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轻质层对提高陶瓷复合装甲弹道阻力影响的理论与数值分析

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Acta Mechanica Sinica 2024年第3期40卷 1-9页

作者：杨尚霖王毅刚张逸之柳占立 Applied Mechanics Laboratory Department of Engineering MechanicsSchool of Aerospace EngineeringTsinghua UniversityBeijing100084China

陶瓷复合装甲主要由陶瓷层和背板层组成,广泛应用于冲击防护.然而,目前仍缺乏背板层在提高陶瓷复合装甲系统防弹性能方面的定量认识和分析.本文以B4C/UHMWPE双层装甲体系为例,从理论上系统地研究了UHMWPE层在提高陶瓷复合装甲弹道阻力... 详细信息

陶瓷复合装甲主要由陶瓷层和背板层组成,广泛应用于冲击防护.然而,目前仍缺乏背板层在提高陶瓷复合装甲系统防弹性能方面的定量认识和分析.本文以B4C/UHMWPE双层装甲体系为例,从理论上系统地研究了UHMWPE层在提高陶瓷复合装甲弹道阻力方面的增强机理和适合UHMWPE厚度的选取.开发并验证了预测双层装甲系统剩余速度的理论模型.具体而言,分别从理论上获得与塑性、断裂和摩擦相关的耗散能以及由弹性应变能和动能组成的储存能.理论结果表明,随着UHMWPE层厚度的增加,耗散能单调增加,而储存能则先增加后减少,并会出现一个转折点,这是由于储存能的主导机制由系统固有的最大储存能转变为剩余动能.此外,对于给定的弹道阻力,根据存储能的转变提出了为降低面密度的最佳UHMWPE厚度的参考值,这与陶瓷厚度、冲击速度和弹丸质量有关.本文的研究有助于指导陶瓷复合装甲的轻量化设计.

关键词： Ballistic resistance Bi-layer armor Theoretical analysis Optimal UHMWPE thickness

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基于机器学习的页岩气采收率预测方法

固体力学学报 2021年第3期42卷 221-232页

作者：严子铭王涛柳占立庄茁清华大学航天航空学院北京100084

页岩气是指以吸附和游离时而还有流体相的状态赋存于泥页岩中的非常规天然气,我国探明储量丰富,地域分布广泛,埋藏深度普遍在3000米以下.页岩气开采的关键技术是水平井和水力压裂,而高效开采面临的更大困难和挑战是预测采收率.如果能够... 详细信息

页岩气是指以吸附和游离时而还有流体相的状态赋存于泥页岩中的非常规天然气,我国探明储量丰富,地域分布广泛,埋藏深度普遍在3000米以下.页岩气开采的关键技术是水平井和水力压裂,而高效开采面临的更大困难和挑战是预测采收率.如果能够预测采收率,一是可以评估当前储层改造程度,二是可以获悉当前的施工参数对产气量的直接影响,便于动态指导施工.由于影响产气量的因素既包括储层自身参数,又受施工参数的直接调控,因此尚无合适的物理模型能够评估多种因素对产气量的综合影响.近年来,随着深度学习的兴起,该方法成为解决工程领域问题的热门手段.论文通过解读涪陵地区页岩气开采水平井的现场数据,分别使用深度神经网络、支持向量回归以及极限梯度爬升等三种机器学习方法,建立了从储层和施工参数到采收率的预测模型,分析了各类模型的优缺点,以及相关参数的重要性.在页岩气施工现场数据量较少的情况下,建立了合理预测采收率模型,具有工程应用前景.

关键词：页岩气水平井水力压裂机器学习预测采收率

基于Langmuir吸附理论的双孢蘑菇呼吸速率模型

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农业机械学报 2011年第4期42卷 110-115页

作者：王娟王相友朱继英刘战丽山东理工大学农业工程与食品科学学院淄博255049

研究了不同温度(5、10、15、20、25℃)下,气调包装的双孢蘑菇呼吸速率随贮藏时间的变化规律。结果表明,双孢蘑菇的呼吸速率随着贮藏时间的延长而不断降低,直至达到动态平衡状态。利用Langmu ir吸附理论对双孢蘑菇呼吸速率的测定值进行... 详细信息

研究了不同温度(5、10、15、20、25℃)下,气调包装的双孢蘑菇呼吸速率随贮藏时间的变化规律。结果表明,双孢蘑菇的呼吸速率随着贮藏时间的延长而不断降低,直至达到动态平衡状态。利用Langmu ir吸附理论对双孢蘑菇呼吸速率的测定值进行了解析,建立了不同贮藏温度下的呼吸速率模型。结果显示,双孢蘑菇的呼吸速率随贮藏环境中O2体积分数的增加而升高,随CO2体积分数的增加而降低;最大呼吸速率随温度的增加而增加,且与贮藏温度之间满足Arrhen ius方程。

关键词：双孢蘑菇薄膜气调包装呼吸速率数学模型吸附理论

爆炸和冲击载荷下金属材料及结构的动态失效仿真

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应用数学和力学 2021年第1期42卷 1-14页

作者：柳占立初东阳王涛王毅刚清华大学航天航空学院工程力学系北京100084

通过数值模拟研究爆炸冲击载荷下金属材料和结构的动态失效规律,对表征爆炸冲击毁伤效应及设计新型抗冲击结构有重要意义.强动载下金属材料失效涉及材料大变形、热力耦合、材料状态变化等多个复杂物理过程,给数值仿真带来了极大挑战,其... 详细信息

通过数值模拟研究爆炸冲击载荷下金属材料和结构的动态失效规律,对表征爆炸冲击毁伤效应及设计新型抗冲击结构有重要意义.强动载下金属材料失效涉及材料大变形、热力耦合、材料状态变化等多个复杂物理过程,给数值仿真带来了极大挑战,其中包括裂纹、剪切带等复杂失效模式的几何描述、动态失效准则的确定、塑性与损伤耦合演化的描述等问题.针对这些挑战性问题,基于能量变分建立描述金属动态失效过程的热弹塑性相场理论和计算模型,实现了断裂与剪切带失效模式的统一描述,并提出了其显式有限元高效求解策略.进一步将该模型应用于爆炸冲击载荷下金属脆韧失效模式转变、绝热剪切带(ASBs)自组织及冲击波作用下薄壁圆盘失效形式转变三个典型金属动态失效问题,验证了理论模型的准确性及计算模型的稳健性.该工作为后续开展基于仿真的爆炸冲击毁伤评估及防护结构设计研究奠定了基础.

关键词：爆炸和冲击动态失效断裂剪切带数值模拟

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页岩气高效开采的力学问题与挑战

力学学报 2017年第3期49卷 507-516页

作者：柳占立庄茁孟庆国詹世革黄克智清华大学航天航空学院应用力学教育部重点实验室北京100084 国家自然科学基金委员会数理学部北京100085

页岩气是指赋存于富含有机质泥页岩中以吸附和游离状态为主要存在方式的天然气,中国资源量丰富,地域分布广泛.页岩气开采能缓解我国常规油气产量不足、煤化石燃料引起环境污染等问题,已成为中国绿色能源开发的重要领域.尽管北美页岩气"... 详细信息

页岩气是指赋存于富含有机质泥页岩中以吸附和游离状态为主要存在方式的天然气,中国资源量丰富,地域分布广泛.页岩气开采能缓解我国常规油气产量不足、煤化石燃料引起环境污染等问题,已成为中国绿色能源开发的重要领域.尽管北美页岩气"革命"取得了成功,目前也仅有预期产量5%～15%的采收率.与北美地区相比,中国页岩气埋藏深,赋存条件差,自然丰度低,因此,高效开采面临更多的困难和挑战.近年来,围绕国家重大能源战略需求,瞄准技术发展前沿,学术界和工业界联合对页岩气高效开采的关键科学和技术问题展开研究.本文结合近三年四川、重庆地区的页岩气试验区块遇到的新问题,针对中国未来3 500 m以下深部开采的新挑战,如地质沉积、裂缝发育构造不同、上覆压力增加、水平应力场变化等新问题,介绍和总结了目前中国页岩气高效开采面临的力学科学问题,主要包括多重耦合下的安全优质钻完井力学理论和方法、水力压裂体积改造和多尺度缝网形成机制、多尺度渗流力学特性与解吸附机理等."深部页岩气高效开采"的研究面向国家重大能源需求,科学意义重大,工程背景明确,需要工程力学、石油工程、地球物理、化学工程和环境工程等多学科专家合作,开展理论研究、物理模拟、数值模拟及现场试验等综合应用基础研究,取得高效开采页岩油气理论与技术的突破.学科交叉是研究页岩气高效开采问题、突破技术瓶颈的桥梁,只有力学与石油工程、地球科学等学科实现深度交叉融合,才能更加有效地推动页岩油气等非常规油气资源的开发.

关键词：页岩气工程地质力学钻井完井理论水力压裂多尺度渗流

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高氧气调对果蔬采后生理和品质影响研究进展

农业机械学报 2009年第7期40卷 112-118页

作者：刘战丽王相友朱继英王娟中国农业大学工学院北京100083 山东理工大学轻工与农业工程学院淄博255049

高氧（21%-100%）能有效地抑制果蔬无氧呼吸代谢、组织酶促褐变以及风味损失,因此,已成为一种新的贮藏方式。综述了高氧气调对果蔬呼吸代谢、乙烯合成、组织褐变、活性氧代谢、挥发性物质和营养物质、色泽和质地以及果蔬腐烂等采后生理... 详细信息

高氧（21%-100%）能有效地抑制果蔬无氧呼吸代谢、组织酶促褐变以及风味损失,因此,已成为一种新的贮藏方式。综述了高氧气调对果蔬呼吸代谢、乙烯合成、组织褐变、活性氧代谢、挥发性物质和营养物质、色泽和质地以及果蔬腐烂等采后生理和贮藏品质的影响,分析了目前高氧气调研究中存在的不足和今后的研究方向,为果蔬高氧气调的深入研究提供参考。

关键词：果蔬气调贮藏高氧生理品质

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高氧气调贮藏下双孢蘑菇品质和抗性物质变化

农业工程学报 2010年第5期26卷 362-366页

作者：刘战丽王相友朱继英王娟山东理工大学农业工程与食品科学学院淄博255049 中国农业大学工学院北京100083

为探索高氧处理对双孢蘑菇保鲜的效果,该试验研究了体积分数为40%、60%、80%和100%O2及空气气流连续处理对双孢蘑菇在2℃、12d贮藏期间主要品质指标和抗性物质变化的影响。结果表明,高氧处理对可溶性固形物含量无显著影响。60%～100%高... 详细信息

为探索高氧处理对双孢蘑菇保鲜的效果,该试验研究了体积分数为40%、60%、80%和100%O2及空气气流连续处理对双孢蘑菇在2℃、12d贮藏期间主要品质指标和抗性物质变化的影响。结果表明,高氧处理对可溶性固形物含量无显著影响。60%～100%高氧处理可显著抑制双孢蘑菇硬度的下降、菇肉和菇皮的褐变以及细胞膜透性的增加,60%～100%高氧处理的双孢蘑菇脯氨酸含量低于对照处理,差异显著(p<0.05);可溶性蛋白质含量高于对照,差异不显著。总体来看,高氧处理有效保持了双孢蘑菇的品质。

关键词：食用菌贮藏品质控制抗性物质

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深度学习与力学建模融合的骨力学性能研究

力学学报 2024年第7期56卷 1876-1891页

作者：严子铭胡元裕李想柳占立田耘庄茁清华大学航天航空学院工程力学系北京100084 北京大学第三医院骨科北京100191 海南师范大学信息科学技术学院海口571158

骨缺损是骨科临床常见且复杂的疾患,根据患者体内缺损区骨组织力学性能,设计生物力学性能匹配的个性化骨假体,有望提升临床骨缺损诊疗的水平.然而,当前的个性化骨缺损诊疗,在体内骨组织微观结构分析、非均质各向异性力学行为表征和建模... 详细信息

骨缺损是骨科临床常见且复杂的疾患,根据患者体内缺损区骨组织力学性能,设计生物力学性能匹配的个性化骨假体,有望提升临床骨缺损诊疗的水平.然而,当前的个性化骨缺损诊疗,在体内骨组织微观结构分析、非均质各向异性力学行为表征和建模等方面存在诸多问题,难以实现生物力学性能的适配,导致骨重建效果不佳.针对上述问题,提出了一种融合数据驱动与力学建模的骨缺损重建方法,以实现临床条件下骨组织力学性能的准确表征.首先,以羊股骨远端为对象,提出了基于临床CT影像的多神经网络模型,通过建立低分辨率临床CT下的宏观骨密度分布与micro-CT下松质骨微结构形态特征的映射关系,能够直接通过临床CT对体内骨组织非均匀骨密度分布和结构张量等组织形态学参数进行准确预测.其次,建立了基于非均匀骨密度和结构张量的松质骨各向异性本构模型和实验表征方法.通过贝叶斯反演识别本构模型参数,修正了实验中由于材料主方向与加载方向偏离引入的系统误差.实验结果验证了所建立本构模型与参数反演方法的准确性,并揭示了不同部位松质骨力学行为与微结构生长方向的关系.文章通过深度学习与力学建模融合的骨力学性能研究,解决了临床医学影像下松质骨微观结构分析的难题,为个性化骨假体的设计奠定了基础.

关键词：临床医学影像深度学习松质骨非均质各向异性本构

基于扩展有限元法的水力压裂大物模实验的数值模拟

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清华大学学报（自然科学版） 2014年第10期54卷 1304-1309页

作者：王涛高岳柳占立王永辉杨立峰庄茁清华大学航天航空学院北京100084 中国石油集团科学技术研究院廊坊102800

该文在页岩水力压裂实验的基础上,采用扩展有限元方法(XFEM),发展了ABAQUS软件的显式用户单元子程序,实现了页岩水力压裂过程的初步数值模拟。通过在常规3维实体8节点单元中引入扩充自由度,实现在单元内引入不连续位移场,模拟了水力压... 详细信息

该文在页岩水力压裂实验的基础上,采用扩展有限元方法(XFEM),发展了ABAQUS软件的显式用户单元子程序,实现了页岩水力压裂过程的初步数值模拟。通过在常规3维实体8节点单元中引入扩充自由度,实现在单元内引入不连续位移场,模拟了水力压裂的裂纹,且无需在裂纹扩展过程中重画网格。采用有限差分法(FDM)离散流体的连续方程,实现对裂缝内流体流动的模拟。对一般扩展有限元方法进行改进,引入虚拟节点,在显式方法中可以简化处理单元内的裂纹,同时在扩充8节点六面体单元中使用一点积分和沙漏控制,大大提高了计算效率。数值模拟结果与实验吻合得较好。

关键词：扩展有限元法(XFEM) ABAQUS显式用户单元子程序水力压裂虚拟节点法