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单层MoSSe力学性质的分子动力学模拟研究

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物理学报 2023年第4期72卷 201-213页

作者：张宇航李孝宝詹春晓王美芹浦玉学合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009

硫硒化钼(MoSSe)是一种新型二维“双面神”半导体材料,具有丰富的物理、化学、力学与电学性质.本文基于Stillinger-Weber势函数,采用分子动力学模拟方法对不同温度下的完美和含晶界MoSSe单层结构展开详细的力学行为分析.结果表明:完美单... 详细信息

硫硒化钼(MoSSe)是一种新型二维“双面神”半导体材料,具有丰富的物理、化学、力学与电学性质.本文基于Stillinger-Weber势函数,采用分子动力学模拟方法对不同温度下的完美和含晶界MoSSe单层结构展开详细的力学行为分析.结果表明:完美单层MoSSe结构的力学性能呈现明显的各向异性;在单向拉伸作用下,其杨氏模量、强度极限和极限应变均随温度的升高而降低;当温度低于100 K时,沿锯齿形手性方向受拉伸作用的单层MoSSe结构发生由六环蜂窝相向四方相的相变,新四方相的杨氏模量约为原相结构的1.3倍且强度显著提升;当温度高于100 K时,沿锯齿形手性方向拉伸呈现脆性断裂;含晶界单层MoSSe结构受拉伸作用首先在晶界处产生裂缝,并逐步扩展至整个结构后断裂.锯齿形偏向晶界结构的强度随倾斜角度的增大而降低,扶手椅形偏向晶界结构也呈下降趋势.本研究对基于单层MoSSe的电子器件的强度设计和性能优化具有重要指导意义.

关键词： “双面神”MoSSe 力学性质晶界分子动力学

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结构的鲁棒性、冗余度和易损性

哈尔滨工业大学学报 2018年第9期50卷 1-10页

作者：任伟新靳启文合肥工业大学土木与水利工程学院

为进一步完善结构的鲁棒性、冗余度和易损性相关分析方法,更加准确地获取土木结构的抗力与外力关系,进而优化补强其薄弱易损部位,以减少结构因抗力不足而引发的损伤甚至是安全事故及其所造成的损失.通过综述结构的鲁棒性、冗余度和易损... 详细信息

为进一步完善结构的鲁棒性、冗余度和易损性相关分析方法,更加准确地获取土木结构的抗力与外力关系,进而优化补强其薄弱易损部位,以减少结构因抗力不足而引发的损伤甚至是安全事故及其所造成的损失.通过综述结构的鲁棒性、冗余度和易损性分析研究进展,类比不同评价指标的表达形式,从而指出结构的鲁棒性、冗余度和易损性分析的本质含义,提出结构的鲁棒性、冗余度和易损性分析应变能评价指标,并据此对结构的鲁棒性、冗余度和易损性分析之间的关系以及基本影响因素展开研究.结果表明:结构的鲁棒性、冗余度和易损性源于不同时期、不同领域,已有文献大多是基于对其含义的不同程度理解,其评价指标也大多具有主观性、相互关联且计算较为复杂,也尚未提出可广泛接受的分析方法;结构的鲁棒性、冗余度和易损性本质均是反映结构特别是损伤结构抵抗外力作用的能力,其中结构鲁棒性、冗余度侧重结构在外力作用下安全储备或剩余容许能力,结构易损性则更直观反映了结构在外力作用下的破坏程度;结构的鲁棒性、冗余度评价指标具有相似的表达形式,并与易损性呈反比例变化;可通过提高结构构件的材料强度及截面尺寸、增加杆端约束、优化荷载路径等措施增强和提高结构的鲁棒性、冗余度,即降低结构的易损性,进而减少结构损伤甚至是安全事故及其所造成的损失.

关键词：结构安全鲁棒性冗余度易损性应变能

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SSI体系框筒结构高层建筑地震能量响应

哈尔滨工业大学学报 2019年第12期51卷 63-70页

作者：沈超钱德玲张恒源合肥工业大学土木与水利工程学院

为研究土体-结构动力相互作用(SSI,soil-structure interaction)体系高层建筑结构地震能量响应,选用某框筒结构高层建筑研究模拟对象,结合动力相似Buckinghamπ定理和强度、刚度等效原则,设计了固定基础(FB,fix-based)和SSI两种体系振... 详细信息

为研究土体-结构动力相互作用(SSI,soil-structure interaction)体系高层建筑结构地震能量响应,选用某框筒结构高层建筑研究模拟对象,结合动力相似Buckinghamπ定理和强度、刚度等效原则,设计了固定基础(FB,fix-based)和SSI两种体系振动台试验模型.研究了振动台试验原始数据预处理方法、多自由度体系能量方程以及试验模型上部结构参数矩阵计算方法.通过对比不同烈度模拟地震作用下,FB和SSI试验模型上部结构的动能、弹性应变能、阻尼耗能、滞回耗能以及土体耗能差异,分析了土体对上部结构动力特性和能量响应的影响.研究结果表明,相同地震波作用下,SSI体系上部结构各项能量响应均小于FB体系.土体阻尼耗能率随地震烈度的增大而减小.土体能够改变上部结构的动力特性和能量响应程度,但无法改变能量响应沿楼层高度的分布趋势.

关键词：振动台试验动力相互作用体系框筒结构高层建筑能量响应

基于贝叶斯功率谱变量分离方法的实桥模态参数识别

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工程力学 2019年第10期36卷 212-222页

作者：秦超颜王吉孙倩任伟新合肥工业大学土木与水利工程学院

工程结构参数识别不可避免地受到测试噪声和模型不确定性的影响,因此在模态参数识别过程中引入贝叶斯方法进行不确定性量化,具有较为重要的意义。通过对自功率谱和互功率谱的统计特性进行分析表明,功率谱迹(自功率谱之和)的概率密度函... 详细信息

工程结构参数识别不可避免地受到测试噪声和模型不确定性的影响,因此在模态参数识别过程中引入贝叶斯方法进行不确定性量化,具有较为重要的意义。通过对自功率谱和互功率谱的统计特性进行分析表明,功率谱迹(自功率谱之和)的概率密度函数与振型无关,因此可以实现振型参数与其它参数(频率、阻尼比、模态激励和预测误差等)的分离。以此变量分离原理为依据,可以实现"两阶段贝叶斯参数识别方法"进行模态参数的快速识别。该文基于西宁北川河钢管混凝土拱桥环境激励振动测试数据,对该方法的有效性和准确性进行了验证,通过功率谱迹驱动的贝叶斯方法识别出了频率、阻尼比、模态激励和预测误差等参数的最优值和不确定性,然后基于功率谱矩阵驱动的贝叶斯方法识别出了振型的最优值和不确定性,并将该文方法识别的结果与不同方法进行了对比。实桥模态分析表明,该方法解决了传统贝叶斯功率谱方法进行模态参数不确定性量化存在计算耗时及矩阵病态等问题,且能够有效地量化大型土木工程结构模态参数识别的不确定性。最后,该文对频带宽度进行了分析,揭示了该文方法识别的预测误差受频带影响较为明显。

关键词：贝叶斯推理模态分析变量分离不确定性桥梁工程

水库运行期岸坡消落带红砂岩抗剪与抗压强度劣化机制

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岩土工程学报 2019年第7期41卷 1217-1226页

作者：张振华王野合肥工业大学土木与水利工程学院

目前在水库运行期岸坡消落带环境条件模拟方面,对消落带岩石在库水位周期性升降条件下宏观强度劣化规律进行研究时,主要侧重于“湿干”交替作用环境条件的单一模拟,鲜见对水库运行期岸坡消落带岩石所处的岸坡应力、“湿干”交替和库水... 详细信息

目前在水库运行期岸坡消落带环境条件模拟方面,对消落带岩石在库水位周期性升降条件下宏观强度劣化规律进行研究时,主要侧重于“湿干”交替作用环境条件的单一模拟,鲜见对水库运行期岸坡消落带岩石所处的岸坡应力、“湿干”交替和库水渗透综合作用的真实环境条件进行模拟。自主研发了能模拟岸坡应力、“湿干”交替和库水渗透综合作用环境的水库岸坡消落带软岩三轴试验系统,以三峡库区马家沟滑坡红砂岩为研究对象,开展红砂岩的单轴、三轴压缩试验,并分析了岩石试样的破坏模式;同时,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等测试方法,获得红砂岩的微细观结构和黏土矿物成分随“湿干”交替作用次数增加的变化规律。研究结果表明:红砂岩的峰值抗压强度随“湿干”交替作用次数增加逐渐劣化,其中前4次“湿干”交替过程中,峰值抗压强度劣化幅度较大;第6~8次“湿干”交替过程中,劣化幅度逐渐减小。随“湿干”交替作用次数的增加,红砂岩的黏聚力也逐渐下降,第1~4次“湿干”交替过程中,黏聚力的下降幅度较大;第6~8次“湿干”交替过程中,黏聚力的下降幅度明显减小。随“湿干”交替作用次数的增加,红砂岩的内摩擦角有所降低,但变化规律不明显。红砂岩中的黏土矿物因水化反应产生不均匀膨胀、收缩,导致碎屑矿物颗粒之间的胶结作用遭到一定程度的弱化,在宏观上表现为抗剪强度、抗拉强度的劣化;抗剪强度、抗拉强度的劣化使得红砂岩在轴向荷载的作用下更容易发生破坏,是导致峰值抗压强度发生劣化的直接原因,而红砂岩中胶结物胶结作用的变弱是红砂岩峰值抗压强度发生劣化的根本原因;同时,渗透压对峰值抗压强度、抗剪强度的劣化具有一定程度的促进作用。研究成果可为水库运行期岸坡稳定性动态分析与评价提供科学的依据。

关键词： “湿干”交替红砂岩强度劣化

EEMD修正爆破加速度零漂信号中的最优白噪声系数

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爆炸与冲击 2019年第8期39卷 145-155页

作者：王志亮陈贵豪黄佑鹏合肥工业大学土木与水利工程学院

为了有效降低振动信号误差以提高数据的可信度,先针对花岗岩爆破试验中的加速度零漂信号,使用集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)与高低频处理相结合的方法进行修正;接着,根据信号冲击响应谱提出表征修正前... 详细信息

为了有效降低振动信号误差以提高数据的可信度,先针对花岗岩爆破试验中的加速度零漂信号,使用集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)与高低频处理相结合的方法进行修正;接着,根据信号冲击响应谱提出表征修正前后频域平均偏差幅度的修正指数;最后,基于频域和时域分别讨论了不同白噪声系数范围内信号的修正效果。分析表明:EEMD方法能够有效地消除爆破加速度信号的零漂现象,但对积分后速度信号的零漂趋势改善有限;随着白噪声系数增大,不同频段上修正指数均不同程度地增大,二者呈现幂指数关系;根据不同频段上的修正指数分析,可以确定不同零漂加速度信号对应的最优白噪声系数范围。本文提出的修正指数可为EEMD方法处理加速度零漂信号时白噪声系数的合理选取提供参考。

关键词：爆破信号零漂 EEMD 白噪声系数冲击响应谱修正指数

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基于响应传递比的桥梁结构工作模态参数识别

工程力学 2017年第11期34卷 194-201页

作者：孙倩颜王吉任伟新合肥工业大学土木与水利工程学院

响应传递比在系统极点处与输入无关,并且等于振型比。基于这一独特性质,可以融合多个激励工况下的测试值构建传递比矩阵,并通过奇异值分解技术快速判断出系统的极点,进而根据传递比向量直接估算出振型向量。为了研究该方法在土木工程结... 详细信息

响应传递比在系统极点处与输入无关,并且等于振型比。基于这一独特性质,可以融合多个激励工况下的测试值构建传递比矩阵,并通过奇异值分解技术快速判断出系统的极点,进而根据传递比向量直接估算出振型向量。为了研究该方法在土木工程结构的工作模态参数识别中的应用,首先通过数值算例验证了响应传递比方法可以有效剔除谐波输入引起的虚假模态。此外,通过一环境激励下实桥的振动试验对该方法进行验证,并与有限元方法和随机子空间法结果进行了对比。结果表明,响应传递比方法能够有效地运用于环境激励下桥梁结构的模态参数识别。

关键词：模态分析传递比环境振动功率谱估计桥梁工程

损伤可控的含减震外挂墙板RC框架结构抗震性能分析

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工程力学 2019年第10期36卷 144-151页

作者：蒋庆王瀚钦冯玉龙种迅合肥工业大学土木与水利工程学院

预制混凝土外挂墙板作为一种高性能外围护构件在装配式建筑中得到广泛应用。为利用外挂墙板与主体结构之间的相对变形,提出在外挂墙板上部和下部分别采用钢筋线连接和U型耗能器(USD)的连接方式,形成含减震外挂墙板RC框架(F-USD)结构;进... 详细信息

预制混凝土外挂墙板作为一种高性能外围护构件在装配式建筑中得到广泛应用。为利用外挂墙板与主体结构之间的相对变形,提出在外挂墙板上部和下部分别采用钢筋线连接和U型耗能器(USD)的连接方式,形成含减震外挂墙板RC框架(F-USD)结构;进一步,在结构中加入摇摆墙,形成损伤可控的F-USD结构(F-USDRW)。基于校准的数值模型,进行了动力时程分析,对比了外挂墙板RC框架、F-USD和F-USDRW罕遇地震下USD耗能和结构响应。结果表明:提出的含USD外挂墙板可以实现减震目标;在F-USD中,各层USD耗能分布不均匀,某些楼层USD甚至不屈服;在F-USDRW中,摇摆墙可以有效地控制结构层间剪力和位移分布,各层USD均能够进入塑性阶段,提高了耗能的效率和能力,更有效地降低了结构位移响应和残余变形。

关键词：外挂墙板 U型耗能器摇摆墙动力时程分析抗震性能

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不同冲击荷载下花岗岩力学和能量耗散特性

哈尔滨工业大学学报 2020年第2期52卷 67-74页

作者：贾帅龙王志亮巫绪涛黄佑鹏合肥工业大学土木与水利工程学院

为探究不同冲击荷载条件下花岗岩的动力学特性,采用分离式霍普金森压杆分别对花岗岩试样进行单次和重复冲击荷载试验,并对试样的应力-应变响应、应变率曲线特征、能量耗散特性以及破坏形态进行综合分析.结果表明:单次冲击下,试样动态抗... 详细信息

为探究不同冲击荷载条件下花岗岩的动力学特性,采用分离式霍普金森压杆分别对花岗岩试样进行单次和重复冲击荷载试验,并对试样的应力-应变响应、应变率曲线特征、能量耗散特性以及破坏形态进行综合分析.结果表明:单次冲击下,试样动态抗压强度与比能量呈现对数函数关系,试样破坏程度随着比能量的增加而逐渐增大;随着入射波峰值应力的增加,应力-应变曲线峰后段的回弹现象逐渐减弱,应变率曲线呈现出愈加明显的“双峰”特征,其第2波峰逐渐高于第1波峰.重复冲击作用下,当试样未破坏时,应力-应变曲线基本经历弹性加载、损伤演化和峰后回弹3个阶段,当试样经历最后一次冲击时,应力-应变曲线峰后段形状与试样的破坏程度有关.此外,试样破坏时的累积比能量越大,其破坏越严重,应变率曲线由“单峰”逐渐向“双峰”过渡.

关键词：花岗岩冲击荷载力学特性应变率能量耗散破坏形态