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深部大理岩真三轴力学特性离散元和有限差分耦合分析

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爆炸与冲击 2024年第7期44卷 124-136页

作者：王志亮余浪浪合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为了研究深部大理岩的动态力学特性,首先基于离散元PFC(particle flow code)和有限差分FLAC(fast Lagrangian analysis of continua)耦合法,对大理岩的细观参数进行标定。接着,对三维分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,S... 详细信息

为了研究深部大理岩的动态力学特性,首先基于离散元PFC(particle flow code)和有限差分FLAC(fast Lagrangian analysis of continua)耦合法,对大理岩的细观参数进行标定。接着,对三维分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)冲击模拟中的动态应力平衡条件及均匀性假设进行数值验证。最后,对真三轴应力环境下大理岩的应力-应变响应、破碎特征及能量演化机理等问题进行深入分析。结果表明:基于PFC-FLAC耦合理论的真三轴SHPB试验数值结果满足应力均匀性假设,模拟得到的应力-应变曲线与室内试验数据高度一致。峰值应力、峰值应变随着冲击方向上预压(下称“轴向压力”)的增大呈下降趋势。在轴向压力相同时,试样峰值应力增幅随入射应力的提高逐渐变小;当入射应力固定时,轴向压力对试样峰值应力有削弱作用,垂直于冲击方向的侧压则会提升试样的抗压强度。加载过程中声发射事件爆发期整体上发生在应力峰后段,并在此阶段试样内形成较明显的宏观破碎带。在真三轴动态压缩下,大理岩试样主要以拉伸裂纹居多,在总裂纹数中占比超过80%。试样从加载至破坏的过程伴随有能量的变化,达到应力峰值点时试样的应变储能达到极限,之后转化为以耗散能为主、颗粒动能等为辅的能量形式。

关键词：深部大理岩真三轴条件力学特性破碎形态耦合分析

循环冲击下大理岩的损伤力学行为及能量耗散特性

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爆炸与冲击 2024年第4期44卷 47-59页

作者：王志亮汪大为汪书敏巫绪涛合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为了研究循环冲击荷载作用下大理岩的动态力学行为和能量耗散特性,首先采用分离式霍普金森压杆,通过试冲法确定出5种代表性的入射子弹速度,据此完成了大理岩试样的等幅循环冲击试验,并对试样的应力均匀性进行了检验。接着,从应变率时程... 详细信息

为了研究循环冲击荷载作用下大理岩的动态力学行为和能量耗散特性,首先采用分离式霍普金森压杆,通过试冲法确定出5种代表性的入射子弹速度,据此完成了大理岩试样的等幅循环冲击试验,并对试样的应力均匀性进行了检验。接着,从应变率时程曲线、应力-应变关系、冲击次数和能量耗散特性等方面对测试数据进行了系统分析。最后,基于能量演化定义损伤变量,探讨了能量耗散与岩样损伤发展之间的关联机制。结果表明:试样应变率时程曲线在低弹速下会出现变化率恒定的平台段,应力-应变曲线在峰后阶段均产生一定的回弹;随着循环次数的增加,试样峰值应力总体减小,而峰值应变、平均应变率和累积比能量吸收值则变化趋势相反,且在临近破坏或开裂前其变化速率呈现突增现象;峰值应力与平均应变率存在明显的线性关系,弹性模量随平均应变率的变化整体上符合指数衰减规律;试样的耗散比能与平均应变率之间呈线性正相关,基于能量耗散定义的损伤变量可以较好地表征该大理岩试样动载下的损伤破坏过程。

关键词：大理岩循环冲击动力学特性能量耗散损伤演化

面向人机共驾模式下驾驶人接管过程的视觉转移特性研究

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汽车工程 2024年第5期46卷 795-804页

作者：李梦凡冯忠祥张卫华李靖宇合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230000 合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230000

当在L3级自动驾驶系统操作期间,驾驶人无须时刻监管车辆,往往会处于脱离驾驶任务的状态,并可能从事各种与驾驶无关的任务。当自动驾驶系统遇到突发状况并发出接管请求时,驾驶人是否能安全及时地进行人机交互操作并顺利接管车辆是目前L3... 详细信息

当在L3级自动驾驶系统操作期间,驾驶人无须时刻监管车辆,往往会处于脱离驾驶任务的状态,并可能从事各种与驾驶无关的任务。当自动驾驶系统遇到突发状况并发出接管请求时,驾驶人是否能安全及时地进行人机交互操作并顺利接管车辆是目前L3级自动驾驶所面临的重要问题。本文针对驾驶人接管操作过程,根据道路线形的差异性,设计了5种不同道路场景进行L3级自动驾驶接管试验,分析了驾驶人在不同道路场景下的注视熵,构建了驾驶人接管行为的马尔可夫链注视模型,探讨了自动驾驶人机交互过程中驾驶人的视觉转移特性。结果表明,驾驶人在接管操作期间表现出明显的注视行为规律,重点关注道路前方、次任务区域和人机交互区域。随着道路曲率半径的减小,驾驶人的视觉特性呈现出明显的变化,对道路前方和右侧区域的关注增加,而对次任务区域的关注减少。结果可为自动驾驶人机界面的优化研究提供科学依据,从而提高驾驶员接管绩效和驾驶安全。

关键词：自动驾驶人机交互人机接管注视特性马尔可夫链

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诱导轮对高速液氧泵空化流场影响研究

振动与冲击 2024年第8期43卷 280-286页

作者：窦唯蒋文山李超群高永新姚程北京航天动力研究所北京100076 合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009

高抗空化诱导轮可以改善液氧泵的空化特性,提高大推力火箭的可靠性。基于计算流体力学方法,建立了高速液氧泵的流动仿真模型,通过三组试验工况验证了模型准确性,研究了诱导轮叶片数对液氧泵性能和空化特性的影响。结果表明:使用诱导轮... 详细信息

高抗空化诱导轮可以改善液氧泵的空化特性,提高大推力火箭的可靠性。基于计算流体力学方法,建立了高速液氧泵的流动仿真模型,通过三组试验工况验证了模型准确性,研究了诱导轮叶片数对液氧泵性能和空化特性的影响。结果表明:使用诱导轮可以减小离心轮空化面积,代偿离心轮的汽蚀,提高液氧泵扬程;在入口流量和出口压力不变的条件下,增加诱导轮叶片数,液氧泵的效率增加,扬程降低,离心轮空化面积增加,诱导轮代偿离心轮汽蚀能力削弱。综合考虑液氧泵性能参数和空化特性,三叶片诱导轮能够满足大推力液体火箭的高可靠性要求。

关键词：高速液氧泵诱导轮空化特性数值模拟

可对角化矩阵特征值分解扰动问题的快速求解方法

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第7期51卷 119-126页

作者：胡志祥杨其东黄潇贺文宇合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601

针对特征值扰动计算的传统方法收敛速度慢的问题,提出了一种求解特征值扰动问题的快速迭代算法.首先,通过矩阵变换将初始矩阵的特征值扰动问题转化为对角矩阵的特征值扰动问题.然后,提出了一种快速迭代算法求解扰动参数,同时对算法的收... 详细信息

针对特征值扰动计算的传统方法收敛速度慢的问题,提出了一种求解特征值扰动问题的快速迭代算法.首先,通过矩阵变换将初始矩阵的特征值扰动问题转化为对角矩阵的特征值扰动问题.然后,提出了一种快速迭代算法求解扰动参数,同时对算法的收敛性进行分析,并将其与基于摄动级数展开法导出的方法进行对比.再次,采用逐一求解特征值并进行矩阵降阶的策略,有效降低运算量.最后,通过2个算例分别展示算法的计算过程及其在结构模态参数追踪方面的应用效果.

关键词：特征值分解特征值扰动摄动级数展开法可对角化矩阵收敛性分析

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考虑表面效应的压电半导体梁的静态屈曲行为研究

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应用数学和力学 2024年第10期45卷 1300-1312页

作者：詹春晓李孝宝王美芹合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009

鉴于表面效应和挠曲电效应对纳米材料或结构的力学行为具有显著影响,以纳米尺度压电半导体(PS)梁为研究对象,根据Hamilton变分原理,推导建立了考虑Steigmann-Ogden表面弹性效应和挠曲电效应的Euler-Bernoulli梁理论模型和相应的边界条件... 详细信息

鉴于表面效应和挠曲电效应对纳米材料或结构的力学行为具有显著影响,以纳米尺度压电半导体(PS)梁为研究对象,根据Hamilton变分原理,推导建立了考虑Steigmann-Ogden表面弹性效应和挠曲电效应的Euler-Bernoulli梁理论模型和相应的边界条件.结合电荷守恒方程和线性漂移扩散方程,研究了该梁结构的静态屈曲行为,得到了短路和开路条件下梁结构的等效弹性常数和屈曲临界压力的解析解.详细分析了表面效应、尺寸效应、挠曲电效应以及载流子屏蔽效应等因素对梁结构的等效弹性常数的影响规律和作用机制.该文的研究结果对基于纳米压电半导体梁结构电子器件的设计和应用具有指导作用.

关键词：压电半导体梁屈曲表面效应挠曲电效应

环口板加强带脱空缺陷的钢管混凝土T型节点滞回性能试验研究

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工程力学 2024年第6期41卷 105-117页

作者：戴佩家廖飞宇王静峰张伟杰李艳飞福建农林大学交通与土木工程学院福建福州350002 合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为研究环口板加强带脱空缺陷的钢管混凝土T型节点的抗震性能,完成了12根节点试件在主管受恒定轴拉力与支管受轴向往复荷载作用下的滞回试验,基于试件破坏模式、荷载-位移滞回关系和应变发展考察了采用环口板加强带脱空缺陷T型节点试件... 详细信息

为研究环口板加强带脱空缺陷的钢管混凝土T型节点的抗震性能,完成了12根节点试件在主管受恒定轴拉力与支管受轴向往复荷载作用下的滞回试验,基于试件破坏模式、荷载-位移滞回关系和应变发展考察了采用环口板加强带脱空缺陷T型节点试件的效果,并对比分析支主管直径比和主管径厚比对试件加强效果的影响。试验结果表明:采用环口板加强T型节点有效抑制了脱空缺陷导致的主管塑性变形,并实现带缺陷T型节点承载力、刚度、延性和耗能能力的完全恢复,甚至优于相应的无脱空试件,其中加强试件的承载力较带脱空缺陷试件提升12.6%以上,较无脱空试件提升6.5%以上,表明经合理设计的环口板加强措施能够弥补脱空缺陷对节点抗震性能的不利影响。

关键词：钢管混凝土T型节点球冠形脱空缺陷环口板加强滞回试验耗能

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一种创新的桥梁涡振可靠性分析元建模方法

应用基础与工程科学学报 2024年

作者：邵亚会赵德胜翟奥博郅伦海朱国树合肥工业大学土木与水利工程学院

大跨度Π形梁桥易受涡激振动(VIV)影响，导致结构疲劳和行车舒适性降低。本研究针对这一问题，对涡振可靠性评估进行了深入研究，这是Π形梁桥设计的重要环节。现有的涡振可靠性评估方法面临多个失效域、难以获得接近极限状态面的样本... 详细信息

大跨度Π形梁桥易受涡激振动(VIV)影响，导致结构疲劳和行车舒适性降低。本研究针对这一问题，对涡振可靠性评估进行了深入研究，这是Π形梁桥设计的重要环节。现有的涡振可靠性评估方法面临多个失效域、难以获得接近极限状态面的样本、高维非线性和隐式问题等挑战。为解决这些问题，本研究提出了一种基于桥梁涡振参数经验分布的方法，考虑了桥梁材料特性、几何参数等随机变量。该方法使用径向基函数(RBF)替代复杂的有限元模型分析，并结合遗传算法(GA)采样策略进行优化，初步建立了涡振可靠性元模型。然后，使用基于距离限制的K-means算法找到最接近的失效点(CFPs)作为重要性采样(IS)的中心；使用双隐含层的反向传播(BP)神经网络模型以及GA采样进行元模型重构，以较少的样本数构建逼近涡振失稳的极限状态面的元模型，计算桥梁涡振失效概率。本研究选取了一个具有多种失效模式和非线性功能函数的二维可靠度分析问题作为验证模型。经过RBF-GA-BP-IS处理，成功识别出CFPs，使得后续添加的样本点更接近真实的极限状态面，计算的失效概率与解析解误差仅0.07%。在高维桥梁涡振可靠性评估中，由于涡振可靠性维度较高，本文的方法可以在元模型基础上重新选择CFPs进行重要性抽样，保证了桥梁涡振失效概率的精度，经过RBF-GA-(BP-IS)2处理，失效概率与对比解误差仅1.74%。

关键词：涡振可靠度遗传算法重要性采样多种失效模式

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结构振动信号盲源分离的快速复杂度追踪算法

振动工程学报 2024年

作者：胡志祥黄磊贺文宇合肥工业大学土木与水利工程学院

盲源分离（BSS）理论可用于分离出结构振动信号中的各阶模态坐标振动，而复杂度追踪（CP）是求解盲源分离问题的经典方法之一。为提高复杂度追踪算法的计算效率，本文进行了两方面改进：采用高斯分布的负对数函数这—非线性函数估计信... 详细信息

盲源分离（BSS）理论可用于分离出结构振动信号中的各阶模态坐标振动，而复杂度追踪（CP）是求解盲源分离问题的经典方法之一。为提高复杂度追踪算法的计算效率，本文进行了两方面改进：采用高斯分布的负对数函数这—非线性函数估计信号复杂度，并推导出可快速计算信号复杂度及其梯度的计算公式；采用基于子空间搜索的梯度下降算法，在降维后的子空间中计算最优解混向量。新公式在计算复杂度及其梯度时只需采用混合信号的协方差矩阵和时延协方差矩阵，而无需使用全部信号数据。利用数值算例和框架振动数据对所提方法进行了研究，结果表明快速复杂度追踪算法在计算效率方面高于传统方法，并且能正确地分离出结构模态坐标振动。

关键词：盲源分离模态参数识别复杂度追踪梯度下降子空间搜索