摘要：我国中深层(200~3000 m)和深层(>3000 m)地热资源储量丰富,具有很大的开发空间,可持续开发利用地热资源将是碳达峰、碳中和目标如期实现的重要保障之一。然而,地热能开采过程涉及复杂的温度场、渗流场、应力场耦合效应。为此,总结了笔者团队在水热型地热资源开发利用多场耦合效应数值模拟方面的研究成果,包括面向城市深层地热能可持续开采的资源量评价、采灌方案优化设计方法和在典型地热工程中的示范应用。从温度、水位、变形3个方面给出了深层地热能可持续开采的多指标评价体系,以及基于数值模型的可采地热能计算公式。基于深层地热井-储系统多场耦合数值模型给出了满足可持续开采标准的可采地热能评价方法,提出了开采井风险评价的“红绿灯系统”,并依托雄安新区容东安置区地热开发利用工程验证了资源评价方法的合理性。基于深层地热井-储系统多场耦合数值模型给出了满足可持续开采标准的采灌方案优化设计方法,采用Plackett-Burman设计构建了代理模型,通过多响应优化实现了参数的快速优化,并依托北京市城市副中心地热开发利用工程验证了采灌方案优化设计方法的合理性。为城市深层地热能可持续开采提供了理论与工具支撑,以促进城市深层地热能更大规模和更高质量的开发利用。

摘要：为了克服音圈电机电磁驱动柔顺微定位平台在大行程范围内存在的低阻尼谐振和动力学特性差异等问题,利用综合数据驱动频域逆迭代前馈补偿和含相位超前校正PI反馈控制的复合闭环频域逆迭代学习控制方法对其进行高速高精控制。首先,搭建了音圈电机驱动双平行四边形柔性机构微定位系统,并针对不同工作点位进行了动力学模型辨识。然后,为提高系统相对稳定性,设计了含相位超前校正环节的PI反馈控制器。同时,利用输入输出数据对系统频响函数进行在线逆估计并进行前馈补偿,来进一步消除谐振的影响。最后,利用所提出的控制方法进行了跟踪实验并与其它方法进行了对比。实验结果表明,提出的控制方法对三角波期望轨迹的最大跟踪误差为0.175%,相比于PID控制、相位超前PI控制、传递函数逆模型前馈控制,跟踪均方根误差分别减少了8.75,5.43和2.21倍,能够较好满足大行程微纳米定位跟踪精度高、速度快、抗干扰能力强的要求。

摘要：针对山地城市核心区特殊的地形地质、区位价值、建设现状等条件,利用三维精细化评价基本单元体划分城市地下空间,采用层次分析法构建适宜性评价因子体系,并建立敏感因子–模糊–变权复合模型作为评价计算方法,实现了山地城市核心区地下空间开发适宜性三维评价,可为地下空间开发三维规划提供指导和借鉴。以重庆市渝中半岛为例,获得其0~150 m地下空间开发适宜性三维立体分区及深度–适宜性分区占比变化关系,并选取典型区块对评价方法可靠性进行验证。

摘要：涡轮转子是燃气涡轮发动机的核心部件。受到蜘蛛网强韧性和协同承载特性启发,提出了蛛网仿生结构(SWS)SiC/SiC陶瓷复合材料涡轮叶盘的制备方法,通过SWS预制体设计与成型,完成了SWS-SiC/SiC涡轮叶盘制备,表征了SWS-Si C/Si C涡轮叶盘性能。结果表明:所制备SWS-Si C/Si C涡轮叶盘的破裂转速达到n=118000 r/min(叶尖线速度达到702.84 m/s),是常规2D-Si C/Si C涡轮叶盘破裂转速的3.09倍,是某燃气涡轮发动机涡轮叶盘设计转速(n=85000 r/min)的1.86倍;经设计转速测试后,所制备SWS-SiC/SiC涡轮叶盘的一阶、二阶、三阶频降分别是:0.41%、0.03%和0.26%。

摘要：针对重庆市渝中半岛地下空间的特点,开展了地下空间开发安全风险评价研究。首先,利用地质环境调查数据,基于层次分析法和专家问卷调查法筛选并建立了地下空间开发安全风险评价指标体系;其次,结合模糊评价和变权思想建立了安全风险模糊变权综合评价分析模型;然后,基于ArcGIS Engine开发了重庆市渝中半岛地下空间开发安全风险评价系统,实现了区域整体评价和规划待建轨道工程风险分析的功能;最后,整体评价了渝中半岛地下0~150 m的开发安全风险,并选取某待建轨道工程进行了精细化风险分析。结果表明:本文开发的评价系统加载了模糊变权综合评价分析模型,完成了渝中半岛地下空间的三维评价,可为穿越该评价区域的规划待建轨道工程辅助选线设计提供参考。

摘要：目前专门针对隧道初期支护的结构设计并未形成规范,实际施工过程中初期支护拱架参数的选择主要依赖于以往的施工经验,涉及到结构计算也往往将拱架简化为理想单轴杆件。为提供初期支护拱架的精细化设计理论基础,整理了常见初期支护拱架的结构形式,给出了三弦、四弦格栅拱架以及型钢拱架的常用几何参数;通过建立拱顶沉降与围岩压力的关系,提出了初期支护拱架支护刚度的概念;充分考虑拱架锁脚的约束作用,建立了均布向心荷载作用下的无铰拱模型、两铰拱模型;分析了两种模型中初期支护拱架的失稳机理,给出了无铰拱架、两铰拱架模型的稳定系数确定方法,认为其临界荷载可以作为拱架系统稳定性的判据;在此基础上解析了Pratt型和Warren型两种格栅拱架基本布置方式中斜腹杆对拱架抗压刚度、抗弯刚度的影响。从研究成果可以看出,相对于理想状态,在充分考虑格构单元剪切形变时,格栅拱架的支护临界荷载有所下降;建立“8”字结钢筋的力学结构模型,对其受力进行分解投影,进而给出针对无弦杆交叉格构单元的轴压刚度、抗弯刚度以及剪切刚度的计算方法。通过工程案例的数值仿真计算认为解析公式能够较为准确地计算支护拱架的失稳荷载与支护刚度。

摘要：顺层边坡的破坏范围及稳定性一般受工程扰动影响较大。以华丽金沙江桥华坪岸顺层边坡为研究对象,利用现场调查、地质力学方法和数值分析,综合确定华坪岸边坡破坏模式主要为后缘陡倾结构面控制剪入+T2凝灰岩软弱夹层主滑+前缘缓倾结构面剪出破坏控制。基于此,制作考虑后缘陡倾结构面和顺层软弱夹层边坡模型,设计了不同桥基荷载和水平荷载组合工况,分析余推力、位移、应力和应变发现:不同工况临界水平荷载为1.89~3.15 k N,临界水平地震加速度值为0.134 g^0.208 g,除100 a设防自然工况不满足外,其余条件下华坪岸边坡均满足工程区修正后地震设防标准0.105 g(50 a)和0.144 g(100 a)的要求。在模型试验过程中,数据的灵敏度和稳定性排序为表观应力和位移>内部应力>应变;传感器的费效比排序为量力环>百分表>土压力盒>应变片。

摘要：铸锭存在严重非均质问题,直接影响最终产品的性能和材料利用率,并制约后续热加工方法和工艺窗口选择。提高铸锭的均质化水平对节能降耗、提高材料利用率、保障构件服役性能和重大装备建设具有重要意义。本文介绍了大型铸锭非均质化因素如成分偏析、夹杂、缩孔/疏松和晶粒不均匀问题及其在后续热加工中的演变,提出了铸锭均质化窗口的概念;介绍分析了大型铸锭凝固过程宏观偏析数值计算和模拟研究的新进展以及提高铸锭均质化水平的新方法;针对冷却速率不均、不可控多相流动和非平衡溶质分凝3个造成铸锭非均质的根本原因,提出了可以根据目标均质化窗口进行铸造过程预设计的层状铸造(layer casting)新方法,建立了层状单元分配和变成分浇注成分控制模型。数值计算模拟和实验验证表明,层状铸造在降低多相流速、均化冷却速率、改变溶质分凝方面效果显著,提高了铸锭的均质化水平,并可大幅度降低设备投资、节能降耗,有望应用于高品质大型铸锭制造。

摘要：针对水下发射模型试验中的模型低速落水问题,提出一种带椭球形气囊的航行体落水回收方案,两个气囊等距分布在航行体两侧,航行体与气囊之间用连接带相连。数值仿真基于Abaqus的耦合欧拉-拉格朗日方法,通过对比AUV头段入水的试验结果和仿真结果,验证数值方法的有效性。分析在不同姿态角和不同初始囊压的条件下,带气囊航行体低速落水后的运动过程、囊压变化以及连接带的受力情况。研究结果表明,航行体姿态角是影响落水-上浮过程的最重要因素,初始囊压次之;对于最大落水深度、囊压峰值、拉力峰值而言,趋于垂直落水的工况更加危险,最大落水深度为1.33倍航行体长度,最大囊压为3.7倍基准囊压,连接带最大拉力为2.2倍航行体重力。这些结论可为航行体落水回收的方案设计与结构参数设计提供参考依据。

摘要：为控制装有连梁金属阻尼器的联肢墙结构在极震下的残余位移并促进结构体系整体屈服模式的形成,提出了一种基于滑移连接组合而成的金属阻尼器。采用拟静力试验对其抗震性能进行全面研究,验证该阻尼器分阶段屈服和刚度增强的特性。试验结果表明:该阻尼器不仅可以达到分阶段屈服和刚度增强的效果,而且具有良好的变形能力和耗能性能,可根据滑移距离和矩形剪切板厚度等参数进行优化设计。进一步建立新型消能连梁-联肢墙结构体系的数值对比模型进行了动力时程分析。本文提出的阻尼器在罕遇地震中可以通过二阶刚度增强控制残余位移,有利于增强结构体系极震下抗倒塌能力并达到极震后易修复目的。