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横坡段桩柱式桥梁双桩基础结构的力学行为研究

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铁道科学与工程学报 2023年第3期20卷 920-930页

作者：杨果林邓志宏罗桂军段君义肖洪波庞圣涛中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中建五局土木工程有限公司湖南长沙410004 南昌大学工程建设学院江西南昌330031

桩柱式桥梁双桩基础结构在公路/铁路横坡段桥梁工程中应用广泛,其兼具承重桩和抗滑桩的特点,并形成了复杂的桩土及桩梁相互作用体系。为研究复杂受荷条件下桩柱式桥梁双桩基础结构的力学行为,提出基于向量式有限元的计算方法,并利用Pyt... 详细信息

桩柱式桥梁双桩基础结构在公路/铁路横坡段桥梁工程中应用广泛,其兼具承重桩和抗滑桩的特点,并形成了复杂的桩土及桩梁相互作用体系。为研究复杂受荷条件下桩柱式桥梁双桩基础结构的力学行为,提出基于向量式有限元的计算方法,并利用Python语言编写计算程序。通过与其他数值计算方法的计算结果进行对比,验证该方法的可靠性。最后,结合工程实例,研究桩径、横系梁高度、边坡坡度和地基抗力系数对横坡段桩柱式桥梁双桩基础结构的力学行为的影响。研究结果表明:前、后桩桩身位移随桩径和地基抗力系数的增大而明显减小,随边坡坡度的增大而增大;由于桩周土对前、后桩的约束程度不同以及横系梁的内力调节作用,导致前、后桩桩身内力随边坡坡度的改变呈现出不同的变化规律;横系梁高度对前、后桩桩身内力及变形的影响较小,但横系梁的存在能调整前、后桩的受力状况,改善前、后桩荷载分担比例,使基桩性能充分发挥,在实际工程中应合理利用桩梁相互作用调整并优化双桩基础结构的力学行为。

关键词：横坡段桥梁工程双桩基础向量式有限元力学行为

逆断层错动作用下考虑柔性接头的综合管廊结构力学行为研究

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铁道科学与工程学报 2023年第6期20卷 2256-2267页

作者：王志岗陶连金石城安韶北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

为研究逆断层错动作用下设置柔性接头减灾措施的综合管廊结构的力学行为和破坏模式,采用1︰30逆断层模型试验及数值计算分析的方法,对45°逆断层错动作用下管廊结构位移、应变、管廊与围岩接触压力变化规律和破坏模式等关键参数进行详... 详细信息

为研究逆断层错动作用下设置柔性接头减灾措施的综合管廊结构的力学行为和破坏模式,采用1︰30逆断层模型试验及数值计算分析的方法,对45°逆断层错动作用下管廊结构位移、应变、管廊与围岩接触压力变化规律和破坏模式等关键参数进行详尽分析,清晰揭示了逆断层错动作用下考虑柔性接头的综合管廊结构力学行为和破坏模式。研究结果表明:逆断层错动作用下,上盘内考虑柔性接头的管廊结构的响应情况和破坏程度明显大于下盘。断层错动完成后,管廊结构整体沿轴向呈S型分布,其中B-D块管廊结构顶板出现明显的连续错台现象,而底板出现挤压破坏。断层错动后管廊结构的破坏模式主要包括裂缝(纵向裂缝和斜向裂缝)、混凝土脱落和钢丝外露3种。上盘和下盘内管廊结构的顶板分别承受正弯矩和负弯矩作用,底板分别承受负弯矩和正弯矩作用,处于偏心受力状态。基于损伤因子建立4级受损程度等级:无破坏、轻微破坏、中度破坏和严重破坏,评估发现使用柔性接头的管廊结构仅在接头等局部区域出现轻微破坏和中度破坏,未出现严重破坏区域。柔性接头的使用可有效吸收断层错动施加在结构的强迫位移和内力,提高了穿越断层的管廊结构的安全性。试验与模拟的分析结果可为后续类似跨活动断层隧道工程提供参考。

关键词：逆断层综合管廊柔性接头模型试验数值模拟力学行为

弹道防护用超高分子量聚乙烯纤维增强热塑性树脂基复合材料的拉伸力学行为

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复合材料学报 2023年第1期40卷 119-130页

作者：何业茂焦亚男周庆贾楠陈利万喜莉天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室天津300387 北京普诺泰新材料科技有限公司北京102200

以弹道防护用超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维增强热塑性树脂基复合材料作为研究对象,通过热压工艺制备单向正交结构的复合材料层压板。基于自主设计的拉伸试验装置,开展UHMWPE纤维增强热塑性... 详细信息

以弹道防护用超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维增强热塑性树脂基复合材料作为研究对象,通过热压工艺制备单向正交结构的复合材料层压板。基于自主设计的拉伸试验装置,开展UHMWPE纤维增强热塑性树脂基复合材料在宏观尺度和准细观尺度上的面内拉伸试验,研究其面内拉伸力学性能及失效模式。研究结果显示:弹道防护用UHMWPE纤维增强热塑性树脂基复合材料在准细观尺度上的面内拉伸力学性能是其本征性能;随着偏轴角度的增加,拉伸断裂强度呈现指数型下降,这是由于失效模式由纤维的拉伸断裂破坏转变为纤维-树脂基体的界面破坏;此外,其在宏观尺度上的拉伸破坏强度比在准细观尺度上的拉伸断裂强度降低了50.52%,这是由于宏观尺度上的面内拉伸力学响应是其面内拉伸变形和层间分层破坏的耦合结果,即层压板的叠层效应。

关键词： UHMWPE 复合材料拉伸性能力学行为失效模式准细观尺度

CrFeNi中熵合金在宽温域拉伸条件下的力学行为与变形本构方程

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金属学报 2023年第2期59卷 277-288页

作者：王凯晋玺焦志明乔珺威太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学机械与运载工程学院太原030024

系统地研究了单相fcc结构等原子比CrFeNi中熵合金在应变速率10^(-3)~1800 s^(-1),变形温度77~1073 K的拉伸力学行为。结果表明,在准静态应变速率(10^(-3)s^(-1))下,随着变形温度从1073 K降低到77 K,该合金的屈服应力从125 MPa提高到415 ... 详细信息

系统地研究了单相fcc结构等原子比CrFeNi中熵合金在应变速率10^(-3)~1800 s^(-1),变形温度77~1073 K的拉伸力学行为。结果表明,在准静态应变速率(10^(-3)s^(-1))下,随着变形温度从1073 K降低到77 K,该合金的屈服应力从125 MPa提高到415 MPa,同时均匀延伸率由2%提高到82%。在673 K拉伸时材料表现出反常的均匀延伸率,这与变形过程中发生了动态应变时效相关。在恒定温度77 K下,随着应变速率从10^(-3)s^(-1)提高到1800 s^(-1),合金的强度显著提高,屈服应力从415 MPa提高到595 MPa,同时均匀延伸率保持不变,在1800 s^(-1)应变速率下仍可保持在68%。基于经典的ZA模型,构建了屈服应力-温度/应变速率之间的本构关系,结果表明,ZA模型可以很好地拟合和预测CrFeNi中熵合金在不同温度和应变速率下的屈服应力。基于实验结果,通过回归分析和约束优化建立了2种唯象本构模型(JC模型和KHL模型)和3种基于物理基础的本构模型(PB模型、ZA模型和NNL模型)。对比发现,JC模型和PB模型分别具有最高和最低的描述准确性。

关键词：中熵合金力学行为高应变速率高/低温本构模型

中温高速冲击下预孪晶AZ31镁合金的变形机理及力学行为

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中国有色金属学报 2022年第6期32卷 1641-1654页

作者：刘筱胡铭月谢超朱必武马旻唐昌平刘文辉湖南科技大学高功效轻合金构件成形技术及耐损伤性能评价湖南省工程研究中心湘潭411201 湖南科技大学高温耐磨材料及制备技术湖南省国防技术重点实验室湘潭411201 宁波大学机械工程与力学学院宁波315211

本文以预孪晶AZ31镁合金为研究对象,结合黏塑性自洽(VPSC)模型仿真,研究中温高速冲击下预孪晶镁合金的变形机理和力学行为,拓展了VPSC模型的应用领域,为研究镁合金动态载荷下的变形机理和力学行为提供了新的手段。结果表明:中温高速冲... 详细信息

本文以预孪晶AZ31镁合金为研究对象,结合黏塑性自洽(VPSC)模型仿真,研究中温高速冲击下预孪晶镁合金的变形机理和力学行为,拓展了VPSC模型的应用领域,为研究镁合金动态载荷下的变形机理和力学行为提供了新的手段。结果表明:中温高速冲击过程中,基面滑移和二阶锥面滑移是协调变形的主要机制,孪生也起到了重要的作用;大量孪晶的出现引起流变应力在变形初期发生波动;压缩孪晶的出现引起织构最大极密度位置向半径方向(Radial direction,RD)偏转,二次孪晶的产生有利于形成双峰织构。

关键词： AZ31镁合金中温高速冲击黏塑性自洽模型力学行为预孪晶织构

退火态增材制造AZ91D镁合金在极端条件下的力学行为

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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1268-1284页

作者：甘志鹏涂灿陈剑斌谢超王永刚汪小锋宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室宁波315211 宁波大学附属第一医院宁波315020

本研究使用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备了AZ91D镁合金(SLM-AZ91D),并对其进行去应力退火处理,采用微观组织表征与力学特性测试研究了退火态SLM-AZ91D镁合金在不同温度与应变速率等极端条件下的力学行为。结果表... 详细信息

本研究使用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备了AZ91D镁合金(SLM-AZ91D),并对其进行去应力退火处理,采用微观组织表征与力学特性测试研究了退火态SLM-AZ91D镁合金在不同温度与应变速率等极端条件下的力学行为。结果表明:退火态SLM-AZ91D试样中主要包含α-Mg基体、β-Mg_(17)Al_(12)等相,不同区域的蜂窝结构存在明显差异,平均晶粒尺寸非常细小,仅为1.82μm,无明显织构;相较于打印态试样,退火态试样的平均显微硬度值提升了约26.7%;退火态试样的压缩流变应力在173~293 K时对温度不敏感,而在373~573 K时则表现出显著的温度软化效应;随着温度的升高,流变应力呈现下降趋势。尽管应变速率强化效应较弱,但退火态试样的流变应力仍随着应变速率的增大而逐渐增大。基于实验结果拟合了修正Johnson-Cook本构模型,该模型的计算结果与实验结果吻合较好。

关键词：选区激光熔化 AZ91D镁合金微观组织力学行为修正的Johnson-Cook本构模型

基于连续-离散方法的微波照射下花岗岩力学行为与破裂特征

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煤炭学报 2023年第2期48卷 693-713页

作者：高亚楠王云龙张垚蔚立元邵晓爽张广凯中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116

微波辅助破岩具有绿色、低能耗等优点,是有望实现深部煤炭资源开发中硬岩地层高效掘进的技术手段,其机理引发了工程与学术界的关注。基于花岗岩组分矿物微波吸收升温差异,借助连续介质微波电磁分析及离散元力学模型,实现了微观矿物温度... 详细信息

微波辅助破岩具有绿色、低能耗等优点,是有望实现深部煤炭资源开发中硬岩地层高效掘进的技术手段,其机理引发了工程与学术界的关注。基于花岗岩组分矿物微波吸收升温差异,借助连续介质微波电磁分析及离散元力学模型,实现了微观矿物温度离散赋值,提出了微波照射下花岗岩力学性质的计算分析方法,从温度场分布、力学性质和破坏形态验证了方法的可靠性,揭示了微波照射下花岗岩破裂规律、单/三轴加载条件下的力学行为及破裂机制。计算结果表明:(1)微波照射下,试样出现2个相对低温区域和1个热点区域。在低照射功率(≤2 kW)情况下,试样内部裂纹数量极少;高照射功率(≥3 kW)下,试样内部裂纹以晶粒边界拉伸破坏为主导逐渐发育,并以热点区域为中心向四周延拓形成裂纹网络。(2)对于单轴压缩,试样峰值应力、弹性模量和损伤阈值均随照射功率增加而降低,在高照射功率(≥3 kW)下,力学参数跌落更加明显;当照射功率较高(≥3 kW)时,微波照射后初始裂纹主导了受载试样的裂纹演化,试样呈现沿初始裂纹扩展趋势并出现显著的局部破坏。(3)对于三轴压缩,随照射功率增加,初始围压对试样强度提升效果越发强烈;低照射功率(≤2 kW)下,弹性模量随围压变化不明显,高照射功率(≥3 kW)下,初始围压对弹性模量的提升格外显著;随照射功率增加,围压促进了破碎颗粒的继续承载及应力传递,试样破坏由晶间破坏主导向晶内破坏主导转变,进而引发裂纹网络充分发育,抑制了高功率(≥3 kW)照射产生的局部结构集中破坏。

关键词：微波辅助破岩连续-离散方法热破裂力学行为破裂特征

不同深度围岩力学行为对矽卡岩型矿床成矿作用的影响——来自长江中下游成矿带龙角山钨矿床的证据

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地质学报 2023年第1期97卷 124-132页

作者：聂利青王新龙蔡国军叶中豹周涛发宋玉龙孙孝峰安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601 合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009 湖北省地质局第一地质大队湖北大冶435000

目前矽卡岩矿床的研究对象主要集中在成矿岩体和矽卡岩矿物,相对而言,控制矽卡岩矿床形成的另一个重要端员围岩的研究则明显薄弱。已有研究表明,不同深度围岩岩石力学性质决定了围岩在外力作用下发生形变的方式及规模,但仅限于定性研究... 详细信息

目前矽卡岩矿床的研究对象主要集中在成矿岩体和矽卡岩矿物,相对而言,控制矽卡岩矿床形成的另一个重要端员围岩的研究则明显薄弱。已有研究表明,不同深度围岩岩石力学性质决定了围岩在外力作用下发生形变的方式及规模,但仅限于定性研究,定量围岩力学性质研究及其对成矿作用制约则尚未开展。本文以长江中下游成矿带典型矽卡岩型钨矿床——龙角山矿床为研究对象,通过三轴压缩试验系统测定了不同赋矿深度围岩地层和成矿岩体的力学性质,探讨了不同深度围岩的力学行为及其对成矿作用的影响。灰岩的弹性模量E随深度增加呈现先降低再增加后降低的趋势,灰岩的三轴相对强度S随着深度增加呈现先增加后降低趋势。灰岩的硬化模量H和跌落模量M随深度的变化呈现非线性趋势,而花岗岩的弹性模量E、三轴相对强度S、硬化模量H和跌落模量M均呈现随深度增加而增加的趋势。灰岩的两类峰前塑性指标随深度的变化呈现先降低再增加后降低的趋势,可知地应力和矿物组分对灰岩的塑性特征影响存在博弈作用。不同深度的灰岩峰后塑性指标随深度的变化迥异,其中BresStress和BresStrain具有反向协同性,整体显示了灰岩具有脆性特征。岩浆热液对围岩的作用强度远大于围岩的强度范围,即灰岩的力学性质的改变是成矿过程中必须考虑的因素,围岩对矽卡岩型矿床成矿作用影响的不容忽视。

关键词：不同深度围岩力学行为脆性参数成矿作用龙角山

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超大跨斜拉桥横桥向恒载非对称力学行为

西南交通大学学报 2023年第3期58卷 527-534页

作者：苑仁安张明金郑清刚傅战工喻济昇中铁大桥勘测设计院集团有限公司湖北武汉430050 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为研究横桥向非对称恒载对大跨度斜拉桥受力行为的影响,以常泰长江大桥为工程背景,对横桥向非对称恒载桥梁结构的力学行为进行分析,并提出了合理的控制措施以实现理想的成桥状态.提出了一种索力快速优化的方法,采用上下游索力不对称和... 详细信息

为研究横桥向非对称恒载对大跨度斜拉桥受力行为的影响,以常泰长江大桥为工程背景,对横桥向非对称恒载桥梁结构的力学行为进行分析,并提出了合理的控制措施以实现理想的成桥状态.提出了一种索力快速优化的方法,采用上下游索力不对称和降低铁路二期恒载的措施解决横桥向不对称恒载引起的主梁扭转、主塔偏位问题,实现了合理的成桥状态.结果表明:通过上下游索力不对称可以有效地控制主梁扭转,斜拉索顺桥向不平衡分力和横桥向不平衡分力产生的横桥向弯曲变形大小基本一致,方向相反,有利于降低主梁横桥向弯曲变形;通过减小横桥向不对称恒载的差值可以有效地控制主塔横桥向偏位.

关键词：大跨度斜拉桥横桥向非对称恒载力学行为横桥向变形合理成桥状态