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含夹杂各向异性圆柱超导材料的力学行为分析

Acta Mechanica Sinica 2023年第1期39卷 126-138页

作者：周文海周又和 Key Laboratory of Mechanics on Environment and Disaster in Western China Ministry of Educatio College of Civil Engineering and Mechanics Lanzhou University Lanzhou 730000 China School of Petrochemical Technology Lanzhou University of Technology Lanzhou 730050 China

本文对零场冷却充磁(ZFC)后放置于随时间变化的外磁场中的含中心夹杂长圆柱超导体模型磁弹性问题进行解析计算和数值计算分析.为了更加真实地反映模型的力学行为,首先将模型定义为磁性能各向异性材料,其次对模型的磁通分布状态分别考虑... 详细信息

本文对零场冷却充磁(ZFC)后放置于随时间变化的外磁场中的含中心夹杂长圆柱超导体模型磁弹性问题进行解析计算和数值计算分析.为了更加真实地反映模型的力学行为,首先将模型定义为磁性能各向异性材料,其次对模型的磁通分布状态分别考虑了外场黏性磁通流动效应和内场磁通蠕变效应.通过控制复合材料的弹性模量Er/E i r m、体积分数f等弹性系数以及影响磁通分布的黏性磁通流动速度v1、磁通蠕变作用系数K、蠕变发生几率n等参变量的取值,对模型的径向应力分布状态和磁致伸缩特性进行深入分析.将本文的解析计算结果与数值模拟结果进行了比较,结果反映两者绘制的参变量曲线分布规律几乎完全吻合,不同的是数值大小存在明显差异,其原因为数值模拟过程中假定超导体电导率满足强非线性E-J关系,并施加了脉冲形式的外磁场;而解析计算过程中采用了场相关的临界态模型,将感应电流假定为临界电流,所以导致计算结果数值存在一定差异.

关键词：解析计算各向异性材料应力分布状态临界电流感应电流磁致伸缩脉冲形式磁弹性

A sixth-order wavelet integral collocation method for solving nonlinear boundary value problems in three dimensions

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Acta Mechanica Sinica 2022年第2期38卷 81-92,I0003页

作者： Zhichun Hou Jiong Weng Xiaojing Liu youhe zhou Jizeng Wang Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western China the Ministry of EducationLanzhou 730000China College of Civil Engineering and Mechanics Lanzhou UniversityLanzhou 730000China

A sixth-order accurate wavelet integral collocation method is proposed for solving high-order nonlinear boundary value problems in three *** order to realize the establishment of this method,an approximate expression of multiple integrals of a continuous function defined in a three-dimensional bounded domain is proposed by combining wavelet expansion and Lagrange boundary *** applying such an integral technique,during the solution of nonlinear partial differential equations,the unknown function and its lower-order partial derivatives can be approximately expressed by its highest-order partial derivative values at nodes.A set of nonlinear algebraic equations with respect to these nodal values of the highest-order partial derivative is obtained using a collocation *** validation and convergence of the proposed method are examined through several benchmark problems,including the eighth-order two-dimensional and fourth-order three-dimensional boundary value problems and the large deflection bending of von Karman *** demonstrate that the present method has higher accuracy and convergence rate than most existing numerical *** importantly,the convergence rate of the proposed method seems to be independent of the order of the differential equations,because it is always sixth order for second-,fourth-,sixth-,and even eighth-order problems.

关键词： Nonlinear boundary value problems Eighth-order derivative Coiflet wavelet Integral collocation method Von Karman plate

循环载荷作用下粗糙界面的力-热-电接触行为

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Acta Mechanica Sinica 2023年第10期39卷 1-11页

作者：赵行他吴睿周又和 Institute of Superconductor Mechanics Lanzhou University Lanzhou 730000 China Department of Mechanics and Engineering Science College of Civil Engineering and Mechanics Lanzhou University Lanzhou 730000 China Key Laboratory of Mechanics on Environment and Disaster in Western China The Ministry of Education of China Lanzhou University Lanzhou 730000 China

循环载荷对粗糙界面接触刚度、热阻以及电阻的影响机制是评估复杂工程结构界面性能需解决的关键问题.如何表征接触过程随机性,并揭示界面不同物理量耦合机制,从而预测界面性能(接触刚度、热阻和电阻)演化规律是极具挑战的问题.本文提出... 详细信息

循环载荷对粗糙界面接触刚度、热阻以及电阻的影响机制是评估复杂工程结构界面性能需解决的关键问题.如何表征接触过程随机性,并揭示界面不同物理量耦合机制,从而预测界面性能(接触刚度、热阻和电阻)演化规律是极具挑战的问题.本文提出了一种随机接触过程概率表征方法,并基于此建立了界面力-热-电接触理论模型来描述循环载荷下粗糙界面接触行为,揭示了循环载荷对界面刚度、隔热能力和导电能力影响机制,为复杂工程结构界面性能评估和寿命预测提供了理论参考。

关键词：循环载荷接触过程接触行为粗糙界面接触刚度界面性能界面刚度耦合机制

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深埋地下洞室岩爆发生的岩体条件数值分析

现代隧道技术 2015年第5期52卷 32-39页

作者：赵红亮周又和兰州大学土木工程与力学学院兰州730000 西部灾害与环境力学教育部重点实验室.兰州730000

岩体的结构与性质是岩爆发生与否的物质基础,也是岩爆发生的主要内因。深埋地下隧洞中的岩爆灾害主要产生于坚硬的弹脆性围岩中。强度高、原生节理裂隙少、岩体完整性好等岩体条件非常有利于岩石积累弹性应变能。为定量分析岩体条件对... 详细信息

岩体的结构与性质是岩爆发生与否的物质基础,也是岩爆发生的主要内因。深埋地下隧洞中的岩爆灾害主要产生于坚硬的弹脆性围岩中。强度高、原生节理裂隙少、岩体完整性好等岩体条件非常有利于岩石积累弹性应变能。为定量分析岩体条件对围岩潜在岩爆可能性的影响,文章针对锦屏Ⅱ级水电站深埋地下隧洞工程实例,采用岩石单轴抗压强度表征围岩的强度,采用地质强度指标GSI刻划岩体的完整性程度;保持围岩应力水平条件不变,选取不同的岩石单轴抗压强度和不同的地质强度指标,通过数值模拟方法分别计算围岩应力集中部位在开挖过程中的应力变化特征及最终应力状态。数值计算结果揭示,深埋地下隧洞的强岩爆主要倾向于出现在强度高、岩石单轴抗压强度达到120 MPa以上、岩体完整性好、地质强度指标GSI值在55以上的Ⅱ级围岩。

关键词：深埋隧洞岩爆岩石强度岩体完整性形成条件数值模拟

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缓凝预应力筋包覆试验

机械工程学报 2008年第1期44卷 212-216页

作者：张建辉薛德胜周又和杭州电子科技大学机械工程学院杭州310018 兰州大学物理科学与技术学院兰州730000 兰州大学土木工程与力学学院兰州730000

在预应力钢筋上连续包裹一层缓凝砂浆是新型缓粘结预应力混凝土体系得以工程应用的关键。利用螺旋输送挤出、模具成型原理,开发出缓凝预应力筋包覆装置,并进行缓凝预应力筋包覆试验。基于流变学理论,分析缓凝砂浆连续包覆过程。理论和... 详细信息

在预应力钢筋上连续包裹一层缓凝砂浆是新型缓粘结预应力混凝土体系得以工程应用的关键。利用螺旋输送挤出、模具成型原理,开发出缓凝预应力筋包覆装置,并进行缓凝预应力筋包覆试验。基于流变学理论,分析缓凝砂浆连续包覆过程。理论和试验结果表明:要成功实现自动连续一次完成在预应力钢绞线上均匀密实包裹缓凝砂浆同时包覆塑料(密封砂浆),宾汉姆体的缓凝砂浆在螺旋输送槽和钢绞线与塑料护套形成的环形通道内必须完全处于一种流动状态,而保持流态的条件则是螺旋转数和包覆速度均满足临界值要求。

关键词：预应力钢筋缓凝砂浆连续包覆

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高山景行携后学,仰止追忆感师恩

力学与实践 2021年第4期43卷 654-655页

作者：周又和兰州大学超导力学研究院教育部西部灾害与环境力学重点实验室(兰州大学)兰州大学土木工程与力学学院力学与工程科学系兰州730000

王仁先生是著名力学家、地球动力学家和教育家,他为我国的科学研究和高等教育发展做出了奠基性的贡献。尤其王仁先生无私地鼓励和支持我们年轻人开拓新的研究领域、瞄准国家重大需求和科学前沿开展科学研究的感人事迹,使我与郑晓静终身... 详细信息

王仁先生是著名力学家、地球动力学家和教育家,他为我国的科学研究和高等教育发展做出了奠基性的贡献。尤其王仁先生无私地鼓励和支持我们年轻人开拓新的研究领域、瞄准国家重大需求和科学前沿开展科学研究的感人事迹,使我与郑晓静终身难忘。1991年,王仁先生在兰州开会期间,让我与郑晓静去见他。当时王先生是中国力学学会理事长,是我们敬仰的大科学家,我们不知何事,就有些忐忑不安。见面后,王先生笑容满面、和蔼亲切地说,听说你们要开展电磁固体力学研究.

关键词：中国力学学会高等教育科学前沿科学研究国家重大需求王先生地球动力学郑晓

电活性聚合物圆柱壳静态与动态电压下的响应及稳定性

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固体力学学报 2012年第4期33卷 341-348页

作者：何新振雍华东周又和西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州大学土木工程与力学学院力学与工程科学系兰州730000

在电活性聚合物圆柱壳内外表面施加电压,圆柱壳会变薄并且伸长,因此相同的电压会在圆柱壳内产生更大的电场.这个正反馈可能使圆柱壳厚度不断变薄,最终导致其失稳破坏.论文研究了电活性聚合物圆柱壳在静态和周期电压作用下的响应及稳定... 详细信息

在电活性聚合物圆柱壳内外表面施加电压,圆柱壳会变薄并且伸长,因此相同的电压会在圆柱壳内产生更大的电场.这个正反馈可能使圆柱壳厚度不断变薄,最终导致其失稳破坏.论文研究了电活性聚合物圆柱壳在静态和周期电压作用下的响应及稳定性问题.采用neo-Hookean材料模型得到描述圆柱壳表面运动的非线性常微分方程.给出了圆柱壳在不同厚度和边界条件下外加电压随圆柱壳变形的变化曲线,结果表明存在一个临界电压,当外加电压大于这一临界值时,圆柱壳将被破坏.同时,也讨论了厚度和边界条件对临界电压的影响.圆柱壳在正弦周期电压作用下,其运动随时间的变化是周期性的或拟周期性的非线性振动.给出了圆柱壳振动固有频率的计算结果,采用打靶法得到圆柱壳振动的周期解,并且用数值法研究了周期解的稳定性.采用数值仿真得到圆柱壳振动振幅随外加动态电压激励频率的变化曲线,结果表明圆柱壳会发生多频共振,共振时圆柱壳振幅发生跳跃,导致圆柱壳失稳破坏.最后给出共振点临近点的振动曲线和相图,并对其振动特性进行讨论.

关键词：电活性聚合物圆柱壳静态与动态电压临界电压非线性振动共振稳定性

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高温超导体磁通跳跃数值模拟

低温与超导 2006年第5期34卷 376-380页

作者：杨小斌周又和常州工学院机电工程学院常州213002 兰州大学物理科学与技术学院兰州730000

文中基于超导磁通动力学理论,考虑电磁力与热激活对磁通运动的影响,基本物理模型由等效电阻率随超导体温度和磁场变化的磁通扩散方程,以及比热随超导体温度变化的热传导方程组成。在此基础上,用差分法数值求解了这一复杂非线性系统的磁... 详细信息

文中基于超导磁通动力学理论,考虑电磁力与热激活对磁通运动的影响,基本物理模型由等效电阻率随超导体温度和磁场变化的磁通扩散方程,以及比热随超导体温度变化的热传导方程组成。在此基础上,用差分法数值求解了这一复杂非线性系统的磁热耦合控制方程,得到了与实验观测结果基本一致的数值模拟结果。结果还表明：外加磁场变化速度、超导体初始温度以及超导尺寸对于磁通跳跃均产生明显的影响。

关键词：高温超导磁热相互作用磁通跳跃数值模拟

国际热核聚变实验堆用管内电缆导体力学行为研究进展

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科学通报 2018年第4期63卷 396-414页

作者：岳动华张兴义周又和兰州大学土木工程与力学学院力学系兰州730000 西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000 中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621900

国际热核聚变实验堆(international thermonuclear experimental reactor,ITER)是目前全球最大、影响最深远的国际科技合作项目之一.该计划旨在验证磁约束受控核聚变反应堆的工程技术可行性,通过由管内电缆导体(cable in conduit conduc... 详细信息

国际热核聚变实验堆(international thermonuclear experimental reactor,ITER)是目前全球最大、影响最深远的国际科技合作项目之一.该计划旨在验证磁约束受控核聚变反应堆的工程技术可行性,通过由管内电缆导体(cable in conduit conductor,CICC)绕制而成的托克马克(Tokamak)装置产生强磁场,将上亿摄氏度的高温等离子体约束在磁笼内诱发可控热核聚变.2014年ITER组织磁体部门负责人Devred A教授指出当前ITER用CICC主要面临3大挑战:(1)CICC制备过程中普遍存在电缆穿管退扭问题,伴随着电缆节距增加引起交流损耗的增大,这将严重影响CICC电流输运特性及稳定性.(2)CICC短样在热-电磁循环载荷作用下分流温度随循环加载次数的增加表现出退化行为,这就意味着按照目前设计方式,ITER仅能运行数千次,远低于原计划的3万次,这加剧了人们对ITER工程的担忧.(3)高性能超导股线研发与接头制备.ITER托克马克装置中,其中心螺线管和环向场线圈由Nb_3Sn超导股线经多级绞扭而成的CICC绕制而成,最大磁场分别可达13和11.8 T,伴随的巨大电磁力往往使磁体结构发生变形,进而影响高温等离子体的流动品质,降低热核聚变的反应时间,导致ITER装置的功能性设计难以达到预期.同时,已有的研究表明Nb3Sn材料超导性能(主要是指临界电流)对力学变形极为敏感,在拉、压、扭作用下临界电流随变形表现出显著的衰减行为,该行为直接增加了ITER托克马克的安全性隐患.因此,研究超导电缆的等效力学参数及其在多场作用下的力学行为是实现托克马克磁体系统安全性与功能性设计的基石.本文简要总结了兰州大学力学系电磁固体力学研究小组针对超导电缆等效力学参数、穿管过程中的电缆退扭行为、热-电磁静载荷作用下的超导股线屈曲行为以及热-电磁循环载荷作用下的分流温度退化等关键科学问题所开展的基础理论建模与定量分析.在此基础上,对当前CICC研究存在的问题和未来仍需重点关注的方向进行了讨论,其结果将有助于我国力学工作者迅速了解ITER计划进展中所遇到的相关力学问题,也可为未来中国大型超导磁体制备所需的CICC导体结构设计提供参考.

关键词： Nb3Sn 管内电缆导体绞线刚度热膨胀系数穿管退扭分流温度