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周期荷载作用下拱式振动能量采集器的压电分析

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工程力学 2022年第S1期39卷 364-369页

作者：董可杰刘爱荣唐浩杨智诚广州大学风工程与工程振动研究中心广州510006 仲恺农业工程学院城乡建设学院广州510225

能源需求的不断增加以及环境问题的日益凸显迫使人们在环境中寻求清洁能源。该文提出了一种新型拱式能量采集器,能有效利用波浪的振动能量。从拱式振动能量采集器的工作原理分析能量采集的可行性,采用Comsol建立了拱式能量采集器的有限... 详细信息

能源需求的不断增加以及环境问题的日益凸显迫使人们在环境中寻求清洁能源。该文提出了一种新型拱式能量采集器,能有效利用波浪的振动能量。从拱式振动能量采集器的工作原理分析能量采集的可行性,采用Comsol建立了拱式能量采集器的有限元计算模型,分析周期荷载作用幅值、激励频率、负载电阻、压电片位置和基础层材料等参数对能量采集器压电性能的影响,确定采集器的最优设计参数。

关键词：拱周期荷载波浪能压电能量采集器

周期荷载作用下红砂岩力学特性试验与数值模拟研究

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周期荷载作用下红砂岩力学特性试验与数值模拟研究

作者：张莹洁中南大学

学位级别：硕士

为了研究红砂岩在周期荷载作用下的疲劳力学特性,本文依托导师国家自然科学基金项目(NO.51979293:周期荷载作用下岩石疲劳裂纹亚临界时效扩展及断口形貌多尺度分析),以红砂岩为研究对象,通过室内试验分析周期荷载下红砂岩的宏观力学特性... 详细信息

为了研究红砂岩在周期荷载作用下的疲劳力学特性,本文依托导师国家自然科学基金项目(NO.51979293:周期荷载作用下岩石疲劳裂纹亚临界时效扩展及断口形貌多尺度分析),以红砂岩为研究对象,通过室内试验分析周期荷载下红砂岩的宏观力学特性,利用颗粒流软件PFC进行红砂岩周期荷载下的数值模拟试验,从细观角度研究岩石破坏进程,通过理论分析定量测定岩石内部损伤累积程度。主要研究成果如下:(1)岩石疲劳破坏受静态加载曲线控制,周期荷载作用下的破坏应变即为静态全过程曲线中峰后阶段的应变。红砂岩疲劳破坏的门槛值介于(75%-85%σ)之间。滞回环整体呈现“疏-密-疏”的变形演化特点,且朝着应变增大的方向移动。加卸载弹性模量演化总体呈三个阶段。残余应变和最大应变的累积速率随应力比的增加而增大。(2)单轴压缩下红砂岩初始损伤是由张拉裂纹开裂导致的,岩石破坏属于张拉破坏,张拉裂纹角度主要集中分布在轴向加载方向[80°,110°]附近,宏观破裂带附近颗粒位移达到峰值。周期荷载下,微裂纹数目随轴向应变增加呈阶梯式增长,整个过程拉伸裂纹占主导地位。岩样内部微裂纹初期分布于黏结和结构较弱的空隙区域,后在某一区域不断聚集,直到形成宏观破裂带,临近循环破坏后期,微裂纹的拓展主要受主应力加载方向的控制。(3)耗散能大小度量岩石岩性劣化和强度丧失的程度,高应力水平下外界输入的能量大部分转换成弹性能,储存于岩石内部,能量损耗仅占少部分。基于最大轴向应变法和能量耗散法定义的损伤变量,仅适用于描述低周疲劳荷载下岩石内部损伤劣化程度,损伤变量总体演化曲线分为三个阶段。依据连续损伤理论,建立了岩石疲劳损伤演化模型,定量测定岩石内部损伤累积程度。图53幅,表15个,参考文献71篇

关键词：红砂岩周期荷载颗粒流能量耗散损伤演化

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周期荷载作用下钢筋混凝土结构徐变规律研究

周期荷载作用下钢筋混凝土结构徐变规律研究

作者：李清池中国铁道科学研究院

学位级别：硕士

徐变效应是混凝土材料的固有特征,准确计算混凝土结构在长期荷载作用下徐变效应,对于结构的受力和变形具有重要意义。在实际工程中由于地球年温差和日温差的存在,大量混凝土结构承受周期性温度荷载,进而引起一系列结构温度附加受力效应... 详细信息

徐变效应是混凝土材料的固有特征,准确计算混凝土结构在长期荷载作用下徐变效应,对于结构的受力和变形具有重要意义。在实际工程中由于地球年温差和日温差的存在,大量混凝土结构承受周期性温度荷载,进而引起一系列结构温度附加受力效应。以CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板为代表,在年周期升降温荷载下,底座板因结构两端固结从而承受长期周期性轴向拉压荷载,其受力反应受混凝土徐变效应影响。前期德国与我国对底座板纵向刚度研究过程中,仅考虑了底座板在短暂荷载施加下的受力反应。我国现行铁路轨道设计相关规范中未明确包含徐变计算内容,我国铁路桥涵设计相关规范仅在预应力损失章节对徐变系数取值给出规定。论文从周期性温度荷载作用下结构的徐变效应研究展开,查阅现有徐变研究资料,分析研究过程中的关键问题,开展研究工作。针对轴向受力这一相对简单的结构受力类型,选取轴向受力钢筋混凝土结构为研究对象。分析并推导出周期荷载下钢筋混凝土结构徐变计算方法,开展周期外力荷载徐变试验,分析周期性温度荷载下结构的受力反应差异性,最后得到周期性温度荷载作用下钢筋混凝土结构的徐变发展规律及结构的受力反应特征。论文的研究成果能为周期荷载作用下钢筋混凝土结构考虑徐变效应的受力计算方法建立一定理论基础,为CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板在年周期温度荷载作用下的徐变效应影响提供参考,对底座板设计、建造、维护具有一定理论指导意义。主要内容:（1）理论方法研究。计算分析国内外经典徐变模型受各影响参数的敏感性,分析现有徐变计算理论并进行选择,推导并提出变荷载作用下钢筋混凝土结构的徐变计算理论公式及方法。（2）试验研究。开展素混凝土结构徐变恢复试验、钢筋混凝土结构恒力加载试验及周期性变力加载试验,验证理论计算方法,得到短周期外力作用下结构徐变发展规律。（3）理论应用。建立年周期性升降温荷载下京津城际铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板的模型工况,分析并总结多周期温度荷载作用下底座板的徐变发展及受力反应规律。主要结论:（1）模型参数分析内容国内外不同模型考虑内外因素对徐变系数的影响程度不同;不同材质、理论厚度、加载龄期、环境温湿度理论上均对徐变系数有较大影响。（2）理论计算方法及试验研究内容（1）混凝土在卸荷之后的徐变恢复规律满足叠加原理;周期性变化外力荷载徐变试验中,推导的理论计算公式对实测徐变发展能起到一定预测作用,且精度较好。（2）相较于其他规范,以CEB-FIP2010模型为支撑的叠加法计算理论,对徐变恢复阶段的预测精度较高;CEB-FIP2010模型高估了加载后短期内的徐变速率,低估了后期徐变发展速率;铁路桥涵混凝土结构设计规范对本试验C30混凝土徐变预测偏差较大。（3）理论应用内容（1）在京津城际铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道所处的年周期性温度荷载工况下,由于徐变效应的影响,底座板每年的最大压应力逐年减小。自锁定温度后的第14年时（当前年份）,考虑徐变效应时底座板的最大压应力是不考虑徐变效应时的57.22%,第60年为28.27%。（2）由于徐变效应的影响,底座板每年处于裂缝张开状态的持续时间逐年增长。第1年底座板首次开裂,考虑徐变效应时裂缝张开持续时间比不考虑徐变效应时更短;自第2年至第60年底座板重复开裂,考虑徐变效应时的裂缝张开持续时间比不考虑徐变效应时更长。第60年时,不考虑徐变效应的裂缝张开持续时间为223d,考虑徐变效应的裂缝张开持续时间为290d。创新点:（1）在对钢筋混凝土结构的徐变效应计算中,进行了钢筋修正和温度修正,并设计变力荷载徐变试验验证理论计算方法的合理性;（2）将钢筋混凝土结构徐变计算方法运用到CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板结构的受力计算中,研究了底座板在年周期温度荷载作用下的徐变效应影响问题。

关键词：徐变周期荷载温度荷载徐变恢复钢筋混凝土结构轴向受力底座板

周期荷载作用下黄砂岩疲劳破坏变形特性试验研究

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岩土工程学报 2015年第10期37卷 1886-1892页

作者：卢高明李元辉张希巍刘建坡深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

为研究周期荷载对工程岩体长期稳定性的影响作用,利用Rockman207岩石力学试验系统对黄砂岩试件进行了单轴条件下不同上限应力和应力幅值的周期荷载疲劳试验。试验结果表明:黄砂岩的疲劳破坏受到静态应力–应变全过程曲线轴向、环向以及... 详细信息

为研究周期荷载对工程岩体长期稳定性的影响作用,利用Rockman207岩石力学试验系统对黄砂岩试件进行了单轴条件下不同上限应力和应力幅值的周期荷载疲劳试验。试验结果表明:黄砂岩的疲劳破坏受到静态应力–应变全过程曲线轴向、环向以及体积变形量的控制,在控制曲线的峰值强度或峰值强度之后,疲劳试验过程中会出现"初始破坏";黄砂岩疲劳破坏轴向和环形不可逆变形的3阶段发展规律的本质影响因素是产生的应变速率不同,黄砂岩的疲劳破坏过程是轴向和环向不可逆变形不断累积的过程;在一定条件下,黄砂岩的循环次数–上限应力曲线(N–S曲线)可以用来预测岩石的疲劳寿命。

关键词：岩石力学周期荷载疲劳特性不可逆变形疲劳寿命

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周期荷载作用下白砂岩的疲劳特性研究

岩石力学与工程学报 2009年第A1期28卷 2749-2754页

作者：冯春林吴献强丁德馨吴永丰南华大学核资源与安全工程学院湖南衡阳421001 河南省城乡规划设计研究院河南郑州450000 核工业219队甘肃天水741025

利用RMT–150B岩石力学试验系统,分别采用固定下限应力改变上限应力和固定上限应力改变下限应力的试验方法,进行不同加载条件下白砂岩的疲劳试验,研究周期荷载作用下白砂岩疲劳破坏过程中的疲劳特性、轴向应变的累积规律和轴向不可逆变... 详细信息

利用RMT–150B岩石力学试验系统,分别采用固定下限应力改变上限应力和固定上限应力改变下限应力的试验方法,进行不同加载条件下白砂岩的疲劳试验,研究周期荷载作用下白砂岩疲劳破坏过程中的疲劳特性、轴向应变的累积规律和轴向不可逆变形的发展规律和应变速率与循环次数的关系。研究结果表明,周期荷载作用下白砂岩的破坏过程宏观上是轴向不可逆变形的逐步发展累积,直到其破坏的过程,且其轴向不可逆变形发展过程表现出不依赖于应力比的三阶段发展规律;且疲劳破坏过程受静态应力–应变全过程曲线的控制,周期荷载的上限应力和振幅是影响白砂岩疲劳破坏过程和疲劳寿命的主要因素。

关键词：岩石力学白砂岩周期荷载疲劳应力-应变曲线

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周期荷载作用下煤的疲劳变形及能量演化特征

应用基础与工程科学学报 2018年第1期26卷 154-167页

作者：杨永杰段会强邢鲁义山东科技大学矿业与安全工程学院矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地

为研究单向应力状态下周期荷载对煤疲劳破坏特性的影响,利用MTS815.02岩石力学试验系统进行了多级周期荷载试验.试验结果表明：（1）当周期荷载峰值应力低于煤样疲劳强度时,煤样变形具有初始和停滞两个发展阶段,耗散能呈L型演化规律;当... 详细信息

为研究单向应力状态下周期荷载对煤疲劳破坏特性的影响,利用MTS815.02岩石力学试验系统进行了多级周期荷载试验.试验结果表明：（1）当周期荷载峰值应力低于煤样疲劳强度时,煤样变形具有初始和停滞两个发展阶段,耗散能呈L型演化规律;当周期荷载峰值应力超过煤样疲劳强度时,煤样变形具有初始、等速和加速3个发展阶段,耗散能呈U型演化规律;（2）对于煤样的疲劳破坏,环向变形和体积变形比轴向变形更为敏感;（3）常规单轴压缩试验时,煤样大致呈单斜面剪切破坏,局部伴随拉伸破坏;周期荷载试验时,煤样破坏后产生许多小碎块,偶尔可见较大块体;（4）只有当周期荷载峰值应力高于煤样的疲劳强度时,煤样内部微裂隙才开始大量萌生、扩展、贯通,这一过程将最终导致煤样发生疲劳破坏.

关键词：周期荷载煤变形疲劳耗散能演化

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周期荷载作用下岩石疲劳变形特性试验研究

岩石力学与工程学报 2003年第10期22卷 1581-1585页

作者：葛修润蒋宇卢允德任建喜中国科学院武汉岩土力学研究所武汉430071 上海交通大学建筑工程与力学学院

机理的较为系统的试验研究。试验结果表明,的变形量划分为初始变形阶段、等速变形阶段和加速变形阶段响岩石疲劳寿命的主要因素是周期荷载的上限应力和幅值。

关键词：岩石力学疲劳周期荷载不可逆变形应力-应变全过程曲线砂岩大理岩

周期荷载作用下土钉支护的累积效应有限元分析

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中南大学学报（自然科学版） 2009年第6期40卷 1751-1755页

作者：祝方才廖新贵李建华中南大学地学与环境工程学院湖南长沙410083 湖南工业大学岩土工程研究所湖南株洲412008

针对交通荷载下土钉支护边坡的力学特征,将交通荷载简化为循环荷载,以室内模型试验为基础,基于Mohr-Coulomb准则,建立土钉支护动力稳定分析的弹塑性平面应变有限元模型,加载频率为2Hz,加载幅值为10～30kPa。研究结果表明:坡面位移随循... 详细信息

针对交通荷载下土钉支护边坡的力学特征,将交通荷载简化为循环荷载,以室内模型试验为基础,基于Mohr-Coulomb准则,建立土钉支护动力稳定分析的弹塑性平面应变有限元模型,加载频率为2Hz,加载幅值为10～30kPa。研究结果表明:坡面位移随循环加载次数增加而增大,出现明显的累积效应,坡顶沉降出现沉降槽,累积效应不明显;土钉轴力的变化与位置有关,在动载下,靠近坡顶的轴力增加较大,但随着循环加载次数增加出现衰减效应,下部土钉轴力变化不大;室内模型试验结果与数值模拟结果存在一致性。

关键词：周期荷载土钉支护土钉轴力坡顶沉降累积效应

周期荷载作用下红砂岩三轴疲劳变形特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2006年第3期25卷 473-478页

作者：章清叙葛修润黄铭孙红上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

为了解三向应力状态下周期荷载作用时红砂岩的疲劳变形特性,利用RMT–150B岩石力学多功能试验机,对红砂岩试件进行不同围压时静态应力–应变全过程试验和疲劳试验。试验结果表明:三轴周期荷载作用下红砂岩疲劳破坏时的变形量与应力上限(... 详细信息

为了解三向应力状态下周期荷载作用时红砂岩的疲劳变形特性,利用RMT–150B岩石力学多功能试验机,对红砂岩试件进行不同围压时静态应力–应变全过程试验和疲劳试验。试验结果表明:三轴周期荷载作用下红砂岩疲劳破坏时的变形量与应力上限(σ1-σ3)水平线在相应围压下的静态应力–应变全过程曲线峰后区对应的变形量相当;轴向不可逆变形发展呈现三阶段规律;三轴周期荷载的上限应力和幅值对疲劳破坏特性有显著影响。

关键词：岩石力学红砂岩三轴压缩周期荷载疲劳不可逆变形应力-应变全过程曲线