以煤矿防冲液压支架吸能构件为研究对象,利用ABAQUS软件建立数值模型并分析构件性能,发现局部位置的等效塑性应变过大,导致吸能构件载荷出现大幅度波动。对塑形应变较大位置,将钢板厚度增加10 mm,增加的高度为42 mm,此举能提升对应区域的强度和刚度。利用数值模型再次分析结构优化后的吸能构件,发现其载荷稳定性有了明显提升,极大改善了构件性能。将优化后的吸能构件应用到煤矿实践中,发现达到了预期效果,产生了很好的安全效益。

为准确量化循环载荷对井筒水泥环密封性的影响,基于页岩气井多级压裂过程中套管内压多次升高和降低的实际情况,开展了高温三轴循环载荷作用下水泥石岩心应力-应变试验,建立了套管-水泥环-地层组合体数值模型,基于Mohr-Coulomb准则和损伤理论,计算了多级压裂过程中循环载荷作用下水泥环内边界处等效塑性应变量。分析结果表明:循环载荷作用下水泥石累积塑性应变显著,初始塑性应变量最大,后续呈线性增加;多级压裂过程中,水泥环、套管胶结面处易出现累积塑性应变,初始塑性应变量最大,后续呈线性增加,与试验结果具有较好的对应性;降低水泥石弹性模量,增大泊松比、黏聚力和内摩擦角有利于降低累积塑性应变量,保护水泥环密封的完整性。研究结果可为页岩气井压裂过程中水泥环密封完整性设计和控制提供参考。

为防治冲击地压危害,减小人员伤亡与经济损失,采用数值计算方法建立吸能让位防冲液压支架与围岩协同作用体系模型,计算支架和围岩组合体系在静载和冲击载荷作用下的受力状态。结果表明:静载条件下,受煤层影响巷道右侧拱肩位置应力值与塑性应变相对最大,此处最易发生破坏;吸能装置在静载条件下没有发生压缩变形,表明吸能装置不会影响支架正常工作;竖向冲击荷载条件下,受煤层结构影响巷道右侧拱肩处等效塑性应变值增大相对比较明显,吸能防冲支架中间液压柱与右侧液压柱水平位移变化相对最明显;冲击地压发生过程中,支架与围岩间相互作用力变化较大,总体可分为振动段、平稳段、上升段、波动段4个阶段。

建立动力电池盖板及钢珠的二维轴对称有限元模型，考虑材料、几何、接触非线性因素，基于等效塑性应变评价参数，对钢珠及盖板的几种极限尺寸模型进行计算分析，从而提出了合理的盖板通孔极限尺寸。