半径均会使断面质量提高,其中又以对断面垂直度和毛刺高度的影响更为明显.对于45号钢一类的碳钢,后刃口标称侧隙以板厚的5%-10%为宜,前刃口标称侧隙可以更小:辊子半径应以大于板厚的100-150倍为宜;在保证板材完全断裂的前提下,应使凸模高度尽量减小

通过有限元数值模拟和疲劳裂纹扩展试验,研究了铝合金材料在Ⅰ-Ⅲ复合型加载条件下的疲劳裂纹扩展规律,得到了在不同加载情况下裂纹的应力强度因子、裂纹前缘能量场和塑性区半径.在分析Ⅰ型拉力载荷对裂纹扩展的基础上,着重分析了Ⅲ型加载对Ⅰ型裂纹应力强度因子及裂纹前缘能量场的影响.结果表明:应力强度因子KⅠ随着Ⅲ型加载的增大而减小,而裂纹附近塑性区半径增大.进行Ⅲ型静态加载会使疲劳裂纹扩展速率减小,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而减小;而在进行Ⅲ型循环加载会使疲劳裂纹扩展速率增大,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而增大

为探究不同加载角度下A7085铝合金Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展机理，在MTS疲劳试验机上采用紧凑拉伸剪切试件（CTS）对A7085铝合金进行不同加载角度的疲劳实验；用有限元分析计算不同裂纹扩展长度的裂纹尖端应力强度因子，通过七点递增多项式法对数据进行处理，计算出A7085铝合金Paris公式中的参数C和m.结果表明不同加载角度的裂纹基本沿着与外载荷垂直的方向扩展，裂纹扩展路径近似为一条直线，裂纹扩展角测量结果基本符合最大环向拉应力理论；Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹一旦发生扩展，Ⅱ型应力强度因子KⅡ所占比例急剧减小，Ⅰ型应力强度因子KⅠ不断增大，此后KⅡ远远小于KⅠ，有效应力强度因子（KⅠ和KⅡ的组合）基本等于KⅠ，相当于裂纹扩展主要受Ⅰ型应力强度因子控制，研究结果有助于对Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展机理的理解

护巷煤柱宽度及巷道相对工作面位置的不同,将引起巷道围岩应力重新分布和岩层移动的差异,对回采巷道稳定性及其维护有重要影响.以谢桥煤矿1151(3)综放面地质技术条件为背景,采用计算机数值模拟并结合现场实测研究,揭示了煤柱宽度变化对综放面围岩应力分布及变化规律的影响.研究表明,综放回采巷道护巷煤柱宽度的变化,不仅使煤柱内应力分布规律不同,而且使得相邻工作面煤体内应力分布规律也不同,二者应力分布随煤柱宽度变化而转移;巷道维护状态是工作面煤层和煤柱内应力场共同作用的结果,护巷煤柱的合理宽度应小于巷帮实体煤内应力向煤柱内转移的临界宽度

针对顺层岩质边坡岩层结构面倾角θ和边坡角α两个参数,采用离散单元法研究了不同工况下总计270个边坡模型的变形破坏特征,统计得到不同变形破坏模式对应的岩层结构面倾角θ与边坡角α的范围,并基于强度折减法研究了两个参数与边坡稳定性的关系,揭示了顺层岩质边坡变形破坏机制及稳定性特征.研究结果表明:依据边坡变形破坏特征,提出了四种顺层岩质边坡变形破坏模式,即坡脚沿岩层结构面的滑移-剪切破坏,坡顶沿岩层结构面的滑动-剪切破坏,岩层下缘弯曲-剪切破坏,以及岩层上缘翻折-拉裂破坏.在此基础上,分析并归纳了这四种模式的产状、变形特征以及可能的破坏模式等一般规律.边坡安全系数fs随结构面倾角θ的增大先减小后增大,在减小过程中达到最小值后迅速上升,然后变缓回落.边坡安全系数fs随结构面倾角θ变化过程中,当θ约等于α-7.3°时,fs取得最小值,此时对应的边坡稳定性最差

合理的炉缸冷却制度是保证大型高炉长寿的基础,不同冷却制度对高炉炉缸的温度分布和侵蚀状况具有直接影响.结合某4000 m3级高炉,根据传热学理论建立了高炉炉缸、炉底温度场物理模型和数学模型,通过数值模拟对\大水量、小温差\和\小水量、大温差\这两种不同炉缸冷却制度进行了研究,分析了不同冷却制度对炉缸温度场、炉缸侵蚀状况及高炉寿命的影响.结果表明,在炉役初期砖衬较厚时,不同冷却制度对炉内温度分布的影响区别不大;随着砖衬的不断减薄,不同冷却制度对炉内温度分布的影响逐渐明显;当砖衬侵蚀到一定程度后,再好的冷却也无济于事,但采用\大水量、小温差\并加强冷却可以减缓砖衬的侵蚀,延长高炉寿命