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能量原理在路面结构安定分析中的应用研究

工程力学 2010年第11期27卷 88-93页

作者：孙阳沈水龙上海交通大学土木工程系上海200240

通过特殊的加载方式,建立了一种基于下限理论的以结构吸收的塑性能为安定判断准则的求解安定问题的数值方法。此方法避免了传统分析方法中的数学规划运算,具有较高的求解效率。采用等面积圆屈服准则,把该方法应用于路面结构安定分析,给... 详细信息

通过特殊的加载方式,建立了一种基于下限理论的以结构吸收的塑性能为安定判断准则的求解安定问题的数值方法。此方法避免了传统分析方法中的数学规划运算,具有较高的求解效率。采用等面积圆屈服准则,把该方法应用于路面结构安定分析,给出了路面材料性质、结构组成形式、温度变化对路面安定极限影响的计算结果,分析结果表明所提出的方法对于路面结构性状的分析是有效可靠的。能量原理的运用拓展了安定理论在道路领域的应用途径。

关键词：路面能量原理安定分析下限定理加载路径

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基于能量原理盐岩的损伤本构模型

中南大学学报（自然科学版） 2013年第12期44卷 5045-5050页

作者：郭建强刘新荣王景环余瑜重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030

通过对外力功、能量耗散以及能量释放之间内在联系的分析,并结合在盐岩力学特性和基于能量原理岩石强度与破坏方面已取得的结果,建立基于能量原理盐岩的损伤本构模型。为验证损伤方程的可行性,进行单轴和三轴条件下盐岩力学特性试验研... 详细信息

通过对外力功、能量耗散以及能量释放之间内在联系的分析,并结合在盐岩力学特性和基于能量原理岩石强度与破坏方面已取得的结果,建立基于能量原理盐岩的损伤本构模型。为验证损伤方程的可行性,进行单轴和三轴条件下盐岩力学特性试验研究。研究结果表明:由于该模型仅需确定常规岩石力学参数,物理力学意义明确,能充分模拟盐岩单轴情况下应变软化和三轴情况下应变硬化的全过程,该模型模拟结果与实测结果吻合的较好。

关键词：盐岩芒硝能量原理损伤变量本构模型

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基于能量原理的单层网壳结构动力损伤分析

建筑结构学报 2018年第S2期39卷 366-373页

作者：李永梅冯玉沛王成北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室北京100124 北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室北京100124 中交第四公路工程局有限公司北京100022

为了建立适用性更为广泛的地震损伤动力分析模型,将损伤理论与能量原理相结合,提出以塑性耗能指标增长率为依据的结构输入地震波合理地震持时的判断方法。分别采用理想弹塑性和应变-损伤耦合本构模型,对一典型六角星型穹顶和单层球面网... 详细信息

为了建立适用性更为广泛的地震损伤动力分析模型,将损伤理论与能量原理相结合,提出以塑性耗能指标增长率为依据的结构输入地震波合理地震持时的判断方法。分别采用理想弹塑性和应变-损伤耦合本构模型,对一典型六角星型穹顶和单层球面网壳结构进行动力增量分析,分析不同持时地震作用下结构最大位移、承载力、损伤指数、塑性杆件发展比例、塑性耗能分配等变化规律,验证能量计算方法的可靠性。结果表明,地震持时过短将出现高估结构动力承载力和低估结构塑性发展程度等不安全隐患。合理持时地震作用下结构的损伤指数和塑性耗能指标可用来衡量结构整体和局部塑性损伤破坏状态。

关键词：单层网壳能量原理损伤累积地震持时塑性耗能指标

基于能量原理的深埋隧洞TBM施工岩爆机理分析

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采矿与安全工程学报 2017年第6期34卷 1103-1109,1115页

作者：蒋邦友王连国顾士坦张晓东李文帅山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 中国矿业大学深部岩土与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

为揭示深埋隧洞TBM施工岩爆孕育机理,在分析TBM施工卸荷特征及围岩能量积聚方式的基础上,基于岩爆的能量原理,建立了TBM施工岩爆的能量判据,提出了围岩弹性应变能密度径向梯度的概念,分析认为服从TBM施工岩爆能量判据的围岩最可能发生... 详细信息

为揭示深埋隧洞TBM施工岩爆孕育机理,在分析TBM施工卸荷特征及围岩能量积聚方式的基础上,基于岩爆的能量原理,建立了TBM施工岩爆的能量判据,提出了围岩弹性应变能密度径向梯度的概念,分析认为服从TBM施工岩爆能量判据的围岩最可能发生岩爆的位置为围岩弹性应变密度径向梯度最大处。以山西某输水工程为背景,应用FLAC3D软件模拟研究了TBM施工卸荷过程中围岩能量分布演化规律,揭示了TBM施工岩爆机理,结果表明:TBM施工过程中围岩弹性应变能分布呈先降低后升高趋势,TBM施工具有2个危险期并对应2种岩爆类型,即开挖瞬间发生的即时型岩爆和围岩弹性应变能再次积聚后的时滞型岩爆,且后期围岩积聚的弹性能主要源自深部围岩做功产生的能量输入。基于此,提出了以阻断围岩间能量传递为关键的岩爆控制建议,具有重要的参考价值。

关键词：能量原理深埋隧洞 TBM 岩爆机理弹性应变能

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煤与瓦斯突出相似模拟试验的能量原理

煤炭学报 2023年第11期48卷 4078-4096页

作者：程远平雷杨杨斯杰煤矿瓦斯治理国家工程研究中心江苏徐州221116 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

煤与瓦斯突出作为一种破坏力极强的矿井动力灾害,由于这种动力灾害通常难以直接观测,煤与瓦斯突出的物理相似模拟成为了收集突出观测数据和研究突出机理的重要方法。然而,突出相似模拟试验的能量原理目前仍缺乏系统性研究。通过对过去7... 详细信息

煤与瓦斯突出作为一种破坏力极强的矿井动力灾害,由于这种动力灾害通常难以直接观测,煤与瓦斯突出的物理相似模拟成为了收集突出观测数据和研究突出机理的重要方法。然而,突出相似模拟试验的能量原理目前仍缺乏系统性研究。通过对过去70 a中突出模拟试验的回顾,发现实验型煤具有普遍较高的孔隙率(10%~40%,中位数为21.2%),显著增大了煤孔隙中储存的初始游离瓦斯膨胀能(几倍到几十倍)。为了进一步获得突出模拟试验的能量释放特征,基于相似准则,利用真三轴煤与瓦斯突出模拟系统开展了一系列突出模拟试验。结合观测数据与能量分析,发现瓦斯膨胀能是突出能量的主要组成部分,占总能量的87.50%~95.31%,其中初始游离气体的贡献占比为1/3~2/3;证明了实验室模拟试验的本质,是将突出过程等效为煤中高压气体驱动的动力过程。特别是,由于实验型煤高孔隙率引起的高初始游离瓦斯膨胀能,模拟试验可以不依赖应力条件,甚至可以由非吸附性气体(如He)在低压下(约0.45 MPa)诱发。与现场实际突出相比,模拟试验往往表现为瓦斯膨胀能与应力能的同时释放,缺乏应力与瓦斯之间的相互作用,因而难以还原突出的激发过程。在未来的试验装置设计中,如何使实验型煤孔隙率与原始煤层相当(通常为1%~11%)是突出相似模拟能否在相似性上获得突破性进展的关键。

关键词：煤与瓦斯突出瓦斯膨胀能试验仪器能量原理突出机理

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利用能量原理研究单壁碳纳米管的剪切模量

华中科技大学学报（自然科学版） 2006年第11期34卷 110-112页

作者：吴永东张小春钟伟芳梁以德华中科技大学土木工程与力学学院湖北武汉430074 香港城市大学建筑系

利用能量方法研究了单壁碳纳米管(SWCNT)的剪切模量.采用分子力学理论得出了受扭矩作用下单壁碳纳米管的总势能;通过总势能与相应的薄壁圆筒的扭转变形能比较,推导出了单壁碳纳米管剪切模量的计算公式;碳纳米管剪切模量的计算结果与现... 详细信息

利用能量方法研究了单壁碳纳米管(SWCNT)的剪切模量.采用分子力学理论得出了受扭矩作用下单壁碳纳米管的总势能;通过总势能与相应的薄壁圆筒的扭转变形能比较,推导出了单壁碳纳米管剪切模量的计算公式;碳纳米管剪切模量的计算结果与现有的研究结果相符,从而证实了本文计算公式正确有效.

关键词：单壁碳纳米管剪切模量能量原理

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基于能量原理的弹性地基梁底面摩阻效应分析

铁道学报 2012年第4期34卷 94-100页

作者：马缤辉赵明华张玲雷勇湖南大学岩土工程研究所湖南长沙410082 湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201

针对Winkler地基模型不能考虑梁与地基底面摩阻效应的不足,在地基与梁底接触面上引入一系列各自独立的水平弹簧,假定弹簧反力即切向摩阻力与梁底和地基间的切向相对位移成正比,从能量角度出发,基于最小势能原理,建立考虑底面摩阻效应的... 详细信息

针对Winkler地基模型不能考虑梁与地基底面摩阻效应的不足,在地基与梁底接触面上引入一系列各自独立的水平弹簧,假定弹簧反力即切向摩阻力与梁底和地基间的切向相对位移成正比,从能量角度出发,基于最小势能原理,建立考虑底面摩阻效应的弹性地基梁能量方程,并引入位移形函数进行求解,导出对称载荷条件下考虑切向摩阻力作用时地基梁位移及内力解答。最后通过地基梁计算实例分析,验证该解答的正确性和合理性,并对相关计算参数进行深入探讨。计算结果表明:切向摩阻力沿梁长呈非线性分布,其对地基梁挠度及弯矩计算的影响较大,而对剪力的影响并不强烈。

关键词：弹性地基梁 Winkler地基模型能量原理切向摩阻力位移形函数

基于能量原理的板桁结合型加劲梁连续化分析方法

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中国公路学报 2014年第6期27卷 34-43页

作者：周绪红秦凤江狄谨张茜乔朋长安大学公路学院陕西西安710064 重庆大学土木工程学院重庆400045 兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000 长安大学建筑工程学院陕西西安710061

针对大跨径板桁结合型加劲梁悬索桥精细有限元模型单元数量多、计算效率低的特点,基于能量原理推导了板桁结合型加劲梁主桁架腹杆和下平联的连续化等效板厚计算公式,根据板桁结合型加劲梁的弯曲与扭转受力特点分别构造了相应的连续化等... 详细信息

针对大跨径板桁结合型加劲梁悬索桥精细有限元模型单元数量多、计算效率低的特点,基于能量原理推导了板桁结合型加劲梁主桁架腹杆和下平联的连续化等效板厚计算公式,根据板桁结合型加劲梁的弯曲与扭转受力特点分别构造了相应的连续化等效截面,并采用悬臂梁模型验证等效截面的合理性,最后以主跨跨径1 480m的岳阳洞庭湖大桥为研究对象,将连续化分析方法与精细有限元法的位移与应力计算结果进行了比较。结果表明:采用2种方法计算得到的加劲梁位移的结果吻合较好,最大相对误差不超过4%;移动荷载作用时,采用连续化分析方法计算得到的上弦杆压应力受桥面板剪力滞效应的影响,导致其压应力的相对误差较下弦杆大,但上弦杆压应力的绝对差值不超过5.0MPa;横桥向静风荷载作用下,采用连续化分析方法计算得到的弦杆应力相对误差不超过5%;连续化分析方法的计算精度能满足要求,计算效率较精细有限元法大幅提高。

关键词：桥梁工程大跨径悬索桥连续化分析方法板桁结合型加劲梁能量原理剪切应变能

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基于能量原理的卸围压试验与岩爆判据研究

岩石力学与工程学报 2009年第8期28卷 1530-1540页

作者：陈卫忠吕森鹏郭小红乔春江中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室湖北武汉430071 中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056

岩爆是高地应力区地下工程开挖卸荷产生的地质灾害现象。按照地下硐室开挖过程中围岩的实际受力状态,开展脆性花岗岩常规三轴、不同控制方式、不同卸载速率条件下峰前、峰后卸围压试验,研究岩石破坏的全过程,从能量的原理探讨岩石破坏... 详细信息

岩爆是高地应力区地下工程开挖卸荷产生的地质灾害现象。按照地下硐室开挖过程中围岩的实际受力状态,开展脆性花岗岩常规三轴、不同控制方式、不同卸载速率条件下峰前、峰后卸围压试验,研究岩石破坏的全过程,从能量的原理探讨岩石破坏过程能量积聚–释放的全过程,研究岩石的变形破坏特征、能量集聚–耗散–释放特征和基于能量原理的岩爆判据。试验结果表明:无论是峰前还是峰后卸围压,岩样都表现脆性破坏的特征,峰前卸围压时岩样破坏表现出的脆性比峰后卸围压更为强烈;且无论是加载还是不同控制方式卸围压条件下,岩石在破坏前所能够储存的最大应变能受围压和卸载速率的控制。从能量的观点和工程应用的角度出发,提出一种新的能量判别指标:岩体实际储存能量与极限能量之比为U/U0,该指标真实合理地反映地下工程开挖卸荷过程中围岩的能量变化过程,围岩能量的积聚程度以及岩爆的发生程度,通过数值仿真计算可以更合理地定量预测高应力下地下工程开挖过程中岩爆发生的强度和位置。

关键词：岩石力学卸围压试验变形破坏能量原理岩爆判别指标岩爆等级