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Simulation of faceted dendrite growth of non-isothermal alloy in forced flow by phase field method 被引量:5
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作者 陈志 郝丽梅 陈长乐 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2011年第6期1780-1788,共9页
Numerical simulation based on a new regularized phase field model was presented to simulate the dendritic shape of a non-isothermal alloy with strong anisotropy in a forced flow. The simulation results show that a cry... Numerical simulation based on a new regularized phase field model was presented to simulate the dendritic shape of a non-isothermal alloy with strong anisotropy in a forced flow. The simulation results show that a crystal nucleus grows into a symmetric dendrite in a free flow and into an asymmetry dendrite in a forced flow. As the forced flow velocity is increased, both of the promoting effect on the upstream arm and the inhibiting effects on the downstream and perpendicular arms are intensified, and the perpendicular arm tilts to the upstream direction. With increasing the anisotropy value to 0.14, all of the dendrite arms tip velocities are gradually stabilized and finally reach their relative saturation values. In addition, the effects of an undercooling parameter and a forced compound flow on the faceted dendrite growth were also investigated. 展开更多
关键词 phase field method forced flow strong anisotropy faceted dendrite steady state tip velocity
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基于相场方法的致密砂砾岩重力辅助气驱油微观机理
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作者 杨柳 蔡嘉伟 +3 位作者 孔垂显 刘岩 姜晓宇 公飞 《华南师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期30-42,共13页
重力辅助气驱(GAGD)是一种能够显著提升采收率的注气开采方式,但对于具有强非均质特征的砂砾岩储层微观重力辅助气驱机理尚不清楚。基于追踪两相界面动态变化相场方法建立砂砾岩2D渗流模型,开展了超临界CO_(2)-油两相流动数值模拟研究,... 重力辅助气驱(GAGD)是一种能够显著提升采收率的注气开采方式,但对于具有强非均质特征的砂砾岩储层微观重力辅助气驱机理尚不清楚。基于追踪两相界面动态变化相场方法建立砂砾岩2D渗流模型,开展了超临界CO_(2)-油两相流动数值模拟研究,对比分析了重力作用、非均质性、润湿性作用下的饱和度变化规律,建立了考虑非均质性的砂砾岩GAGD采收率预测经验公式。结果表明:重力的存在可以提高油气界面的稳定性,但在经过不同尺寸孔喉时会出现不稳定的压力波动,并在较小孔喉中出现前缘后移现象。砂砾岩非均质性会加剧GAGD指进现象,降低注入速度有利于增大波及范围。油湿性砾石的增加会有助于原油克服毛细管力参与流动,使得更多狭窄孔隙中的残余油得以排出。基于重力数、Bond数、黏度比、非均质系数与GAGD采收率相关关系,构建了适用于预测致密砂砾岩孔隙尺度GAGD采收率的新无量纲数N_(G),为更大尺度的致密砂砾岩油藏的开发及CO_(2)地质封存研究提供了理论指导和技术支撑。 展开更多
关键词 砂砾岩 非均质性 GAGD CO_(2) 相场法
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基于相场法的非等温气-水两相驱替特征研究
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作者 左伟芹 崔佩雯 +3 位作者 刘彦伟 韩红凯 李利文 罗予阳 《力学学报》 北大核心 2025年第1期261-272,共12页
为了阐明在非等温条件下多孔介质中气-水两相动态驱替特征,使用一种基于Navier-Stokes方程、Cahn-Hilliard方程耦合下的两相流数值方法,与表面张力模型、传热模型相结合,完成了对流体动力学和传热的定量计算,同时利用表征真实孔隙特征... 为了阐明在非等温条件下多孔介质中气-水两相动态驱替特征,使用一种基于Navier-Stokes方程、Cahn-Hilliard方程耦合下的两相流数值方法,与表面张力模型、传热模型相结合,完成了对流体动力学和传热的定量计算,同时利用表征真实孔隙特征下的非均质模型,实现了多孔介质内非等温热-流耦合下两相流动过程的精准表征.通过求解Cahn-Hilliard方程精准模拟相分离的演化特征,利用Navier-Stokes方程完成对流体速度及压力的相关计算,结合传热方程获取各个时刻的温度分布;联合流动耦合和温度耦合的节点,实现质量、动量及能量方面的全耦合;算法使用自适应网格法,使网格点分布始终与物理解耦合,提高了解的高精度性.研究表明:大孔中流体压力变化态势平稳,孔喉狭窄处流体速度较大且波动剧烈;注气压力增加,气体突破时间缩短,温度的热传导速率加快,驱替效率在气体突破后呈下降趋势;注气压力较高会加剧水对气体流动能力的干扰,当注气压差满足气相可进入细小孔隙,同时受流动干扰相对较小时,驱水效果最好. 展开更多
关键词 相场法 非等温流动 驱替 多孔介质 渗流机理
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Frequency-time Domain Shielding Effectiveness of Materials and Their Strong Electromagnetic Field Test 被引量:1
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作者 ZHANG Long WEI Guanghui +3 位作者 FAN Lisi HU Xiaofeng ZHAO Yang ZHANG Yongqiang 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期2398-2402,共5页
To describe the shielding ability of materials accurately and comprehensively,the frequency-domain and time-domain shielding effectiveness(SE) of material is investigated.The relevance between them was analyzed based ... To describe the shielding ability of materials accurately and comprehensively,the frequency-domain and time-domain shielding effectiveness(SE) of material is investigated.The relevance between them was analyzed based on the minimum phase method,and the time-domain SE can be derived from frequency-domain SE.The SE of an energy selective surface(ESS) made of a novel material is investigated,and the relationship between SE and radiation field intensity are analyzed.The results show that not only material,but also the intensity of radiation electric field shows influence on SE in its frequency; for some materials,the dependence of SE on radiation electric field intensity needs to be considered.Therefore,it is necessary to research on the SE of shielding material in high-intensity electromagnetic environment. 展开更多
关键词 新型材料 屏蔽效能 磁场测试 时间域 频率 强电 电场强度 遮蔽能力
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冲击荷载条件下钢渣细骨料混凝土的相场法能量退化研究
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作者 郭玉珍 《混凝土》 北大核心 2025年第7期158-162,共5页
在冲击荷载条件下对钢渣细骨料混凝土的相场法能量退化进行了研究,结果表明:相比于普通钢渣混凝土温度,多孔相变钢渣混凝土温度始终要高,两种混凝土均存在一个温峰,多孔相变钢渣混凝土温度峰值为54℃,普通混凝土温度峰值为59℃,两者相差... 在冲击荷载条件下对钢渣细骨料混凝土的相场法能量退化进行了研究,结果表明:相比于普通钢渣混凝土温度,多孔相变钢渣混凝土温度始终要高,两种混凝土均存在一个温峰,多孔相变钢渣混凝土温度峰值为54℃,普通混凝土温度峰值为59℃,两者相差5℃,多孔相变钢渣混凝土可使混凝土的温升降低。模拟结果显示,各相材料力学性能不均匀性造成钢渣细骨料混凝土损伤破坏。在加载初期,骨料两侧出现初始损伤,接着在新界面过渡区出现损伤,随后延伸扩展到老砂浆区域,再扩展到新砂浆区域,其损伤破坏过程是损伤带继续扩展、桥接、贯通,最终试件有损伤破坏发生。在单轴拉伸状态下,之所以会有钢渣细骨料混凝土试件出现受拉损伤破坏的现象,根本原因在于拉应力的集中效应,试件的损伤方向与拉伸方向两者体现出垂直状态。 展开更多
关键词 冲击荷载 钢渣细骨料 混凝土 相场法 能量退化
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基于超声扩散场信号的近场缺陷非线性全聚焦成像
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作者 张海燕 黄强 +2 位作者 张辉 朱文发 朱琦 《声学技术》 北大核心 2025年第2期196-202,共7页
文章提出一种基于扩散场信息的非线性全聚焦方法 (nonlinear total focusing method, NTFM),解决了超声相控阵近场处缺陷检测时,受盲区影响造成横向分辨率低的问题。在对锆合金板缺陷进行检测时,靠近超声相控阵探头的缺陷信号淹没在盲... 文章提出一种基于扩散场信息的非线性全聚焦方法 (nonlinear total focusing method, NTFM),解决了超声相控阵近场处缺陷检测时,受盲区影响造成横向分辨率低的问题。在对锆合金板缺陷进行检测时,靠近超声相控阵探头的缺陷信号淹没在盲区中。所提方法利用信号间的空间相干性,实现对噪声的抑制,达到削弱盲区的目的。利用中心频率为0.5、1 MHz的线形相控阵探头激发兰姆波,对两块带有通孔缺陷的锆合金板进行实验,获得直接采集信号与扩散场信号。对扩散场信号互相关处理后得到重建信号,将重建信号与直接采集信号结合得到混合信号。对混合信号进行NTFM成像,实现缺陷的可视化图像。实验结果表明:与传统全聚焦成像法相比,NTFM成像抑制了伪像,提高了成像质量,降低了漏检率。文中提出的方法为提高薄板材料近场处缺陷成像的横向分辨率提供了新思路。 展开更多
关键词 超声相控阵 扩散场 非线性全聚焦 兰姆波
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液氮循环冷冲击作用下高温花岗岩I型断裂特性研究 被引量:2
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作者 薛熠 杨博鹍 +3 位作者 刘勇 孙强 张云 曹正正 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期422-436,共15页
液氮循环压裂技术是一种环境友好且高效的新型无水压裂方法,通过多次液氮冷却作用在干热岩中产生显著的热应力,从而有效地对干热岩储层进行致裂和增渗。为了揭示液氮循环冷冲击作用对干热岩断裂特性及损伤特征的影响机制,对花岗岩试样... 液氮循环压裂技术是一种环境友好且高效的新型无水压裂方法,通过多次液氮冷却作用在干热岩中产生显著的热应力,从而有效地对干热岩储层进行致裂和增渗。为了揭示液氮循环冷冲击作用对干热岩断裂特性及损伤特征的影响机制,对花岗岩试样进行不同循环次数的高温加热-液氮冷却处理,通过三点弯曲试验对处理后的花岗岩试样物理力学特性(包括断裂韧度和破裂特征)进行了分析。基于三维激光扫描技术和分形理论对三点弯曲试验后花岗岩断口表面形貌特征及断面粗糙度进行了定量评价。采用数值方法,利用随机四参数生成法重构非均质花岗岩基质,建立了热-力耦合的混合相场模型,对不同液氮循环次数下高温花岗岩的微裂隙演化及宏观断裂过程进行模拟,分析了液氮循环冷冲击作用对高温花岗岩宏观断裂特性的影响。试验和数值结果表明:高温加热-液氮冷却循环作用会加剧花岗岩的损伤程度,导致断裂韧度等力学参数显著下降。断面分形维数以及形态特征参数与循环次数呈显著正相关,在高循环次数下断面展现出复杂曲折的宏观主裂纹扩展路径。热-力耦合混合相场模型能够有效再现高温加热-液氮冷却循环作用下花岗岩的热-力开裂行为。花岗岩的热损伤主要集中在最大拉伸应变能区域。液氮循环作用下,高温花岗岩的微破裂主要由温度梯度和相邻矿物颗粒之间的热膨胀变形差异引起。液氮循环冷却诱导的微裂隙使得花岗岩I型断裂的扩展路径更加曲折和复杂。 展开更多
关键词 液氮 花岗岩 断裂韧度 断面粗糙度 相场法
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基于WENO格式有限体积法的铁磁流体两相流相场方法 被引量:1
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作者 张少松 张良奇 +3 位作者 陈黎明 王小双 肖姚 曾忠 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第4期67-83,共17页
采用基于WENO格式的有限体积法,发展了包括铁磁流体的两相流相场方法。采用不可压缩Navier-Stokes方程描述流体流动,利用Cahn-Hilliard方程捕捉两相流界面运动,并采用Maxwell方程描述磁场分布。同时,在流体流动控制方程中加入开尔文力... 采用基于WENO格式的有限体积法,发展了包括铁磁流体的两相流相场方法。采用不可压缩Navier-Stokes方程描述流体流动,利用Cahn-Hilliard方程捕捉两相流界面运动,并采用Maxwell方程描述磁场分布。同时,在流体流动控制方程中加入开尔文力和表面张力以实现磁场对界面动力学行为的描述。将四阶Cahn-Hilliard方程拆分为2个Helmholtz类型方程,从而克服四阶非线性项的离散和高精度计算带来的难题。采用五阶WENO格式对控制方程的对流项进行统一离散处理,从而提高数值计算的精度性,同时避免产生数值振荡。Zalesak’s圆盘问题数值模拟的结果表明,本文方法的相界面捕捉精度高于参考文献中所报道的离散方法,与高精度相场方法的精度相当;对剪切流中的液滴变形问题的数值模拟揭示本文数值方法可以更真实地捕捉到更多个卫星液滴。此外,针对磁场影响下,较低毛细数条件的铁磁流体液滴剪切变形研究显示,当外加磁场方向与液滴水动力学变形方向一致时,磁场的作用会放大液滴变形,进一步增加磁场强度会诱发液滴分裂;而当外加磁场方向与液滴水动力学变形方向垂直时,较低强度的磁场作用能够改变液滴变形方向,而较高强度的磁场则会使液滴直接呈现出沿磁场方向变形。 展开更多
关键词 相场法 有限体积法 铁磁流体液滴 磁场控制
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基于相场法的固态电解质内锂枝晶生长的形貌调控及抑制策略 被引量:2
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作者 杨佳悦 赵莹 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第3期324-339,共16页
传统液态电解质的易燃易爆性带来的安全隐患,推动了基于固态电解质系统的全固态锂电池开发.然而,锂枝晶生长问题仍然是阻碍固态锂电池商业化应用的一个亟待解决的关键难题.因此,深入探究固态电解质内锂枝晶生长的形貌调控机制及抑制策略... 传统液态电解质的易燃易爆性带来的安全隐患,推动了基于固态电解质系统的全固态锂电池开发.然而,锂枝晶生长问题仍然是阻碍固态锂电池商业化应用的一个亟待解决的关键难题.因此,深入探究固态电解质内锂枝晶生长的形貌调控机制及抑制策略,对于提高固态锂电池的循环寿命并推动其广泛应用至关重要.该工作基于相场法,通过构建力-电化学的多场耦合模型,动态地演示了锂枝晶生长形貌及其力学行为,并探讨了模型参数/条件对锂枝晶形貌的调控和抑制作用.结果表明:低水平的界面反应率系数能有效减缓锂枝晶的生长速度,同时还极大地降低了其根部承受大机械应力的范围;通过改变固态电解质材料内锂离子的各向异性扩散程度,可以实现枝晶形貌从纤维状到扁平状的转变;多晶成核对于晶间相互靠近的侧枝具有抑制作用,最高应力为单晶成核的3~5倍;高弹性模量的固态电解质对于锂枝晶生长有显著的力学抑制作用.该研究有望为固态电解质的优化设计以抑制固态锂金属电池的枝晶生长提供参考. 展开更多
关键词 力-化-电耦合 枝晶生长与抑制 全固态电池 相场法
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2023-08-23辽宁普兰店M 4.6地震震源参数测定及发震构造初判
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作者 戴盈磊 张文静 +2 位作者 杨晓东 索锐 王承伟 《大地测量与地球动力学》 北大核心 2025年第1期48-54,59,共8页
2023-08-2318:19辽宁省大连市普兰店区发生M 4.6地震,为准确描述本次地震的震源特征,探讨其孕育和发震机理,本文通过测定地震的震源深度,反演震源机制、矩张量及质心深度,给出震源机制中心解;同时分析震源机制与构造应力场的关系,根据... 2023-08-2318:19辽宁省大连市普兰店区发生M 4.6地震,为准确描述本次地震的震源特征,探讨其孕育和发震机理,本文通过测定地震的震源深度,反演震源机制、矩张量及质心深度,给出震源机制中心解;同时分析震源机制与构造应力场的关系,根据小震重定位结果对发震断层面进行拟合,初步确定了本次地震的发震断层。结果表明,普兰店M 4.6地震初始破裂深度为12.0 km,震源机制解参数为节面Ⅰ走向50°,倾伏角75°,滑动角-169°;节面Ⅱ走向317°,倾伏角80°,滑动角-15°,矩震级M W4.8,最优质心深度12 km;地震矩M_(0)为1.796×10^(16)Nm,矩张量解M_(rr)、M_(tt)、M_(pp)、M_(rt)、M_(rp)、M_(tp)分别为-0.004、0.946、-0.942、0.017、-0.305、-0.125;中心解参数为节面Ⅰ走向47.03°,倾伏角79.04°,滑动角-168.15°;节面Ⅱ走向314.75°,倾伏角78.37°,滑动角-11.19°。构造应力场作用在中心解节面Ⅰ上的相对剪应力为0.877,相对正应力为-0.544;投影于节面Ⅱ上的相对剪应力为0.911,相对正应力为0.161。拟合的断层面走向148.91°,倾伏角89.85°,其在构造应力体系下的滑动角为26.47°。综合分析认为,普兰店M 4.6地震发生在NW向普兰店-长海构造带,是沿应力场最优节面以左旋走滑为错动方式的天然地震。 展开更多
关键词 普兰店M 4.6地震 初至P震相定位法 gCAP 震源机制 构造应力场
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相场格子Boltzmann方法模拟载表面活性剂液滴的剪切动态行为
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作者 陈涛 姚丽萍 +2 位作者 张良奇 曾忠 谢守勇 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第4期12-28,共17页
表面活性剂可以降低流体界面的表面张力,显著改变固体表面的润湿特性,在工业生产中被广泛使用。为探究载表面活性剂液滴在固体表面上的运动特性,基于Cahn-Hilliard相场格子玻尔兹曼方法,引入由实验得出的考虑三相接触线移动速度的Yokoi... 表面活性剂可以降低流体界面的表面张力,显著改变固体表面的润湿特性,在工业生产中被广泛使用。为探究载表面活性剂液滴在固体表面上的运动特性,基于Cahn-Hilliard相场格子玻尔兹曼方法,引入由实验得出的考虑三相接触线移动速度的Yokoi动态接触角模型,建立了一种考虑可溶性表面活性剂流动的移动接触线模型。根据控制方程独立开发计算程序,并采用并行化处理提高计算效率。在此基础上,研究了线性剪切作用下液滴的动态过程,分析了有效毛细数Ca_(e)和固体表面润湿性对纯净液滴和载表面活性剂液滴变形的影响规律。结果表明:有效毛细数Ca_(e)增大会促进液滴变形,当其增大到一定程度时液滴会产生破裂,载表面活性剂液滴相对于纯净液滴有更大的变形量和移动速度。当液滴附着于亲水性固体表面时,在相同剪切作用下,载活性剂液滴相对于纯净液滴有更长的相对弧长和相对润湿长度;且液滴在亲水表面比其在中性表面变形的相对弧长和相对润湿长度值亦更大。而当液滴附着于疏水性固体表面时,液滴则会在剪切作用下脱离固体表面;在相同的毛细数下,载表面活性剂液滴相对于纯净液滴先脱离固体表面且移动速度更快。研究结果表明可溶性表面活性剂的存在会对液滴剪切运动和变形产生较大影响,可以促进液滴变形,增大液滴移动速度。本文的数值方法可用于计算载有可溶性活性剂液滴的移动接触线问题。 展开更多
关键词 相场法 格子玻尔兹曼方法 可溶性表面活性剂 剪切 液滴
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基于核磁共振与孔隙尺度模拟的致密油藏渗吸机理研究
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作者 齐怀彦 杨国斌 +3 位作者 朱亚娣 邓茗心 耿少阳 田伟超 《油气藏评价与开发》 北大核心 2025年第5期824-833,共10页
渗吸作用在致密油藏的注水开发和压裂后焖井阶段具有关键作用,是提高致密油藏采收率的有效手段。为深入探究致密储层复杂孔隙结构及岩石-流体相互作用对渗吸机理的影响,研究结合核磁共振技术与孔隙尺度渗吸数值模拟技术,针对不同孔喉特... 渗吸作用在致密油藏的注水开发和压裂后焖井阶段具有关键作用,是提高致密油藏采收率的有效手段。为深入探究致密储层复杂孔隙结构及岩石-流体相互作用对渗吸机理的影响,研究结合核磁共振技术与孔隙尺度渗吸数值模拟技术,针对不同孔喉特征的致密岩心开展了渗吸实验与孔隙尺度渗吸数值模拟研究。渗吸实验通过实时监测不同时间点的核磁共振T2(横向弛豫时间)谱,揭示了孔隙结构对渗吸效率的动态影响规律。孔隙尺度渗吸数值模拟研究则基于岩石薄片构建了真实致密砂岩孔隙尺度物理模型,通过求解纳维-斯托克斯方程并结合相场法,实现了致密砂岩孔隙尺度渗吸过程的模拟。在实验与模拟结果相互验证的基础上,详细分析了润湿角、原油黏度和储层物性对渗吸效率的影响。研究结果表明:孔隙尺度渗吸数值模拟结果与实验结果吻合良好。孔隙结构的复杂性显著影响渗吸的驱油特性,具体表现为渗吸初期速率较快,随后随渗吸时间延长而逐渐减缓。水相优先进入小孔隙,进而置换大孔隙中的油相。岩石-流体相互作用所产生的接触角越小(即岩石亲水性越强),渗吸过程中的油水驱替动力越大,渗吸效率越高。此外,油水黏度比越低、岩心渗透率越低,均会产生更强的自吸驱动力。研究成果从微观层面深化了对致密油藏渗吸机理的理解,为提高致密油藏开发效率提供了理论依据与实验支撑。 展开更多
关键词 致密油藏 相场法 渗吸 孔隙尺度渗吸数值模拟 核磁共振
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基于相场法的铝锂合金搅拌摩擦焊接头脆性断裂数值模拟
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作者 刘陈飘 刘凯 +2 位作者 王芳丽 李悦宁 童明波 《焊接学报》 北大核心 2025年第10期33-43,共11页
以2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,开展基于相场法的脆性断裂数值模拟研究.相场法以Francfort-Marigo变分原理为理论基础,在系统总势能中考虑断裂能,并考虑应变能的拉伸和压缩分解.引入弥散裂纹模型近似非光滑的裂纹拓扑关系,以... 以2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,开展基于相场法的脆性断裂数值模拟研究.相场法以Francfort-Marigo变分原理为理论基础,在系统总势能中考虑断裂能,并考虑应变能的拉伸和压缩分解.引入弥散裂纹模型近似非光滑的裂纹拓扑关系,以序参量表征材料损伤.基于Abaqus软件联合用户自定义元素子程序(user element subroutine,UEL),采用交替解法实现位移场和相场的耦合,进而求解脆性断裂问题.通过与试验结果对比,基于相场法的紧凑拉伸试件焊接区脆性断裂的裂纹扩展路径模拟吻合较好,且最大载荷值误差仅为0.46%.文中进一步研究增量步步长△u、相场特征宽度L_(c)与网格尺寸h对相场法模拟结果的影响,并将相场法与扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM)进行对比.研究表明,当分析增量步为1×10^(-4)时,分析结果收敛. L_(c)与裂纹h存在2倍的关系时,模拟结果较为准确.相场法可以准确模拟2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头脆性断裂演化过程. 展开更多
关键词 搅拌摩擦焊 相场法 扩展有限元法 内聚力模型 脆性断裂 铝锂合金
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波纹排水管结晶沉积机理及应用研究
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作者 吕建兵 陈祖儒 +4 位作者 李佳 冯力 董勤喜 王辉 张国才 《中国岩溶》 北大核心 2025年第1期24-37,共14页
石灰岩地区的隧道经常面临排水管淤堵问题,采用模型模拟分析排水管淤堵形成过程和影响因素较为重要。为得到能够贴合现实工况的预测模型,考虑流场与化学反应耦合,同时结合物质传递过程,构建起对波纹管类型的曲线边界的计算与模拟模型。... 石灰岩地区的隧道经常面临排水管淤堵问题,采用模型模拟分析排水管淤堵形成过程和影响因素较为重要。为得到能够贴合现实工况的预测模型,考虑流场与化学反应耦合,同时结合物质传递过程,构建起对波纹管类型的曲线边界的计算与模拟模型。采用相场法与动网格结合的手段得到在自由液面情况下,结晶生成同时影响诱发流场变化的过程。结果表明:该模型对内壁摩擦系数为0.2~0.3的情况有较好的准确度,摩擦系数低于0.2时,模拟则出现较大误差,原因可能是低摩擦壁面需要调整壁面函数,同时对沉积公式进行系数修正。内壁摩擦系数高于0.3的情况则因为等效砂砾粗糙度过高,失去边界层,模拟效果较差,模型不再适用。根据上述结果,将对粤北某隧道排水管的应用进行模拟,并根据模型预测的淤堵时间来进行处治,将有效预防排水管的淤堵。 展开更多
关键词 隧道排水管结晶 相场法 动网格 多场耦合
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深层页岩超临界CO_(2)前置压裂裂缝扩展机制
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作者 敖翔 赖粮丰 +2 位作者 陆朝晖 唐鸿坤 向祖平 《煤炭学报》 北大核心 2025年第9期4235-4246,共12页
深部页岩处于高温高应力环境,页岩力学性质逐渐由弹脆性向延塑性转化,不利于形成复杂缝网。超临界CO_(2)(下文统一简称为SC-CO_(2))压裂可使页岩储层更容易形成复杂裂缝,但由于其压缩性与高扩散性导致现有裂缝扩展准则不适用,扩展机制... 深部页岩处于高温高应力环境,页岩力学性质逐渐由弹脆性向延塑性转化,不利于形成复杂缝网。超临界CO_(2)(下文统一简称为SC-CO_(2))压裂可使页岩储层更容易形成复杂裂缝,但由于其压缩性与高扩散性导致现有裂缝扩展准则不适用,扩展机制与水力压裂差异大。基于G准则推导弹−塑性剪切模式下的临界能量释放率,结合相场法、流−固耦合原理、Drucker-Prager屈服准则,建立能描述SC-CO_(2)相变的弹−塑性压裂裂缝扩展的相场演化模型。研究揭示了CO_(2)的压缩性和高扩散性对裂缝扩展的影响机制,CO_(2)积累的能量在裂缝扩展过程中得到释放使得CO_(2)发生相变,而相变的能量给驱动能提供了额外的能量源使裂缝持续扩展。CO_(2)的高扩散性会使页岩孔隙压力增大,一方面降低有效应力使破裂压力降低,另一方面使拉伸临界失效能降低,使裂缝产生分叉导致裂缝更为复杂;明确了围压对CO_(2)压裂裂缝扩展的影响机制。在围压较低时,SC-CO_(2)相变瞬间释放出大量能量且作用范围较为扩散,能量值远远超过了临界能量释放率,导致更加容易产生多分支裂缝;而随着围压的增加,SC-CO_(2)压裂过程中相变产生的能量逐渐由1.74×10^(8)J/m^(3)降低至1.80×10^(7)J/m^(3),作用范围受围压的影响逐渐变得单一,且随着临界能量释放率的增大,导致裂缝难以扩展从而产生简单裂缝。明确了相变能量对裂缝扩展的贡献率由34.55%降至1.78%。 展开更多
关键词 页岩 超临界二氧化碳 相场法 相变 驱动能
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在纳米骨架和人工隔膜形貌优化下固态电池锂枝晶生长的相场法研究
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作者 包文彬 龚国庆 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第10期3687-3696,共10页
锂枝晶的生长在锂金属电池中普遍存在,该现象严重影响到了电池的使用寿命、效率和安全性。近年来,固态电池由于自身安全性高、循环稳定性高、能量密度大、循环寿命长等特点,成为新能源电池领域的主要研究对象。相较于液态电池,固态电池... 锂枝晶的生长在锂金属电池中普遍存在,该现象严重影响到了电池的使用寿命、效率和安全性。近年来,固态电池由于自身安全性高、循环稳定性高、能量密度大、循环寿命长等特点,成为新能源电池领域的主要研究对象。相较于液态电池,固态电池的固态电解质具有较高的机械强度,可以有效地抑制锂枝晶的生长,但是仍然难以完全抑制。本工作针对固态电池中锂枝晶的生长问题,基于力-热-电化学相耦合的相场模型,研究了不同形貌的纳米骨架和人工隔膜对锂枝晶的抑制情况。结果显示,粗糙度均匀且规则的纳米骨架可以有效抑制锂枝晶生长。在本工作构建的纳米管和分级结构纳米骨架中,锂枝晶高度分别下降了16.62%及21.04%,但随着不均匀程度增大,这种抑制效果会衰减;增加人工隔膜的厚度或减小其孔隙都能更有效抑制枝晶的生长,当孔隙相同时,随着人工隔膜厚度的增大,其对锂枝晶的抑制效果更加显著。同时,本工作构建的“瓦片”状截面的人工隔膜相比于传统的矩形截面的人工隔膜使锂枝晶的高度降低了12.75%。 展开更多
关键词 固态电池 锂枝晶 相场法 纳米骨架 人工隔膜
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铝/钢异种金属焊接过程中金属间化合物演化过程的相场研究
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作者 唐紫聪 李敏 +1 位作者 杨洪刚 陈云霞 《热加工工艺》 北大核心 2025年第5期117-120,126,共5页
采用双椭球热源模型结合相场模型,模拟铝/钢异种金属焊接过程中的温度场以及金属间化合物(IMC)的生长行为,IMCs由Fe_(2)Al_(5)和FeAl_(3)组成,且Fe_(2)Al_(5)占据了IMC层的主要部分。结果表明:Fe_(2)Al_(5)首先形成,然后少量Fe原子与Al... 采用双椭球热源模型结合相场模型,模拟铝/钢异种金属焊接过程中的温度场以及金属间化合物(IMC)的生长行为,IMCs由Fe_(2)Al_(5)和FeAl_(3)组成,且Fe_(2)Al_(5)占据了IMC层的主要部分。结果表明:Fe_(2)Al_(5)首先形成,然后少量Fe原子与Al原子结合生成FeAl_(3)。Fe_(2)Al_(5)的枝晶之间由于溶质的大量聚集形成溶质偏析,导致焊接接头的力学性能降低。Fe_(2)Al_(5)的枝晶臂间距和厚度随焊接电流的减小而减小,这可以有效地改善铝/钢焊接接头的力学性能。 展开更多
关键词 相场法 铝/钢异种金属 金属间化合物 溶质偏析
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废弃矿井压氢储能硐室潜在破裂面及其控制
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作者 刘瑞 周舒威 +3 位作者 秦世康 何修涵 冯建业 郑晓东 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期125-136,共12页
对废弃矿井大巷进行改造并用于压氢储能是实现废弃资源二次利用的有效方式和实现“双碳”目标的重要途径。受采动作用影响,废弃矿井大巷通常处于非等压状态,而非等压会降低硐室储能的可靠性。基于此,首先依据断裂过程中的剪切能量释放特... 对废弃矿井大巷进行改造并用于压氢储能是实现废弃资源二次利用的有效方式和实现“双碳”目标的重要途径。受采动作用影响,废弃矿井大巷通常处于非等压状态,而非等压会降低硐室储能的可靠性。基于此,首先依据断裂过程中的剪切能量释放特性,建立了考虑气体压力、温度和剪切能量释放演化的相场断裂模型,并对该模型进行验证;其次依据提出的相场模型,对不同煤柱宽度和水平差下硐室潜在破裂面的起裂和发育特征进行研究;最后将提出的相场断裂模型与实际工程相结合,对不同围岩处理方式下的处理效果和起裂诱因进行研究。结果表明:所提出的相场断裂模型可以较好的描述硐室潜在破裂面起裂位置、起裂诱因和发育过程;煤柱的宽度直接影响硐室的起裂压力,煤柱越宽硐室起裂压力越大,且破裂面整体以剪切为主;硐室的破裂面分为主破裂面和次破裂面,煤柱宽度越大,次破裂面发育越深;硐室与采场的水平差同样影响硐室起裂压力,随着硐室与采场水平高度差增大,硐室围岩起裂压力先增大后减小,且破裂面出现由张拉应力引起的分叉现象;在对潜在破裂面进行止裂研究后表明,增打底部锚杆是提升硐室储氢性能最为有效的改造方法,其次为围岩进行注浆强化,进行采空区充填效果较弱;在采用锚杆索加强支护下的硐室起裂诱因为剪切应力,破裂面沿锚杆发育诱因为张拉应力。 展开更多
关键词 废弃矿井 压氢储能 采动影响 相场法 改造方法
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基于相场格子Boltzmann方法的相间传质模拟
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作者 崔嘉 秦妍 +3 位作者 董波 周训 张雅瑾 李维仲 《计算力学学报》 北大核心 2025年第2期271-277,共7页
相间传质在科学、工程和技术领域广泛存在。为了研究静态和动态情况下不混溶两相之间的相间传质过程,本文将连续组分传输模型与相场格子玻尔兹曼方法结合,构建了一个适用于模拟具有大密度比两相流系统相间传质过程的格子Boltzmann多相... 相间传质在科学、工程和技术领域广泛存在。为了研究静态和动态情况下不混溶两相之间的相间传质过程,本文将连续组分传输模型与相场格子玻尔兹曼方法结合,构建了一个适用于模拟具有大密度比两相流系统相间传质过程的格子Boltzmann多相模型。该模型通过在碰撞过程引入源项和相界面处引入传质通量,保证相界面上的通量连续性。随后通过模拟静止相界面传质问题和毛细管驱替与传质过程验证了传质模型的正确性。和现有模型相比,本文提出的模型在模拟相间传质过程中可以保证相界面传质通量具有较高的精度。随后,本文模拟了多孔介质内相间传质过程,并对多孔介质内两相传质通量的变化原因和影响因素进行深入研究。研究结果表明,根据相界面传质通量的变化可以将多孔介质中相间传质过程划分为两个阶段。第一阶段相界面总传质通量随界面处浓度梯度迅速减小;第二阶段的总传质通量曲线与单位相界面速度曲线的变化趋势高度一致。 展开更多
关键词 相间传质 两相流 格子玻尔兹曼方法 相场模型 多孔介质
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构筑成形过程中连接界面愈合的多相场法模拟
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作者 袁瑶 杨继兰 +2 位作者 杨幸运 樊锐涵 郭正洪 《塑性工程学报》 北大核心 2025年第2期38-49,共12页
为探明动态再结晶机制对构筑成形工艺效果的影响规律,进行了纯镍材料连接界面愈合过程的多相场模拟。基于位错攀移理论,首次建立了亚晶合并机制下动态再结晶的多相场模型。对于已有模拟算例的晶界弓出机制,使用晶体塑性有限元法修正了... 为探明动态再结晶机制对构筑成形工艺效果的影响规律,进行了纯镍材料连接界面愈合过程的多相场模拟。基于位错攀移理论,首次建立了亚晶合并机制下动态再结晶的多相场模型。对于已有模拟算例的晶界弓出机制,使用晶体塑性有限元法修正了其位错演化模块。模拟结果表明,在亚晶合并机制下,材料内部的小角度晶界优先消除,而连接界面异侧亚晶由于取向差过大难以发生合并,不利于愈合。而在晶界弓出模式下,连接界面附近基体中初始位错密度更高,因此可以率先生成新的晶粒并促进连接界面的有效愈合;另外,由位错演化计算得到的流动应力曲线与实验结果较为吻合,表明模拟结果是合理的。 展开更多
关键词 构筑成形 多相场法 连接界面愈合 亚晶合并 晶界弓出
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