计算机有限元数值模拟在隧道工程设计中的应用

本文阐述了有限元理论在工程设计中的应用，通过软件建立了黄土连拱隧道三维立体模型，并应用有限元软件ANSYS对黄土连拱隧道左右洞开挖时机进行了数值模拟分析，有效地指导了实体工程。有限元技术在工程设计中有着重要应用价值。     

盾构通缝拼装隧道纵向错台的数值模拟分析

以上海轨道交通二号线西延段盾构隧道工程为背景,采用三维弹塑性有限元数值方法对盾构推进过程中管片结构进行模拟分析,获得了管片结构错台发生及发展的变化规律。进一步探讨了盾构千斤顶的顶力和螺栓的预紧力对错台大小及发展规律的影响,为盾构施工中减小错台,提高施工精度和质量,以及盾构隧道设计施工提供依据。     

二郎山隧道通风系统局部影响数值模拟研究

二郎山隧道具有特长、高海拔、气候多变、双向交通、洞内汽流复杂等特点，所采用的平导送风半横向通风方式在我国是首次应用。运用CFD软件模拟该隧道半横向通风系统的局部空气流动状态、隧道及竖井和联接风道的局部阻力特性，得出各种几何结构型式和不同通风流量条件下，用于一元流模拟模型计算的局部阻力系数。     

断层破碎带隧道施工过程的三维数值模拟

断层破碎带隧道围岩稳定性差，为了解超前小导管注浆加固围岩的效果，对隧道的开挖过程进行了三维有限元数值分析，数值计算结果和隧道拱顶下沉量测结果都证明了所选预加固措施的有效性，保证了断层破碎带隧道施工的安全。     

客运专线小净距隧道施工效应的数值模拟分析

结合石太客运专线南梁隧道小净距段工程,应用有限元数值模拟方法,分析了两隧道周边围岩各关键点的变形和应力场特征,揭示了这类隧道的施工效应规律,其分析结果能够为客运专线小净距铁路隧道的设计、施工提供一定的科学依据.     

戴云山隧道燕尾段施工数值仿真分析

国内外燕尾式隧道的修建起步较晚,相应的技术难度较大,缺少施工经验和技术标准。利用大型有限元软件对新建向莆铁路戴云山隧道燕尾段工程开挖进行了仿真模拟,通过对围岩应力场、位移场和支护体系受力特点的分析研究,指出大跨段拱顶下沉和拱底回弹较大,连拱段中墙上方岩体最为脆弱、中墙偏移、墙身偏压、墙底受拉,小净距段中夹岩柱承受压力较大。针对上述问题,提出了相应的施工建议与对策,对燕尾段现场施工具有一定的指导意义。     

土压平衡盾构双线隧道施工引起的地表沉降规律研究

盾构法作为地铁隧道施工的一种主要施工方法已在我国得到了广泛的应用，由施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中非常关注的问题。以广州地铁三号线某盾构区间的两条水平平行隧道为研究对象，运用三维有限差分法对盾构隧道施工引起的地层移动和地表沉降进行了较为系统的研究，得出了两条盾构隧道开挖面距离、注浆压力的大小对地表沉降的影响规律，取得了一些新的认识和具有实用价值的研究成果。     

街道峡谷内机动车排放污染物的数值模拟

针对典型的平顶和坡顶的城市街道峡谷结构，通过求解二维和三维不可压缩N-S方程、湍流模型方程及对流扩散方程，数值模拟了街道峡谷内的流场及机动车排放污染物的对流扩散．结果表明，使用二维和三维数学模型所计算的两边为平顶建筑的街道峡谷内污染物浓度不同；而两边为坡顶和平顶建筑的街道峡谷内的背风面污染物的浓度，在相同的气象条件下，三维数学模型数值模拟结果基本一致。     

高铁隧道断层破碎带围岩参数反演研究

针对隧道断层破碎段围岩力学参数缺失问题,基于遗传算法(GA)优化的支持向量机(SVM)算法,建立了高铁隧道围岩力学参数反演模型,以实际监测数据为理论依据,反演得到阳山隧道F26断层段围岩力学参数,结合有限差分软件FLAC 3D以阳山高铁隧道为工程实例进行正演分析,正演结果与实测数据对比完成误差分析。结果表明,样本数量影响算法的性能,具体表现为在设计样本数量区间范围内遗传算法参数寻优的结果精度及支持向量机模型的预测精度与设计样本数量呈正相关。模拟围岩变形值与实际监测数据的相对误差均低于10%,证明了反演方法及模型的可靠性。研究成果为解决高铁隧道断层破碎带围岩力学参数缺失问题提供参考。     

微型燃气轮机燃烧室内三维流动过程的数值模拟

采用RNG κ-ε湍流模型，对Capstone公司75kW微型燃气轮机燃烧室火焰筒内气流三维流动过程进行了数值模拟研究．结果表明，燃烧室火焰筒内有3个回流区，其存在将有助于燃料的连续点火和火焰的稳定．由火焰筒后部两排二次空气掺混射流孔射入火焰筒的射流深度不同，且沿流动方向第一排射流孔射流深度大于第二排．此外，火焰筒内气流轴向、径向和切向速度沿火焰筒径向的分布随着气流沿火焰筒轴向的流动逐渐趋于均匀，且其峰值位置朝向火焰筒中心轴方向移动．     

燃气透平气固双向耦合湍流场中叶片冲蚀的数值模拟

在对双级跨音速燃气透平三元黏性湍流场进行数值模拟的基础上,采用颗粒随机轨道模型和气固双向耦合的PSIC法求解了10万个颗粒直径分布为5~50 mm (体积分数为4.19×10-5 %)的运动轨迹,以冲蚀率统计模型分析了叶片冲蚀率分布、冲蚀率数值及影响因素等,计算结果比较符合叶片的实际冲蚀情况.     

板带式速冻机空载状况下速度场的数值模拟

通过对速冻机作适当的几何简化,建立了相应的数学物理模型.使用PHOENICS软件对速冻机内的流场进行了数值模拟,分析了板带运动、空气进口速度、流动通道高度及空气入射角等对内部流场的影响.研究结果表明,空气进口速度和通道高度的选取应综合考虑空气流速大小、流速均匀性和流动阻力损失等3方面因素;最佳空气入射角应为0°.     

喷管通道内气体流动特性的数值模拟

分析了喷管通道内气体的流动特性，运用CFD软件Fluent模拟了Laval喷管在不同工况下的流场，数值模拟结果与相关文献实验结果基本一致，表明喷管通道内气体流场特性的数值模拟在实际工程应用中是可行的，为喷管的优化设计提供了有效的技术途径．     

汽车加热器内燃烧的数值模拟

利用AVL公司开发的FIRE软件,对一典型结构蒸发混合式汽车加热器燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟.其中,蒸发和燃烧分别采用Wall Film模型、Coherent Flame模型,氮氧化物(NOx)采用Zeldovich不平衡原理建模,碳烟(Soot)模型为FIRE模型.计算结果及分析表明,一层进气孔布置对燃油蒸汽浓度分布影响很大.加大进气孔直径使进气中心涡流增强,燃油在一级燃烧室中蒸发量增加.主要燃烧发生在二级燃烧室.进气孔切向进气能形成较强的中心涡流,使燃烧高温区主要集中在二级燃烧室的纵向轴心附近.一级燃烧室的周向涡区和二级燃烧室上半部的高温区是Soot生成速率最大的部位;最高燃烧温度未达NOx的生成温度条件,其生成量极少.     

向心透平无叶导向器内三维可压缩流动的模拟

利用FLUENT软件对向心透平整机(从无叶导向器进口到向心透平叶轮出口)进行三维可压缩流动计算和模拟，并将计算结果与一元设计方法进行比较分析，以检验一维假设的合理性和一元计算的可靠性．     

健跳南港区疏港公路连接线周边海域流场的数值模拟

敏感海岸的建设工程,会引起周边海域的水动力改变。运用基于三角形网格有限元模式的数学模型,模拟了疏港公路跨海湾的大桥和路堤修建后所引起的周边海域水动力的变化情况。结果表明,这种模式能较好地模拟地形复杂水域的水动力场,可用于预测海岸工程建设后所引起的流场变化,对今后计算模型的选择具有一定的借鉴作用。     

摩托车化油器腔体内部二维流动的数值模拟

建立了摩托车化油器腔体内部气体流动的二维不可压湍流模型，并对节气门全开、并开及经济工况下的流场进行数值模拟，得出了流场的变化规律．     

超薄板焊接熔池流场数值模拟

为了研究超薄板焊接质量差的问题,根据流体力学和传热学原理,建立超薄板焊接熔池的二维数值分析模型。 电弧热源模型采用高斯热源分布模型,模型考虑了超薄板固态金属的热传导、熔池与外部环境的对流辐射、熔池内部液 态金属质点的热传递、材料的热物理性能参数部分随温度变化等因素。采用FLUENT对超薄板微束等离子焊接熔池模 型进行求解,得出了熔池温度场、流场分布,并讨论了几种作用力对超薄板熔池流场的影响。研究结果表明表面张力是 超薄板熔池内部液态金属流动的主要驱动力