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六种平衡矩阵及其零空间与列空间力学意义研究

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计算力学学报 2024年

作者：张志宏赵恺上海师范大学建筑工程学院土木系

本文在矩阵力法基本列式的基础上，首先引入关联矩阵显式组装平衡矩阵，推导出平衡矩阵的六种不同形式。其次，本文对六种平衡矩阵的零空间和列空间的力学意义进行了初步讨论。最后，结合不同类型的索杆体系算例，对六种平衡矩阵在形态... 详细信息

本文在矩阵力法基本列式的基础上，首先引入关联矩阵显式组装平衡矩阵，推导出平衡矩阵的六种不同形式。其次，本文对六种平衡矩阵的零空间和列空间的力学意义进行了初步讨论。最后，结合不同类型的索杆体系算例，对六种平衡矩阵在形态生成分析中可能的应用进行探讨，拓扑几何未知，可采用平衡矩阵进行体系的拓扑找力分析；拓扑几何已知，可采用平衡矩阵进行找力分析与找形分析。本文工作对进一步促进索杆体系找形与找力混合形态分析有一定的帮助。

关键词：平衡矩阵零空间与列空间找力分析找形分析形态生成

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单层与多层放大型黏弹阻尼器力学性能研究

建筑结构学报 2024年第4期45卷 86-96页

作者：尚峰刘文光许浩张强上海大学土木工程系上海200444

为提高黏弹型阻尼器耗能效率,结合杠杆位移放大装置设计了3种放大型黏弹阻尼器,分别为单层放大型黏弹阻尼器、多层单向放大型黏弹阻尼器和多层双向放大型黏弹阻尼器。在线性Kelvin模型的基础上,提出了改进的非线性NLKelvin模型用于描述... 详细信息

为提高黏弹型阻尼器耗能效率,结合杠杆位移放大装置设计了3种放大型黏弹阻尼器,分别为单层放大型黏弹阻尼器、多层单向放大型黏弹阻尼器和多层双向放大型黏弹阻尼器。在线性Kelvin模型的基础上,提出了改进的非线性NLKelvin模型用于描述阻尼器的非线性力学特性,并建立了相应的力学模型。对单层放大型阻尼器与普通黏弹型阻尼器进行力学性能试验,试验结果表明:单层放大型阻尼器的阻尼力与耗能均得到了显著的提高,其阻尼力是普通阻尼器的5.41倍,耗能是普通阻尼器的3.09倍;试验滞回曲线与非线性NLKelvin模型吻合良好。针对附加4种不同减震方案的7层混凝土框架进行了动力时程响应分析,发现所提出的放大型黏弹阻尼器的响应控制能力均显著优于普通黏弹阻尼器的,其中附加单层、多层单向、多层双向放大型阻尼器结构的位移减震率分别为12.8%、32.5%、53.6%,附加阻尼比分别为2.9%、4.8%、6.1%,进一步验证了所提出的装置均具有良好的减震性能。

关键词：黏弹性阻尼器杠杆放大装置振动控制单层放大多层双向放大

FexCr5Al合金在模拟失水事故下的氧化行为研究

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稀有金属材料与工程 2024年第8期53卷 2331-2342页

作者：张文怀姚美意林晓冬王皓瑜梁雪李毅丰胡丽娟谢耀平上海大学材料研究所上海200072 上海大学微结构重点实验室上海200444

本研究熔炼制备了4种FexCr5Al(x=13、15、17、18,质量分数,%)合金,采用配有蒸汽发生器的热重分析仪研究了4种合金在1000和1200℃蒸汽中氧化2 h的行为。采用XRD、FIB/SEM、EDS和TEM观察分析腐蚀后样品的显微组织、晶体结构和成分。结果表... 详细信息

本研究熔炼制备了4种FexCr5Al(x=13、15、17、18,质量分数,%)合金,采用配有蒸汽发生器的热重分析仪研究了4种合金在1000和1200℃蒸汽中氧化2 h的行为。采用XRD、FIB/SEM、EDS和TEM观察分析腐蚀后样品的显微组织、晶体结构和成分。结果表明,4种合金在两种温度下氧化时,氧化动力学曲线均遵循抛物线规律,增加Cr含量合金的抛物线速率常数降低,改善了合金的抗高温蒸汽氧化性能;4种合金的氧化膜均为脊状形貌,主要由α-Al_(2)O_(3)组成。随Cr含量的增加,氧化膜中的孔隙减少,氧化膜与基体的结合性变好,说明增加Cr含量可以提高氧化膜的致密性和结合力,有助于形成均匀且致密的Al氧化膜,从而提高合金的抗高温蒸汽氧化性能。

关键词： FeCrAl合金高温蒸汽氧化显微组织氧化膜

Ar离子辐照对Zr-0.75Sn-1Nb-0.35Fe-0.15Cr合金显微组织和耐腐蚀性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1642-1653页

作者：顾志远吴悦林晓冬姚美意胡丽娟梁雪李毅丰彭剑超谢耀平周邦新上海大学材料研究所上海200072 上海大学微结构重点实验室上海200444

通过熔炼、热轧、冷轧和退火等工艺制备了Zr-0.75Sn-1Nb-0.35Fe-0.15Cr(质量分数,%)合金板状样品,采用静电加速器在300℃下对样品进行注量为1.02×10^(15)和5.1×10^(15)ions/cm^(2)(对应辐照损伤剂量分别为1和5 dpa)的Ar^(+)辐照,然后... 详细信息

通过熔炼、热轧、冷轧和退火等工艺制备了Zr-0.75Sn-1Nb-0.35Fe-0.15Cr(质量分数,%)合金板状样品,采用静电加速器在300℃下对样品进行注量为1.02×10^(15)和5.1×10^(15)ions/cm^(2)(对应辐照损伤剂量分别为1和5 dpa)的Ar^(+)辐照,然后将未辐照和辐照样品置于360℃/18.6 MPa/0.01 mol·L^(-1)Li OH水溶液中腐蚀90 d,利用SEM和TEM表征分析了辐照前后合金基体显微组织和腐蚀后氧化膜截面显微组织。结果表明,辐照前Zr-0.75Sn-1Nb-0.35Fe-0.15Cr合金为完全再结晶组织,晶粒呈等轴晶,第二相主要为fcc和hcp结构的Zr(Fe,Cr,Nb)_(2),尺寸主要在50~100 nm范围内;辐照后,合金内形成了型位错环,第二相发生了完全非晶化,但未发现第二相中元素向基体扩散现象。腐蚀90 d后,辐照样品的氧化膜厚度小于未辐照样品,说明Ar^(+)辐照在一定程度上降低了合金腐蚀初期的腐蚀速率。分析认为,Ar^(+)辐照能延缓氧化膜显微组织的演化,降低氧化膜中的等轴晶占比和裂纹数量,同时辐照诱导的非晶化第二相的氧化更慢,使氧化膜更具保护性,从而降低合金的腐蚀速率。

关键词：锆合金辐照腐蚀氧化膜第二相

Nb对锆合金LOCA淬火相变及力学性能影响的分子动力学研究

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稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1654-1665页

作者：胡丽娟张鸿林王子璇强媛媛姚美意谢耀平上海大学材料研究所上海200072

失水事故(loss of coolant accident, LOCA)下锆合金中原β-Zr层的力学性能对核安全具有重大意义,Nb作为锆合金中重要的合金元素对其有重要影响。运用分子动力学方法研究了Zr-x Nb(x=0, 0.5, 1, 2.5,质量分数,%)合金在淬火过程中的相变... 详细信息

失水事故(loss of coolant accident, LOCA)下锆合金中原β-Zr层的力学性能对核安全具有重大意义,Nb作为锆合金中重要的合金元素对其有重要影响。运用分子动力学方法研究了Zr-x Nb(x=0, 0.5, 1, 2.5,质量分数,%)合金在淬火过程中的相变行为和淬火后的拉伸行为,分析了Nb对其力学性能的作用机制。结果表明,Nb淬火相变模拟过程产生了类似原β-Zr组织的层片状多晶,这种层片状多晶主要由fcc和hcp结构原子组成;多晶的bcc→fcc相变路径遵从Brain位相关系,bcc→hcp相变路径遵从P-S位相关系;在降温过程中,添加的Nb会通过增大锆合金hcp与bcc结构的自由能之差来增加β→α的相变阻力,从而稳定锆合金的β相;Zr、Zr-0.5Nb和Zr-1Nb合金模型中Nb促进了晶界处bcc相的生成,使得变形集中于晶界,导致晶界易发生断裂;而Zr-2.5Nb中,晶粒内部的Nb含量较高,易形成bcc相,从而协调变形,提高其塑性;此外Zr-2.5Nb中团簇呈弥散分布,这使得其整体强度得到提高。

关键词：锆合金分子动力学原β-Zr 淬火相变力学性能

高Nb锆合金在含氧蒸汽中耐腐蚀性能恶化的机理

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金属学报 2024年第4期60卷 509-521页

作者：黄建松裴文徐诗彤白勇姚美意胡丽娟谢耀平周邦新上海大学材料研究所上海200072

为探究高Nb锆合金在含氧蒸汽中耐腐蚀性能恶化的机理,研究了Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-1.0Nb(质量分数,%)合金在除氧(DE)、300μg/kg溶解氧(DO)、1000μg/kg DO的400℃、10.3 MPa过热蒸汽中的腐蚀行为,采用SEM、TEM和XPS分析了氧化膜的... 详细信息

为探究高Nb锆合金在含氧蒸汽中耐腐蚀性能恶化的机理,研究了Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-1.0Nb(质量分数,%)合金在除氧(DE)、300μg/kg溶解氧(DO)、1000μg/kg DO的400℃、10.3 MPa过热蒸汽中的腐蚀行为,采用SEM、TEM和XPS分析了氧化膜的显微组织和Nb元素价态。结果表明:Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-1.0Nb合金在400℃过热蒸汽中的耐腐蚀性能随着DO浓度升高而变差;合金在含氧蒸汽中耐腐蚀性能恶化的机理主要有2方面,一方面是DO加速了氧化膜中Nb元素的氧化,促进了Nb^(2+)向Nb^(5+)的转换;另一方面是DO促进了第二相氧化成m-Nb_(2)O_(5)以及非晶,进而促进了裂纹的萌生与生长,裂纹为O的扩散提供了快速通道,氧化膜显微组织的演化速率更快,最终加速了合金的腐蚀进程。

关键词：锆合金溶解氧腐蚀显微组织

基于测点聚类的POD-BPNN风压重构方法

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土木工程学报 2024年第9期57卷 11-21页

作者：杜晓庆沈祥宇董浩天陈统岳上海大学上海200444

文章提出本征正交分解(POD)与聚类分析结合的结构表面风压测点分类与关键测点布置方法,基于少量测点的风压数据,通过POD与误差反向传播神经网络(BPNN)方法实现方柱结构表面风压时程的重构。机器学习数据集为多风向角均匀来流下单方柱测... 详细信息

文章提出本征正交分解(POD)与聚类分析结合的结构表面风压测点分类与关键测点布置方法,基于少量测点的风压数据,通过POD与误差反向传播神经网络(BPNN)方法实现方柱结构表面风压时程的重构。机器学习数据集为多风向角均匀来流下单方柱测压风洞试验得到的测点风压时程。将44个测点的风压时程数据POD降维,并采用K-means++聚类分析得到方柱周向轮廓系数分布,并基于轮廓系数的多风向角平均值,得到12、16、20和24个关键测点的轴对称布置方案。以关键测点的风压时程数据为训练集,采用POD-BPNN方法重构方柱表面其余测点所在位置的风压时程,并将风压时程及其统计值同试验结果对比。从12~20测点方案,风压重构精度逐步提升;20测点和24测点方案的重构风压差异较小,二者都能较好地重构方柱表面风压分布,仅在0°风向角方柱脉动风压误差偏大。

关键词：风压时程重构聚类分析本征正交分解误差反向传播神经网络风压测点布置

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直角突变式钢吊车梁疲劳性能及加固方法研究

工程力学 2024年第S1期41卷 275-281页

作者：郑云孙嘉伟赵欣崔涛中冶建筑研究总院有限公司北京100088 建研院检测中心有限公司北京100013 河北工业大学土木与交通学院天津300401 清华大学土木系北京100084

钢吊车梁疲劳破坏问题造成了众多工业建筑的安全事故,也成为工业建筑领域长期的热点问题之一。直角突变式吊车梁是最常见的吊车梁形式,为研究直角突变式吊车梁的疲劳损伤机理和加固方法,改善传统式直角突变支座钢吊车梁的抗疲劳性能,在... 详细信息

钢吊车梁疲劳破坏问题造成了众多工业建筑的安全事故,也成为工业建筑领域长期的热点问题之一。直角突变式吊车梁是最常见的吊车梁形式,为研究直角突变式吊车梁的疲劳损伤机理和加固方法,改善传统式直角突变支座钢吊车梁的抗疲劳性能,在明晰吊车梁支座应力集中位置的基础上,提出三腹板构造的加固措施。采用有限元仿真分析与试验研究相结合的方法,探究了开孔设置方法和三腹板构造对带裂纹支座的加固效果;分析支座处加固前后应力集中部位沿焊缝长度方向的结构应力分布,验证了三腹板构造的工程实际加固效果。结果表明:相比于传统式直角支座,三腹板式支座各位置结构应力最大值下降了约60%,裂纹处应力强度因子下降了约50%;在无裂纹和带裂纹两种工况下,均大可大幅度提升吊车梁疲劳寿命。

关键词：工业建筑吊车梁疲劳性能疲劳寿命疲劳加固

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统一边界条件下非饱和土一维固结理论研究

工程力学 2024年第3期41卷 63-72页

作者：秦爱芳郑青青江良华上海大学力学与工程科学学院土木工程系上海200444

非饱和土固结理论中的边界条件对土体的固结有着重要的影响,它反映了土体在固结过程中边界的透气透水状态。针对实际工程中边界条件的复杂多样性,该文引入一个统一形式边界条件,构建了一个在瞬时均布荷载作用下,由顶面统一边界、底面完... 详细信息

非饱和土固结理论中的边界条件对土体的固结有着重要的影响,它反映了土体在固结过程中边界的透气透水状态。针对实际工程中边界条件的复杂多样性,该文引入一个统一形式边界条件,构建了一个在瞬时均布荷载作用下,由顶面统一边界、底面完全不渗透边界组成的非饱和土一维固结计算模型。基于Fredlund非饱和土一维固结理论,采用Laplace变换等方法得到了Laplace域内超孔隙压力的解,再通过Laplace逆变换得到了时间域内相应解答。运用一个典型算例,设置合理的边界参数,将统一边界条件下的半解析解退化到几种常规边界条件下的解与文献中已有的结果进行比较,验证了所得解的正确性,并对非饱和土一维固结特性进行了简要分析。研究结果表明:统一边界条件下的半解析解相当于一个通解,具有广泛的适用性;通过改变相关边界参数的取值,可以模拟土层边界条件由完全不渗透到完全渗透的变化过程;固结过程中,边界条件对超孔隙气压力和超孔隙水压力的消散影响很大。因此,该文的研究具有一定的学术价值,所得的半解析解对不同边界条件下的实际工程具有参考价值。

关键词：非饱和土一维固结统一边界超孔隙压力半解析解

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