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基于改进高斯混合粒子滤波新算法的桥梁极值应力动态预测

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吉林大学学报（工学版） 2024年第4期54卷 1038-1044页

作者：樊学平刘月飞兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000 兰州大学土木工程与力学学院兰州730000

将极值应力数据视为时间序列,提出了桥梁结构极值应力的改进高斯混合粒子滤波(IGMPF)动态预测新方法。首先,利用桥梁健康监测极值应力数据建立动态非线性模型,将其作为粒子滤波算法的状态方程和监测方程;然后,引入最大期望(EM)算法来估... 详细信息

将极值应力数据视为时间序列,提出了桥梁结构极值应力的改进高斯混合粒子滤波(IGMPF)动态预测新方法。首先,利用桥梁健康监测极值应力数据建立动态非线性模型,将其作为粒子滤波算法的状态方程和监测方程;然后,引入最大期望(EM)算法来估计目标状态的概率分布,并嵌入高斯混合粒子滤波器中,进而利用改进高斯混合粒子滤波算法,结合应力监测数据实现结构极值应力的动态预测;最后,通过在役桥梁监测数据对本文模型和方法的合理性进行验证。结果表明:本文方法预测精度高,可用于工程实际应用中。

关键词：结构工程极值应力动态非线性模型最大期望算法高斯混合粒子滤波器

基于Gaussian Copula-贝叶斯动态模型的桥梁构件时变可靠性分析

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吉林大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 485-493页

作者：樊学平周衡刘月飞兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730030 兰州大学土木工程与力学学院兰州730030

针对桥梁构件的各控制监测点之间存在失效非线性相关性的问题。首先考虑到非线性相关性对桥梁构件可靠性的影响,采用贝叶斯动态模型(BDMs),建立监测数据的动态预测模型;再结合Copula理论建立Gaussian Copula-BDMs,进而计算桥梁构件时变... 详细信息

针对桥梁构件的各控制监测点之间存在失效非线性相关性的问题。首先考虑到非线性相关性对桥梁构件可靠性的影响,采用贝叶斯动态模型(BDMs),建立监测数据的动态预测模型;再结合Copula理论建立Gaussian Copula-BDMs,进而计算桥梁构件时变可靠性,同时与不考虑桥梁构件各控制监测点失效相关性得到的可靠性进行比较分析;最后通过算例验证所建模型与方法的合理性。本研究成果将为多元结构体系的可靠性分析提供参考。

关键词：结构工程相关性贝叶斯动态模型高斯Copula贝叶斯动态模型时变可靠性分析

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主动反馈控制下无绝缘层缠绕线圈的匝间损耗和力学行为

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第5期54卷 180-190页

作者：李东科刘东辉雍华东张兴义兰州大学土木工程与力学学院兰州730000 兰州大学超导力学研究院兰州730000

高温超导无绝缘层缠绕线圈具有较长的充放电延迟.比例积分(PI)主动反馈控制方法可以有效降低无绝缘线圈的充电延迟,但该方法需要给线圈提供更高的电源电流,这可能会带来额外的损耗能量和力学损伤,因此需要研究层缠绕线圈在PI控制下的电... 详细信息

高温超导无绝缘层缠绕线圈具有较长的充放电延迟.比例积分(PI)主动反馈控制方法可以有效降低无绝缘线圈的充电延迟,但该方法需要给线圈提供更高的电源电流,这可能会带来额外的损耗能量和力学损伤,因此需要研究层缠绕线圈在PI控制下的电磁和力学性能.本文结合电路模型和有限元方法,采用混合数值模型计算了PI控制下线圈的匝间损耗和力学响应.数值计算结果表明,对于无绝缘层缠绕线圈,使用PI控制进行充电需要更大的电源电流,同时充电过程中会产生更高的匝间损耗能量和环向应力.PI控制下线圈内会产生更大的应力,但相比于匝间损耗的显著增加,线圈内应力增大并不显著.在10 T背景场下,两种线圈环向应力差别为20 MPa.另外,随着线圈匝数或层数的增加,PI控制下线圈内的损耗及应力会进一步增大.考虑到匝间损耗的上升趋势,应优先选择轴向匝数较少的线圈.此外,增加充电时间也可以减少充电过程中的匝间损耗和峰值应力.

关键词：无绝缘层缠绕线圈主动反馈控制匝间损耗力学行为

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高温碱溶液中混合型缓冲材料膨胀特性研究

岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3507-3519页

作者：张虎元季泽周光平童艳梅王婷婷兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000 兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室甘肃兰州730000

高放废物地下处置库中,地下水腐蚀衬砌混凝土析出的强碱性溶液,叠加核素衰变释放的辐射热,会影响缓冲材料的膨胀性能。以混合型缓冲材料(70%高庙子膨润土+30%石英砂)为试验对象,孔隙溶液选择蒸馏水和KOH溶液,溶液浓度为0.1,0.3,1.0 mol/... 详细信息

高放废物地下处置库中,地下水腐蚀衬砌混凝土析出的强碱性溶液,叠加核素衰变释放的辐射热,会影响缓冲材料的膨胀性能。以混合型缓冲材料(70%高庙子膨润土+30%石英砂)为试验对象,孔隙溶液选择蒸馏水和KOH溶液,溶液浓度为0.1,0.3,1.0 mol/L。设置试验温度为常温与90℃。测试不同初始干密度试样的膨胀力。试验完成后,对试样开展X射线衍射(XRD)试验,试验结果证实:高温提升了试样膨胀力发展速率与膨胀力值,最终膨胀力值最大增幅为19.3%。KOH溶液作用下缓冲材料膨胀力随时间发展出现衰退现象,是碱溶液危害膨胀性能的典型特征。最终膨胀力值对KOH浓度呈负相关,与初始干密度呈正相关。在90℃1.0 mol/L KOH溶液作用下,试样最终膨胀力值较蒸馏水,衰减程度达到52.3%以上。试样衰减主要与蒙脱石的溶解与阳离子交换有关。最严重的情况下,蒙脱石含量减小为初始的43.2%。

关键词：土力学混合型缓冲材料高庙子膨润土膨胀力温度 KOH溶液

颗粒间碰撞对槽道湍流中颗粒聚集效应的影响研究

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力学学报 2024年第2期56卷 365-376页

作者：崔元凯张欢兰州大学湍流−颗粒研究中心兰州730000 兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000 兰州大学土木工程与力学学院兰州730000

颗粒两相湍流广泛存在于自然现象和工业流动中,与人们的生活和生产活动息息相关.通常情况下,当颗粒的体积分数小于O(10^(-4))时,颗粒间的碰撞效应被忽略.一些研究发现,在颗粒两相壁湍流中,即使在低体积分数情况下,由于湍泳和倾向性聚集... 详细信息

颗粒两相湍流广泛存在于自然现象和工业流动中,与人们的生活和生产活动息息相关.通常情况下,当颗粒的体积分数小于O(10^(-4))时,颗粒间的碰撞效应被忽略.一些研究发现,在颗粒两相壁湍流中,即使在低体积分数情况下,由于湍泳和倾向性聚集会导致颗粒局部浓度较高,颗粒间的碰撞频繁发生.然而,已有结果大多针对均匀各向同性湍流或采用大涡模拟的研究手段,尚缺少关于颗粒两相槽道湍流的直接数值模拟研究,颗粒间碰撞对颗粒聚集程度和形态影响的定量规律仍不清楚.文章基于欧拉-拉格朗日点颗粒框架,在摩擦雷诺数为Re_(τ)=180的条件下,采用直接数值模拟探讨了有/无颗粒间碰撞时水平槽道湍流中双分散颗粒聚集模式的差异.算例的颗粒平均质量分数为Φm~O(1),因此模型中还考虑了颗粒对流场的反馈作用.研究发现,颗粒间碰撞驱使近壁颗粒向槽道中心迁移,导致颗粒平均浓度的壁法向廓线变得十分平坦,抑制了壁湍流中颗粒的湍泳现象.同时,颗粒间碰撞导致颗粒在与壁面平行的水平薄层内更加均匀地分布.特别是在黏性底层内,各向异性的颗粒条带结构完全消失.这些结果表明,颗粒间碰撞显著抑制了水平槽道湍流中颗粒的湍泳和近壁区的倾向性聚集现象.

关键词：颗粒两相湍流槽道湍流颗粒聚集颗粒间碰撞直接数值模拟

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橡胶混合黏土小应变剪切模量特性试验研究

岩土力学 2024年第3期45卷 705-713页

作者：周恩全白宇航姚缘王龙陆建飞江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013 江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214122

为了研究橡胶混合黏土(混合土)的动变形特性,对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验,分析动剪切模量G和阻尼比λ的发展规律,并基于二元介质模型,提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比e_(sk)计算方法,进一步依托骨架孔... 详细信息

为了研究橡胶混合黏土(混合土)的动变形特性,对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验,分析动剪切模量G和阻尼比λ的发展规律,并基于二元介质模型,提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比e_(sk)计算方法,进一步依托骨架孔隙比e_(sk)对混合土的最大动剪切模量G_(max)进行评价。结果表明:掺入橡胶颗粒后,混合土的G减小,λ增大,且橡胶掺量增大时,混合土的G减小、λ增大;围压增大时,混合土的G增大、λ减小;橡胶粒径增大时,混合土的G增大、λ减小。随着橡胶掺量增大,骨架孔隙比e_(sk)增大,G_(max)降低;在相同橡胶掺量时,随着橡胶粒径的增大,e_(sk)增大,G_(max)升高。在Hardin公式的基础上,基于骨架孔隙比e_(sk)提出了考虑橡胶掺量和橡胶粒径的G_(max)表征模型,该模型具有较好的准确性,可为评价橡胶混合黏土G_(max)提供依据。

关键词：橡胶混合黏土动剪切模量阻尼比骨架孔隙比 Hardin模型

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基于卡氏第二定理求解细长螺旋杆件的位移

力学与实践 2024年第2期46卷 443-446页

作者：雍华东兰州大学土木工程与力学学院兰州730000

由于具有较为优异的力学性能,螺旋结构的细长杆件在工程中得到了广泛的应用。在拉伸及弯曲载荷作用下,螺旋杆件自身较为特殊的结构导致其变形规律较为复杂。本文基于螺旋杆件的应变能及材料力学的卡氏第二定理,得到了拉伸及横向载荷作... 详细信息

由于具有较为优异的力学性能,螺旋结构的细长杆件在工程中得到了广泛的应用。在拉伸及弯曲载荷作用下,螺旋杆件自身较为特殊的结构导致其变形规律较为复杂。本文基于螺旋杆件的应变能及材料力学的卡氏第二定理,得到了拉伸及横向载荷作用下螺旋杆件的位移,所得解析结果与有限元结果一致。螺旋杆件位移的求解可以作为材料力学基本内容的拓展,加强学生对相关知识点的理解和掌握。

关键词：螺旋杆件位移卡氏第二定理

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竖井地基大应变非线性固结解析解

岩土力学 2024年第5期45卷 1446-1456页

作者：王亦炀李传勋李阔陆向综江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013

已有的研究表明,高压缩性软土的大应变及非线性固结特性对其固结具有显著影响。但目前能同时考虑两者影响的竖井地基大应变非线性固结解析解还鲜见报道。考虑高压缩性软土在固结中的大变形特性,应用双对数压缩渗透非线性模型描述软土在... 详细信息

已有的研究表明,高压缩性软土的大应变及非线性固结特性对其固结具有显著影响。但目前能同时考虑两者影响的竖井地基大应变非线性固结解析解还鲜见报道。考虑高压缩性软土在固结中的大变形特性,应用双对数压缩渗透非线性模型描述软土在固结中的压缩渗透特性变化,基于Gibson大应变固结理论,建立竖井地基大应变非线性固结模型并获得模型的解析解。将所获得的解析解与竖井地基大应变非线性固结数值解及特定工况下小应变线性固结解析解进行对比,以验证所获解析解的可靠性。在此基础上,通过大量计算对不同工况下竖井地基非线性固结性状开展分析。结果表明:压缩指数I_(c)为定值时竖井地基固结速率随参数α减小而增大。α保持不变时竖井地基固结速率随I_(c)减小而增大。压缩渗透参数保持不变时,竖井地基固结速率随着外荷载的增大而加快,随着井径比增大而减慢。将所获解析解应用于深港西部通道口岸区填海地基处理的工程计算,表明理论计算的沉降曲线与实测曲线较为吻合,说明了所获解析解的工程可应用性。

关键词：竖井地基非线性大应变变荷载解析解

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干湿循环下木质素改良粉土抗剪强度特性

工程科学与技术 2024年第2期56卷 208-216页

作者：周恩全张曼居东煜王龙李护良江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013 江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214122

为克服粉土强度低、干湿循环性能差的特点,同时解决固体废弃物木质素的资源化利用的问题,将木质素掺入粉土中,形成木质素改良粉土。为研究木质素改良粉土抗剪强度特性及干湿循环性能,对经历干湿循环后的木质素改良粉土进行直接剪切试验... 详细信息

为克服粉土强度低、干湿循环性能差的特点,同时解决固体废弃物木质素的资源化利用的问题,将木质素掺入粉土中,形成木质素改良粉土。为研究木质素改良粉土抗剪强度特性及干湿循环性能,对经历干湿循环后的木质素改良粉土进行直接剪切试验和X射线衍射试验,研究了木质素掺量0、2%、5%、8%、12%、15%和干湿循环0、1、2、3、4次对改良土抗剪强度特性的影响。结果表明:掺入木质素可以显著提升粉土的抗剪强度及干湿循环性能;一定干湿循环次数下,改良土的抗剪强度及黏聚力随着木质素掺量的增加先增大后降低,内摩擦角随着木质素掺量的增加先快速增大后基本不变;当木质素掺量为8%时,改良土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角最高。改良土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均随着干湿循环次数的增加而降低,当木质素掺量为0时,纯土试样经过1次干湿循环即崩解,强度损失率为100%;当木质素掺量为8%时,改良土的强度损失率最低,黏聚力及内摩擦角的降低幅度均较低。X射线衍射试验表明,木质素掺量为8%时,石英、方解石、白云石含量最高,黏土矿物含量较高,钠长石含量最低,这是造成改良土强度及干湿循环性能提升的直接原因。结果显示,当木质素掺量为8%时,改良土在提高抗剪强度及干湿循环性能方面具有明显优势。研究结果可为实际施工设计提供理论支撑。

关键词：木质素粉土干湿循坏抗剪强度