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力学系统的任意阶分数维梯度表示

力学学报 2024年第8期56卷 2408-2414页

作者：齐皓晖王鹏济南大学土木建筑学院济南250022

梯度系统是一类重要的数学系统,其性质适用Lyapunov函数研究系统的平衡和稳定性.约束力学系统的稳定性研究具有重要应用价值.若约束力学系统可转化为梯度系统,则可利用梯度系统性质研究其稳定性.然而有些约束力学系统并没有梯度表示,如... 详细信息

梯度系统是一类重要的数学系统,其性质适用Lyapunov函数研究系统的平衡和稳定性.约束力学系统的稳定性研究具有重要应用价值.若约束力学系统可转化为梯度系统,则可利用梯度系统性质研究其稳定性.然而有些约束力学系统并没有梯度表示,如果可以将其拓展到分数阶情形,可为这类约束系统的稳定性研究提供新思路.目前关于约束力学系统的分数维梯度表示限于二阶梯度系统(分数阶导数的阶数α=2),对任意阶导数的梯度系统还未有报道,限制了其应用.不同以往限于力学系统的二阶分数维梯度表示,文章研究力学系统的一类新分数维梯度表示,即任意阶分数维梯度表示.首先建立系统的微分方程,进而给出了力学系统可以表示为任意阶(α为正整数或任意分数)的分数维梯度系统的条件及其任意阶分数维梯度形式,通常梯度系统和二阶分数维梯度系统是文章结果的特例,然后讨论结果的一般性,发现不同分数阶导数定义下同阶分数维梯度系统的阶数取值范围并不同.通过算例说明了结果的适用性.

关键词：任意阶分数维梯度系统非保守系统分数阶导数

不同力学激励形式探索La基非晶合金微观结构非均匀性

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物理学报 2024年第4期73卷 224-234页

作者：张剑郝奇张浪渟乔吉超西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072

非晶合金力学行为与其微观结构非均匀性之间本征关联,是固体力学研究领域至今未能很好解决的重要科学问题之一.单一力学激励形式并不能有效地描述非晶合金微观结构非均匀性,特别是结构与动力学的关联.如何探索非晶合金结构信息,须将诸... 详细信息

非晶合金力学行为与其微观结构非均匀性之间本征关联,是固体力学研究领域至今未能很好解决的重要科学问题之一.单一力学激励形式并不能有效地描述非晶合金微观结构非均匀性,特别是结构与动力学的关联.如何探索非晶合金结构信息,须将诸多因素综合,在不同力学激励下研究非晶合金微观结构非均匀性与变形机理.本研究以La_(62)Cu_(12)Ni_(12)Al_(14)非晶合金为模型体系,利用动态力学分析仪研究非晶合金动态弛豫行为.基于准点缺陷模型,对模型合金体系α弛豫和β弛豫进行了分离.借助于拉伸应变率跳实验,探索非晶合金高温流变行为.确定非晶合金塑性流变过程中弹性、滞弹性以及塑性变形的贡献.本研究从非晶合金动态力学弛豫行为和宏观塑性流变行为出发,尝试揭示微观非均匀性对非晶合金在不同激励形式中缺陷的激活、扩展和融合的物理本质.

关键词：非晶合金微观结构非均匀性动力学弛豫高温变形准点缺陷模型

考虑铸造约束的空间结构节点拓扑优化设计研究

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建筑结构学报 2024年第10期45卷 170-180页

作者：韩文哲王超杜文风余永强徐斌河南理工大学土木工程学院河南大学土木建筑学院西北工业大学力学与土木建筑学院

针对工业化批量生产的高性能可铸造性空间结构节点设计问题，引入集成铸造约束的连续体结构拓扑优化方法，对典型空间结构节点进行了拓扑优化设计研究。建立了多荷载工况下协同考虑铸造约束和材料体积约束的节点域应变能最小化(等价于... 详细信息

针对工业化批量生产的高性能可铸造性空间结构节点设计问题，引入集成铸造约束的连续体结构拓扑优化方法，对典型空间结构节点进行了拓扑优化设计研究。建立了多荷载工况下协同考虑铸造约束和材料体积约束的节点域应变能最小化(等价于节点刚度最大化)优化模型，利用阈值投影技术抑制密度过滤导致的大量中间密度单元以改善设计性能，通过MATLAB实现优化程序。以经典3D四耳板空间结构节点为设计对象，进行了有无铸造约束的空间结构节点拓扑优化对比研究，并分析了不同过滤半径、荷载工况、材料体积以及网格密度对节点优化设计的影响规律。研究结果表明：传统优化设计方法不能确保空间结构节点设计满足铸造工艺要求，引入铸造约束是解决这一难题的必要且可行方法；降低过滤半径和提高材料用量将有助于增强节点设计刚度，细化有限元网格能够改善节点设计质量，但将大幅增加计算成本。

关键词：空间结构节点拓扑优化铸造约束可制造性设计

硫酸盐侵蚀下混杂纤维/橡胶混凝土力学性能及微观结构

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复合材料学报 2024年第4期41卷 2055-2064页

作者：刘雨姗庞建勇安徽理工大学土木建筑学院淮南232001

为研究混杂纤维/橡胶混凝土(HF/RC)的抗硫酸盐侵蚀性能,对比分析硫酸盐环境下干湿循环240次内,普通混凝土(NC)和HF/RC的表观现象、质量损失、超声参数、抗压强度损失等性能指标劣化过程,采用SEM及XRD微观表征手段分析硫酸盐/干湿循环前... 详细信息

为研究混杂纤维/橡胶混凝土(HF/RC)的抗硫酸盐侵蚀性能,对比分析硫酸盐环境下干湿循环240次内,普通混凝土(NC)和HF/RC的表观现象、质量损失、超声参数、抗压强度损失等性能指标劣化过程,采用SEM及XRD微观表征手段分析硫酸盐/干湿循环前后试件微观形貌及物相组成。结果表明:随硫酸盐/干湿循环次数增加,NC、HF/RC试件的质量、抗压强度呈先增后减的趋势,超声参数与抗压强度、耐蚀系数具有密切相关性;侵蚀初期SO_(4)^(2−)与胶凝物质反应填充原生孔隙,基体密实度提高。侵蚀过程胶凝材料不断被消耗,基体在硫酸钠反复结晶的物理侵蚀及硫酸盐化学侵蚀的共同作用下出现空隙和孔洞。但橡胶颗粒和混杂纤维可阻断裂缝扩展继而减缓SO_(4)^(2−)扩散,抑制膨胀性产物生成,延缓结晶应力诱发的表层裂纹发育。硫酸盐侵蚀各阶段HF/RC的劣化程度均优于NC,经240次硫酸盐/干湿循环后,NC、HF/RC的耐蚀系数分别为69.00%、78.87%。

关键词：硫酸盐环境橡胶混凝土玄武岩纤维聚乙烯醇纤维干湿循环微观结构

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叠合板底板弯折钢筋与附加钢筋连接试验研究

力学季刊 2024年第1期45卷 230-238页

作者：刘庆文付光麒李劲杰南昌航空大学土木建筑学院江西南昌330063

为研究边缘叠合板U型钢筋和叠合区域预制底板钢筋弯折高度的影响,进行了1个现浇板和4个叠合板受弯性能试验,对比分析了试验板的裂缝发展、破坏模式、挠度、承载力以及钢筋应变情况.结果表明:配置U型钢筋的叠合板承载能力和变形能力与现... 详细信息

为研究边缘叠合板U型钢筋和叠合区域预制底板钢筋弯折高度的影响,进行了1个现浇板和4个叠合板受弯性能试验,对比分析了试验板的裂缝发展、破坏模式、挠度、承载力以及钢筋应变情况.结果表明:配置U型钢筋的叠合板承载能力和变形能力与现浇板接近,U型钢筋的销栓作用限制了裂缝沿叠合斜面的发展;预制底板钢筋采用90°弯折措施的叠合板在叠合区域根部开裂以后,随着荷载的加大,叠合板的裂缝宽度沿叠合斜面发展很快,不利位置出现在板的叠合斜面处,导致叠合板承载能力和刚度降低;预制底板90°弯折钢筋叠合板在破坏时,叠合斜面根部位置钢筋达到了屈服强度,表明底板钢筋弯折构造措施可以让钢筋充分发挥性能.最后,提出了采用预制底板90°弯折钢筋边缘叠合板的设计建议.

关键词：边缘叠合板弯折钢筋锚固强度受弯性能

纳米MnO_(2)炭基复合材料的制备及吸附去除水中La(Ⅲ)离子性能研究

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安全与环境学报 2024年第6期24卷 2356-2369页

作者：邹成龙吴群徐志威聂发辉华东交通大学土木建筑学院南昌330013

稀土是一种珍贵的战略资源,但其开发冶炼过程会产生大量废水并造成严重的环境污染,因此如何高效吸附去除废水中稀土离子被大量研究。通过共沉淀法将纳米MnO_(2)负载至生物炭(Biochar, BC)表面,得到纳米MnO_(2)炭基复合材料(Nano-MnO_(2)... 详细信息

稀土是一种珍贵的战略资源,但其开发冶炼过程会产生大量废水并造成严重的环境污染,因此如何高效吸附去除废水中稀土离子被大量研究。通过共沉淀法将纳米MnO_(2)负载至生物炭(Biochar, BC)表面,得到纳米MnO_(2)炭基复合材料(Nano-MnO_(2)Carbon Matrix Composites, MBC),并用于吸附去除废水中的La(Ⅲ)离子。研究通过表征分析材料的物理和化学结构变化,考察了应用环境条件对MBC吸附La(Ⅲ)离子性能的影响,在308 K、pH=6.0条件下,0.55 g/L MBC对20 mg/L La(Ⅲ)离子模拟废水进行吸附处理,24 h后吸附效率达到95.65%。吸附动力学、等温线和热力学研究显示,MBC对La(Ⅲ)离子的吸附过程符合拟一级动力学模型和Langmuir模型,为单分子层吸附,最大吸附质量比可达43.49 mg/g;通过D-R模型计算的Es为23.12 kJ/mol,表明吸附过程偏向于化学吸附,且是自发的吸热过程。MBC经5次循环后,吸附性能仍达到初始吸附质量比的79.18%,MBC作为炭基吸附剂用于吸附水中的La(Ⅲ)离子,展现出一定的应用前景。

关键词：环境工程学稀土离子镧生物炭纳米MnO2 吸附

屋顶光伏—土壤源热泵系统在不同气候区分娩猪舍的应用

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农业工程学报 2024年第3期40卷 262-270页

作者：张长兴罗明仙路希正许冲彭冬根山东科技大学土木工程与建筑学院青岛266590 南昌大学工程建设学院南昌330031

可再生能源逐步替代常规能源,是规模化猪场未来的趋势。为了探索土壤源热泵系统(ground-coupled heat pump systems,GCHPs)和附加光伏屋顶(building attached photovoltaic, BAPV)系统在规模化猪场的应用,该研究提出一种屋顶光伏—土壤... 详细信息

可再生能源逐步替代常规能源,是规模化猪场未来的趋势。为了探索土壤源热泵系统(ground-coupled heat pump systems,GCHPs)和附加光伏屋顶(building attached photovoltaic, BAPV)系统在规模化猪场的应用,该研究提出一种屋顶光伏—土壤源热泵系统(building attached photovoltaic-ground-coupled heat pump systems,BAPV-GCHPs)保障某分娩猪舍的冷/热需求,并选择绥化、青岛和重庆分别作为严寒、寒冷和夏热冬冷地区3类典型气候区代表城市,对比了该系统在3类气候区的运行特性,分析了BAPV系统对GCHPs运行性能及综合效益的影响。研究结果表明,3个地区BAPV发电量由大到小依次为:青岛、绥化、重庆;GCHPs耗电量由大到小依次为:绥化、青岛、重庆;绥化、青岛、重庆3个地区的年太阳能分数分别为0.62、0.71、0.53;BAPV系统的加入明显提高了GCHPs的性能系数、一次能源利用率和CO_(2)减排量;3个地区BAPV-GCHPs相对于GCHPs年性能系数分别提高了64.2%、97.6%和39.6%;一次能源利用率分别提升了1.6倍、2.4倍和1.1倍。与GCHPs相比,BAPV-GCHPs可分别减少5.82、6.45和2.17 t CO_(2)排放量。研究结果为该系统在中国不同气候区分娩猪舍的推广应用提供了一定参考。

关键词：热泵系统分娩猪舍性能系数 CO_(2)减排量 BAPV-GCHPs 气候区

界面剂对混凝土-ECC界面粘结性能影响机理研究

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武汉大学学报(工学版) 2024年

作者：汪鹏梁鸿骏万睿武汉大学土木建筑学院

为确保原混凝土(RC)结构与工程水泥基纤维复合材料(ECC)加固体系的良好协同作用，需要保证混凝土与ECC界面充足的粘结强度。本文拟开展不同界面剂对混凝土-ECC界面粘结性能的影响研究，通过直剪试验、核磁共振、纳米压痕、XRD以及SEM测... 详细信息

为确保原混凝土(RC)结构与工程水泥基纤维复合材料(ECC)加固体系的良好协同作用，需要保证混凝土与ECC界面充足的粘结强度。本文拟开展不同界面剂对混凝土-ECC界面粘结性能的影响研究，通过直剪试验、核磁共振、纳米压痕、XRD以及SEM测试，分别从宏观和微观层面揭示界面剂对粘结性能、孔隙填充效果、弹性模量和微观形貌的影响规律。结果表明：较无界面剂试件，增强最为显著的界面剂为精砼混凝土增强剂，其作用下试件的抗剪强度、剪切刚度和剪切断裂能分别提高了70.8%、56.4%和55.3%；其次为环氧乳液、YJ-302新老混凝土界面剂和固威混凝土增强剂；而永安固、富勒烯和蒙泰伟混凝土增强剂以及DPS永凝液则对界面粘结性能有所减弱。精砼和固威混凝土增强剂的增强机理是通过向混凝土、ECC双面渗透，与混凝土、ECC中的Ca(OH)2反应生成沉淀物质和凝胶，有效填补界面附近区域孔隙，使结构更加密实，并可增强界面附近区域微观力学性能；环氧乳液、YJ-302新老混凝土界面剂主要通过自身化学粘结力，将混凝土层与ECC层粘在一起；永安固、富勒烯和蒙泰伟混凝土增强剂以及DPS永凝液涂抹后在界面产生光滑透明薄膜，减小了界面粗糙度。

关键词：界面剂混凝土-ECC界面粘结性能混凝土增强剂微观性能

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双向斜置波纹钢板剪力墙抗震性能试验研究

地震工程学报 2024年

作者：张震杨涛春李宜蔚林明强谢群济南大学土木建筑学院

为解决平钢板剪力墙易产生面外屈曲的问题,提出一种具备自防面外屈曲性能的新型双向斜置波纹钢板剪力墙(CCSPW)。为研究波纹角度对其抗震性能的影响,设计制作3个1/3缩尺CCSPW试件,通过MTS加载系统开展试验研究,同时分析在低周反复荷载... 详细信息

为解决平钢板剪力墙易产生面外屈曲的问题,提出一种具备自防面外屈曲性能的新型双向斜置波纹钢板剪力墙(CCSPW)。为研究波纹角度对其抗震性能的影响,设计制作3个1/3缩尺CCSPW试件,通过MTS加载系统开展试验研究,同时分析在低周反复荷载作用下的初始刚度、承载力、破坏过程与破坏形式、耗能能力以及延性等抗震性能指标。研究表明:在低周反复荷载作用下,CCSPW可较好地防止面外鼓曲现象,并有良好的侧向承载能力;双向斜向布置的波纹钢板一拉一压共同受力,有效提高试件的初始刚度;其中,斜置角度为45°的CCSPW试件的承载力比其他两个试件分别提高了5.5%与10%,且延性系数最大,延性最好;斜置角度为60°的CCSPW试件的初始刚度和等效黏滞阻尼系数最大,与其他两个试件相比其等效黏滞阻尼系数提高了2%～5%,且耗能能力较为优异。

关键词：波纹钢板抗震性能承载力耗能能力试验研究