在隧道爆破开挖的过程中, 地应力和节理对岩体爆破效果的影响显著, 是隧道爆破孔网布设必须考虑的两个重要因素。为了确定地应力和节理共同作用时隧道周边孔孔网布设参数, 以铜安高速巴岳山隧道为工程背景, 通过现场钻芯取样, 开展室内试验, 获取了节理板岩的静动力学参数。基于LS-PREPOST软件, 建立了不同地应力作用下节理岩体隧道爆破的三维数值分析模型, 分析了地应力为3 MPa、6 MPa和9 MPa时节理岩体隧道爆破后不同位置的有效应力分布规律。提出了不同地应力作用下含节理岩体隧道爆破的孔网布设方法, 并基于现场爆破试验进行了方法验证。结果表明: 地应力对节理岩体隧道爆破时的裂纹扩展具有抑制作用, 地应力越大, 抑制效果越明显。爆炸应力波会在节理位置发生多次折、反射, 导致超挖现象严重。Ⅳ级围岩研究段的周边孔孔距设置为45 cm、线装药密度设置为0.375 kg/m时, 平均超挖值控制在20 cm内。研究段混凝土设计值为15.1 m3, 3次现场试验的实际混凝土用量为26.4 m3、23.7 m3、25.8 m3, 平均混凝土超耗量为10.2 m3, 平均超耗率为67.5%, 超耗率均控制在100%以内, 爆破效果较优。

露天矿山在爆破过程中势必会给边坡稳定性造成影响, 特别是边坡处于岩溶发育区时更容易造成边坡失稳, 为了研究在爆破作用下岩溶对边坡稳定性的影响, 本文依托塘垭石灰岩矿山边坡工程, 以该矿山+1014 m平台出露岩溶为研究对象, 利用 ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件进行数值模拟, 考虑爆破振动效应影响, 得到了围岩的应力分布, 重点对比分析了有无溶洞条件下, 爆破对边坡应力、爆破振速、边坡岩体损伤以及边坡有效应力产生影响的差异。研究结果表明: 在台阶爆破时, 由于溶洞的存在, 使得台阶出现受力改变, 出现多次应力集中现象, 但台阶受力产生的应力值仅有7.6 MPa, 仍无法达到破坏岩体的程度; 不同空间位置的监测点, 由于溶洞的存在, 振动速度的差值变大, 且垂直方向比水平方向的振动速度变化更大, 尤其是空间位置靠近边坡坡面的监测点, 对这种情况的反应更加明显, 边坡坡面的监测点振动速度差值最大约1 cm/s, 未超过安全允许振速; 在爆破次数不断增加的过程中, 岩体内部的损伤也在逐步加剧, 且损伤在有溶洞的影响下更为明显, 岩溶区半径越大, 爆破次数越多, 损伤就更为严重; 对比前期开展的岩石单轴抗压强度实验得知, 尽管溶洞的存在会造成应力值的改变和应力集中现象, 但产生的有效应力峰值总体均远低于岩体的单轴抗压强度。针对爆破过程对边坡稳定性造成的影响, 提出岩溶区边坡的支护处理措施, 可为类似边坡爆破工程提供参考。

在巷道施工过程中, 周边爆破是非常重要的环节, 使用聚能管爆破来提升周边爆破的效果是一种常见的方式。但是聚能管爆破的诸多参数设置不合理, 仍然会使得周边爆破的定向破坏效果不明显, 轮廓线受破坏较大, 炮孔留存度低和超欠挖的现象。为了进一步提高爆破损伤的方向性, 改善爆破质量, 需要对聚能爆破的参数进行优化, 达到更好的施工效果。使用ANSYS/LSDYNA进行数值模拟实验, 从炸药-聚能管耦合性与不同的应力波相遇位置这两个方面进行研究, 寻找相对应的合理爆破参数。对数值模拟结果进行分析, 当炸药与聚能管之间的不耦合系数为1.12时可以在保护围岩岩体与定向破坏之间取得平衡。改变相邻两组炸药的起爆位置, 使得同一水平面上的爆炸引力波相遇位置偏移至两炮孔之间3/4的位置时, 轮廓线的完整程度得到了较大程度的提高。通过这一系列结果可以得出在聚能管与药卷之间采用不耦合结构, 根据聚能管大小采用合适的药卷, 并通过改变炸药的起爆位置使得炮孔之间的应力波相遇的位置发生改变, 可以较大幅度地降低对留存岩体的损害。对这两个研究较少的参数进行优化, 从更广的角度对爆破效果进行提高, 使隧道巷道工程获得更好的轮廓线效果与炮孔完整度, 降低超欠挖。

设计出一种高灵敏度的新型椭圆侧芯光子晶体光纤传感器模型。圆形孔和3种不同大小椭圆孔构成该椭圆侧芯光子晶体光纤空气孔，其中椭圆孔的椭圆率分别为e、e₁、e₂，在椭圆率为e的左侧椭圆孔内涂敷金纳米薄膜。通过有限元分析软件COMSOL对传感器的传感特性进行数值分析。研究发现：表面等离子体共振的共振峰对待测液体折射率的变化有很高的传感灵敏度；光子晶体光纤传感器的灵敏度会随着椭圆率e、e₁以及金纳米薄膜的厚度而变化。折射率在1.40~1.42范围内，传感器灵敏度随着e₁的增大而增大；折射率在1.42~1.43范围内，传感器灵敏度随着e₁的增大先减小再增大。当椭圆率e₁=1.2、折射率为1.43时，灵敏度高达31800 nm/RIU（折射率单元）。折射率在1.38~1.43范围内，传感器灵敏度随着椭圆率e的增大而增大，当椭圆率e=2.3时，灵敏度高达33200 nm/RIU。折射率在1.42~1.43范围内，传感器灵敏度随着金纳米薄膜厚度的增大而减小，在折射率为1.43、金纳米薄膜厚度为40 nm时，传感器灵敏度高达34600 nm/RIU。

露天矿台阶爆破时，爆堆表面形态与内部质点的运动轨迹是露天矿精准采矿的重要影响因素，尤其对于矿化不均匀的矿体。针对爆堆空间形态三维分布规律是露天矿爆破效果评价难点的问题，以太钢袁家村铁矿项目为背景，开展台阶爆破爆堆形态计算分析研究，提出了一种基于离散元的计算方法。该方法利用三维激光扫描技术获取台阶岩体节理产状，进而建立台阶节理分布模型，结合单孔爆破药量与起爆模式开展台阶爆破过程爆堆空间形态数值分析研究，通过对各爆破点附近的单元进行监测，从而确定各质点运动轨迹；通过数值软件模拟台阶爆破后爆堆的三维形态；最后利用爆堆实际的形态与坡面角比对验证数值计算结果的准确性。结果显示：经过数值分析计算的爆堆高度、爆堆前冲距离、爆堆破面角与无人机现场实际测量数据较为吻合；模拟的爆堆内部1、2号点前冲距离较大分别为26.1 m、14.71 m，5、6号点的前冲距离较小分别为9.18 m、9.83 m且运动较为平缓。通过对爆堆空间形态数值分析，可以为露天矿的精准采矿提供理论基础。

针对大断面地下洞室边墙新建隧道爆破施工对邻近地下洞室群安全稳定性影响，以宁波至杭州湾新区引水工程为背景，在亭下隧道取一断面对溪下隧道爆破开挖进行振动监测，得到了该断面围岩振动速度分布规律；运用LS-DYNA软件建立地下洞室群有限元模型对掏槽孔爆破过程进行数值模拟，得到爆破振动作用下邻近洞室振动速度、应力分布规律，并从动载作用来分析评价地下洞室群的安全稳定性。计算结果表明：现场测试结果与计算结果吻合较好，振速分布规律与实测振速分布规律相近；采用振动速度作为爆破振动安全判据是可行的；邻近洞室迎爆侧直墙爆源近区是振动速度与拉应力最大的区域，容易发生拉伸破坏；地下洞室迎爆侧边墙振动速度分布规律与最大主应力分布规律相似;结合岩石抗拉强度准则对最大主应力与振动速度数据进行拟合，提出以峰值振动速度为判断指标的安全判据；当振动速度超过临界值45.82cm/s时，应及时采取措施并加强防护。研究成果可为类似工程条件下隧道爆破施工与振动控制提供参考。

为研究大型构件激光同轴送粉增材连接过程中的热、力、变形，探明三者分布规律和演化特性，采用ANSYS参数化设计语言，通过编程，实现对连接过程的有限元数值仿真。结果表明，由于连接区域占比较小，热影响区集中分布在连接缝周围，当接缝之间距离较小时，热影响区产生重叠。接缝处应力在连接阶段和冷却阶段表现出不同特征：连接时，应力数值不高，应力集中也不明显；冷却初期，应力数值增大的同时范围趋于集中，一段时间后，应力会在高位稳定，接缝处形成集中高应力区。在边界条件制约下，框架纵向翘曲比较明显，圆柱孔连接后会产生形状误差。由于只存在根部与框架之间的变形协调约束，肋板会产生不同方向、角度的偏转。连接位置和约束方式对成形精度有很大影响。

准分子激光器作为放电激励的气体激光器，其激光介质气体在主放电电极间辉光放电产生激光的同时，也在放电区域产生气态和固态的放电产物以及大量的热。通常在激光腔内放置横流风机，以维持放电区域气体的流动和更新，从而保证激光器以重复频率工作时，每一次放电不受前一次放电产物和热量的影响。对于大功率(>300 W)准分子激光器，其放电区域体积大，且具有更高的放电电压和放电重复频率，因此对主放电电极间的气体流场具有更高要求。本课题组采用二维模型，针对一套自行设计的大功率准分子激光器放电腔结构和气体循环系统进行了稳态流场数值分析。数值分析结果显示，当风机转速为3500 r/min时，放电区域气体的平均流速高于32.76 m/s，且气体流速均匀。这一结果从理论上证明了该循环系统可以满足大功率准分子激光器的工作要求。

利用COMSOL软件, 基于射线追踪方法建立粉末层中激光能量吸收行为的三维介观尺度模型, 研究Ti6Al4V粉末粒径、粉末层厚度、粉末空间分布和粒径分布对激光选区熔化工艺中能量吸收率的影响, 并探究激光能量在粉末层中的传输规律。结果表明, 粉末粒径在5～60 μm之间时, 密排堆垛粉末层能量吸收率在63.06%～63.24%之间; 松散随机堆垛粉末层能量吸收率增加到69.37%～70.46%之间, 其能量吸收率沿扫描路径波动值在粉末粒径由20 μm增大到25 μm时, 从0.68%骤增到1.99%。粉末层能量吸收率对粉末粒径变化不敏感, 但考虑SLM扫描过程中能量吸收的稳定性, 应控制粉末粒径小于25 μm。在密排堆垛粉末层中, 粉末层激光能量吸收主要发生在粉末层表层, 渗透深度为30 μm左右, 在粉末层一倍粉末粒径深与基底处, 存在由孔隙中能量积累造成的吸收率陡增。松散随机堆垛粉末层中能量渗透深度为两倍粉末粒径左右, 故最优铺粉厚度为两个粉末粒径。粒径高斯分布与均一分布的粉末层能量吸收率分别为69.2%与70.3%, 存在相互替代可能性。研究结果可为激光选区熔化工艺中粉末材料的制备提供一定的理论依据。同时, 其计算模型可推广到其他粉末材料对激光能量的吸收率计算。