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柔性层状石墨烯感应元件制备及其力敏特性

浙江大学学报（工学版） 2024年第1期58卷 150-160页

作者：吴志强卫军董荣珍信阳师范大学建筑与土木工程学院河南信阳464000 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为了弥补现有传感器在混凝土非连续变形监测上的不足,采用特殊构型法,以还原氧化石墨烯-纳米纤维素(RGO-CNF)为传感层、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基层,设计和制备了PDMS/RGO-CNF/PDMS层状感应元件,对其力学、电学和力敏性能进行测试和分析... 详细信息

为了弥补现有传感器在混凝土非连续变形监测上的不足,采用特殊构型法,以还原氧化石墨烯-纳米纤维素(RGO-CNF)为传感层、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基层,设计和制备了PDMS/RGO-CNF/PDMS层状感应元件,对其力学、电学和力敏性能进行测试和分析.结果表明,CNF能够有效地协助RGO在异丙醇中均匀分散,经化学溶胀和孔隙填充构建的传感层与基底层紧密结合,能够承受超过100%的拉伸应变.感应元件经过约10次循环拉伸后,应变电阻响应达到稳定状态,表现出良好的可回复性和可重复性.在0~10%应变下,感应元件的电阻变化率近似呈线性变化,灵敏系数可达15,随应变继续增大,电阻变化率呈指数型增长.应变电阻响应强度随应变速率的增大而提高,利用建立的考虑应变率效应的应变电阻响应模型,能够较好地预测感应元件的力敏行为.

关键词：石墨烯层状感应元件力敏性应变电阻响应模型纳米纤维素

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饱和土-管桩-刚性承台水平振动研究

振动与冲击 2019年第12期38卷 126-132,167页

作者：刘林超闫启方信阳师范学院建筑与土木工程学院

基于饱和多孔介质理论,建立了饱和土-管桩-刚性承台耦合体系的系统模型,研究了水平简谐荷载作用下饱和土-管桩-刚性承台耦合体系的振动特性。将桩周土和桩芯土视为饱和土,基于多孔介质理论给出了饱和土的运动方程,同时将承台视为刚体建... 详细信息

基于饱和多孔介质理论,建立了饱和土-管桩-刚性承台耦合体系的系统模型,研究了水平简谐荷载作用下饱和土-管桩-刚性承台耦合体系的振动特性。将桩周土和桩芯土视为饱和土,基于多孔介质理论给出了饱和土的运动方程,同时将承台视为刚体建立了其运动方程。考虑土体边界条件和管桩-土体连续性条件,运用分离变量法得到了桩周饱和土和桩芯饱和土的水平振动解。考虑管桩桩端边界条件并运用初始参数法求解了管桩的水平振动,在此基础上考虑管桩-承台的连续性条件并借助传递矩阵法得到了刚性承台水平位移的频域解析解。数值算例结果表明:饱和土-管桩-刚性承台耦合体系在水平简谐荷载作用下存在着明显的共振,管桩管壁较薄时容易造成共振,桩芯土的存在可以提高饱和土-管桩-刚性承台系统的抗震性能,增大管桩埋入深度可以较明显的降低承台水平位移幅值,减小承台高度和减小承台质量有助于提高体系的抗震性能。

关键词：饱和土-管桩-刚性承台水平振动位移放大因子抗震性能传递矩阵法

压实膨胀土非饱和渗水系数函数的密度与水力滞回效应

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岩土工程学报 2019年第10期41卷 1800-1808页

作者：周葆春陈志信阳师范学院建筑与土木工程学院

为探讨密度与水力滞回对膨胀土非饱和渗水系数函数(hydraulic conductivity function, HCF)及非饱和渗流的影响,以压实弱膨胀土为研究对象,开展变水头渗透试验获得饱和渗透系数-孔隙比e关系。基于van Genuchten-Mualem(VGM)模型,采用TRI... 详细信息

为探讨密度与水力滞回对膨胀土非饱和渗水系数函数(hydraulic conductivity function, HCF)及非饱和渗流的影响,以压实弱膨胀土为研究对象,开展变水头渗透试验获得饱和渗透系数-孔隙比e关系。基于van Genuchten-Mualem(VGM)模型,采用TRIM(transient release and imbibition method,瞬态脱湿与吸湿)试验方法获得6种密度下脱/吸湿过程的HCF模型参数α,n,并构建α,n与e的经验公式。基于所获HCF模型参数在Hydrus中开展降雨入渗数值分析。结果表明:①土体密度与水力滞回对α,n影响显著;无论脱/吸湿过程,α,n均随e增大而增大;相同密度下,脱湿过程α,n均小于吸湿过程对应值。②密度与水力滞回均对吸力表达的HCF影响显著;不同e下HCF存在“交叉”现象:相同吸力下,交叉点前,密度小的试样渗水系数k值大;交叉点后,密度大的试样k值大;同一密度相同吸力下脱湿过程k值明显大于吸湿过程k值。③密度对体积含水率θ表达的HCF影响显著,相同θ下,密度大的试样k值小,但不存在“交叉”现象;水力滞回对θ表达的HCF影响微弱,同一密度下脱/吸湿过程HCF接近。④数值分析表明,土体密度对非饱和渗流影响显著,但密度变化对湿润锋前进速度快慢影响不具单调性;水力滞回对渗流分析结果影响明显;采用形式简单的HCF模型如VGM模型,采用α,n与e的经验公式,对不同密度、不同脱/吸湿路径采用对应的模型参数值,是综合考虑密度与水力滞回对非饱和渗流影响的可行方法。

关键词：非饱和渗水系数函数 van Genuchten-Mualem模型水力滞回 TRIM试验方法渗流分析

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9种土样高吸力下的持水特征

岩土工程学报 2021年第2期43卷 236-244页

作者：周葆春赵鑫鑫马全国郎梦婷信阳师范学院建筑与土木工程学院河南信阳464000

持水特征曲线(SWRC)是非饱和土重要的本构关系。大部分SWRC由轴平移方法获得,其所能控制的吸力范围较小;然而工程实践中相对湿度常低于95%(吸力高于7.1 MPa);因此采用动态露点法测定Wyoming膨润土、宁明膨胀土、荆门黄褐色膨胀土、Denve... 详细信息

持水特征曲线(SWRC)是非饱和土重要的本构关系。大部分SWRC由轴平移方法获得,其所能控制的吸力范围较小;然而工程实践中相对湿度常低于95%(吸力高于7.1 MPa);因此采用动态露点法测定Wyoming膨润土、宁明膨胀土、荆门黄褐色膨胀土、Denver黏土岩、荆门棕褐色膨胀土、武汉黏土、三门峡粉质黏土、郑州粉土、开封黄河砂相对湿度3%~95%范围的吸脱湿过程SWRC。采用相对湿度95%下吸湿质量含水率w95量化高吸力下持水能力,采用吸脱湿SWRC间滞回区域面积HHA量化高吸力下SWRC滞回效应强弱,采用同一吸力下吸脱湿SWRC含水率之差最大值Δw_(max)量化水力滞回导致的含水率偏差范围。获得了w95,HHA,Δw_(max)与液限、塑性指数、阳离子交换量、比表面积等土性参数间的量化关系,建议了w95作为膨胀潜势判别标准并验证其可行性,改进了Fredlund-Xing(1994)模型以描述高吸力下上述9种土样吸脱湿过程SWRC,以期为高吸力下相关土力学工程实践提供依据和参考。

关键词：持水特征曲线高吸力动态露点等温线方法水力滞回膨胀潜势阳离子交换量比表面积 Fredlund-Xing(1994)模型

结构声学耦合随机性分析的等几何有限元-边界元法研究

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振动与冲击 2022年第12期41卷 159-167页

作者：胡昊文王中王徐延明陈磊磊信阳师范学院建筑与土木工程学院河南信阳464000 黄淮学院建筑工程学院河南驻马店463000

采用有限元法(FEM)进行水下壳结构振动响应分析,边界元法(BEM)进行结构振动声学分析;组合有限元法与边界元法构成耦合FEM-BEM方法进行水下薄壳结构声振强耦合分析。为了克服传统拉格朗日函数近似几何模型与物理场插值计算时的不连续与... 详细信息

采用有限元法(FEM)进行水下壳结构振动响应分析,边界元法(BEM)进行结构振动声学分析;组合有限元法与边界元法构成耦合FEM-BEM方法进行水下薄壳结构声振强耦合分析。为了克服传统拉格朗日函数近似几何模型与物理场插值计算时的不连续与低精度问题,采用Loop细分曲面等几何法构建几何模型,并采用相同的样条函数进行物理场高阶插值计算,实现水下声振强耦合系统的CAD/CAE的集成分析。随机性分析致力于研究系统输入的不确定造成的输出不确定。蒙特卡罗模拟(MCs)因简单直接被认为是解决复杂多维不确定性问题的通用工具,然而巨大的计算成本降低了其适用性。采用本征正交分解(POD)和径向基函数(RBF)可降低计算成本,提高计算效率,实现基于MCs的快速随机性分析。考虑结构材料属性参数以及结构形状参数的不确定性对计算结果的影响,采用MCs分析随机变量下的结构声学响应的统计特征。最后通过若干算例验证该算法的正确性与有效性。

关键词：有限元-边界元(FEM-BEM)法细分曲面蒙特卡罗模拟(MCs) 本征正交分解(POD) 径向基函数(RBF)

Catmull-Clark细分曲面边界元法的结构声学拓扑优化分析

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振动与冲击 2020年第20期39卷 97-105页

作者：陈磊磊王中王卢闯高春华刘林超信阳师范学院建筑与土木工程学院河南信阳464000

细分曲面克服了NURBS方法进行曲面片拼接时出现缝隙的困难,并可以构建带有任意拓扑形状的光滑结构模型。对于声学问题,频率越高,波长越短,为了满足计算精度要求,用于数值分析的离散网格就需要更密,传统算法往往需要对原始结构模型重新... 详细信息

细分曲面克服了NURBS方法进行曲面片拼接时出现缝隙的困难,并可以构建带有任意拓扑形状的光滑结构模型。对于声学问题,频率越高,波长越短,为了满足计算精度要求,用于数值分析的离散网格就需要更密,传统算法往往需要对原始结构模型重新进行网格划分,耗费了大量的计算时间。细分曲面法只需对初始离散网格进行一定的细分操作,即可提供多层次多分辨率控制网格,避免了复杂耗时的前处理操作。将Catmull-Clark细分曲面与边界元法相结合,采用高阶双三次B样条基函数进行几何与物理场的插值近似,不仅提供高计算精度结果,而且自适应满足宽频段网格要求。对于黏附吸声材料结构声散射问题,引入声阻抗边界条件,建立以吸声材料单元密度为设计变量,以吸声材料的体积分数为约束的数学优化模型。采用伴随变量法计算目标函数对设计变量的敏感度,移动渐近线法对设计变量进行更新,最终获得最优吸声材料分布。若干实际问题算例验证了算法的正确性和有效性。

关键词：细分曲面边界元法伴随变量法拓扑优化

基于土体三维波动模型的饱和土中管桩竖向振动

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岩土力学 2018年第5期39卷 1720-1730页

作者：刘林超肖琪聃闫启方信阳师范学院建筑与土木工程学院河南信阳464000

基于土体的三维波动模型研究了饱和土中单个管桩的竖向振动。将桩周土和桩芯土视为两相多孔介质,管桩视为等截面的圆管杆单元。在考虑桩周饱和土和桩芯饱和土径向位移和竖向位移的情况下,建立了基于土体三维波动模型的饱和土-管桩竖向... 详细信息

基于土体的三维波动模型研究了饱和土中单个管桩的竖向振动。将桩周土和桩芯土视为两相多孔介质,管桩视为等截面的圆管杆单元。在考虑桩周饱和土和桩芯饱和土径向位移和竖向位移的情况下,建立了基于土体三维波动模型的饱和土-管桩竖向耦合振动模型。借助势函数和分离变量法并考虑土体边界条件,求解了考虑土体三维波动的桩周饱和土和桩芯饱和土的竖向振动。在此基础上,考虑管桩桩端边界条件,利用三角函数正交性求解了饱和土中单个管桩的竖向振动,得到了管桩桩顶的竖向复刚度。通过数值算例,对比分析了土体三维波动模型解和不考虑土体径向位移的简化模型解的计算结果,分析了主要桩、土参数对饱和土中管桩竖向振动的影响。研究表明:当管桩壁较薄时且低频时不应忽略土体径向位移的影响,在动态刚度因子和等效阻尼随频率变化曲线峰值峰谷处不宜忽略土体液相的影响,管桩壁不宜过薄。管桩壁厚、长径比、桩芯饱和土与桩周饱和土密度比、剪切模量比以及桩-土模量比对饱和土中管桩竖向振动有较大影响,在进行管桩设计时需要综合考虑相关参数。

关键词：三维波动模型饱和土管桩竖向振动复刚度

无压熔渗制备TiC/Ti_3SiC_2复合材料高速载流摩擦磨损性能

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复合材料学报 2018年第10期35卷 2832-2840页

作者：肖琪聃周峰吴珊信阳师范学院建筑与土木工程学院信阳464000

采用无压熔渗反应烧结技术制备了TiC/Ti_3SiC_2复合材料,通过HST-100型载流摩擦磨损试验机,在60～90m/s滑动速度范围内,对TiC/Ti_3SiC_2复合材料的高速载流摩擦磨损性能进行了研究。结果表明:当与HSLA80配副时,TiC/Ti_3SiC_2的摩擦磨损... 详细信息

采用无压熔渗反应烧结技术制备了TiC/Ti_3SiC_2复合材料,通过HST-100型载流摩擦磨损试验机,在60～90m/s滑动速度范围内,对TiC/Ti_3SiC_2复合材料的高速载流摩擦磨损性能进行了研究。结果表明:当与HSLA80配副时,TiC/Ti_3SiC_2的摩擦磨损性能与摩擦速度和TiC含量呈现出一定的相关性。当摩擦速度小于80m/s时,摩擦表面出现具有减磨作用的熔融状态的均匀分布氧化膜(FeTiO_3和Fe_(2.35)Ti_(0.65)O_4),呈现山脊及犁沟状形貌,磨损机制以磨粒切削磨损、氧化磨损及粘着磨损为主;当摩擦速度超过80m/s时,摩擦表面出现不均匀分布的氧化膜,呈现孤峰状形貌,磨损机制以氧化磨损及电弧烧蚀磨损为主。相同实验条件下,摩擦系数随着TiC含量的增加而增大,磨损率随之降低。

关键词： TiC/Ti3SiC2 滑动速度摩擦系数磨损率磨损机制

简支Timoshenko 黏弹性开闭裂纹梁的弯曲变形

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信阳师范学院学报（自然科学版） 2023年第1期36卷 144-149页

作者：付超闫启方李智超杜朝洋信阳师范学院建筑与土木工程学院河南信阳464000

利用蠕变柔量、广义Dirac delta函数及裂纹的张开和闭合条件,建立了黏弹性开闭裂纹梁弯曲曲率与弯矩的关系,并给出了突加均布载荷作用下黏弹性裂纹梁的开闭状态判断条件。最后,通过数值算例,分析了简支Timoshenko黏弹性开闭裂纹梁的弯... 详细信息

利用蠕变柔量、广义Dirac delta函数及裂纹的张开和闭合条件,建立了黏弹性开闭裂纹梁弯曲曲率与弯矩的关系,并给出了突加均布载荷作用下黏弹性裂纹梁的开闭状态判断条件。最后,通过数值算例,分析了简支Timoshenko黏弹性开闭裂纹梁的弯曲性质。

关键词：蠕变柔量开闭裂纹 Timoshenko梁弯曲