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基于图像识别仿生木纹的三维打印路径规划方法

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第2期52卷 268-275页

作者：于颖白捷仁李帅帅李思齐王玉同济大学机械与能源工程学院上海201804 同济大学中德工程学院上海201804

针对传统三维打印采用的诸如网格、三角等均匀同构介观结构填充存在结构效率低、与承载零件应力场不协调等问题,受自然生长的木纹可提高木材整体性能的启发,提出基于图像识别仿生木纹的三维打印路径规划方法,旨在借鉴木材的纤维排布以... 详细信息

针对传统三维打印采用的诸如网格、三角等均匀同构介观结构填充存在结构效率低、与承载零件应力场不协调等问题,受自然生长的木纹可提高木材整体性能的启发,提出基于图像识别仿生木纹的三维打印路径规划方法,旨在借鉴木材的纤维排布以改善零件的机械性能。通过木材铣削分层,依次提取各层图像木纹并生成对应打印路径,并逐层打印出仿生木纹试件。拉伸试验结果表明:相比同质量的网格填充、三角填充、直线填充三种传统均匀同构填充试件,基于仿生木纹的非均匀异构打印试件最大拉伸载荷分别提高了115.03%、72.89%、64.39%,证明了基于仿生木纹的非均匀介观填充结构能够显著提高打印件拉伸强度。

关键词：仿生木纹介观结构图像识别路径规划三维打印

结合电子束辐照与压电压力波法空间电荷分布实时测量的空间电荷包迁移行为的研究

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物理学报 2024年第2期73卷 278-286页

作者：潘佳萍张冶文李俊吕天华郑飞虎同济大学电子与信息工程学院上海201804

空间电荷包现象是一种特殊的空间电荷现象,具体表现为空间电荷以包的形态沿着极化电场的方向进行迁移.目前针对空间电荷包现象的研究还存在一些不足,研究的对象通常集中在聚乙烯及其交联产物中的正极性空间电荷包.本文提出了一套用于负... 详细信息

空间电荷包现象是一种特殊的空间电荷现象,具体表现为空间电荷以包的形态沿着极化电场的方向进行迁移.目前针对空间电荷包现象的研究还存在一些不足,研究的对象通常集中在聚乙烯及其交联产物中的正极性空间电荷包.本文提出了一套用于负极性空间电荷包特性研究的一体化实验系统,可进行电子束辐照与压电压力波法空间电荷分布实时测量相结合的实验研究,并简要介绍了该系统的结构与功能.该系统适用于不同厚度范围的各类绝缘电介质样品在不同电场下的实验研究.本文使用该实验系统初步研究了在不同外加电场(15,20,2.5,30 kV/mm)下聚丙烯与聚甲基丙烯酸甲酯样品内负极性空间电荷包的迁移行为,并从实验结果中提取了负极性载流子;(电子)的迁移特性.聚丙烯与聚甲基丙烯酸甲酯样品中电子的迁移速率均存在随着电场的增加而减小的负微分迁移率现象,聚丙烯中该现象出现的阈值电场约为26.0 kV/mm,聚甲基丙烯酸甲酯中该现象出现的阈值电场约为19.5 kV/mm,消失的截止电场约为27.5 kV/mm.

关键词：绝缘聚合物空间电荷包电子束辐照载流子迁移率

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近距离爆炸作用下工字形截面钢柱荷载分布与动态响应数值模拟研究

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建筑结构学报 2024年第1期45卷 12-26页

作者：肖伟芳陈思琦赵宪忠同济大学土木工程学院

作为钢结构中主要承重构件的钢柱，其在近距离爆炸作用下的荷载分布和动态响应，尤其是入射角对钢柱爆炸荷载和动态响应的影响规律等方面研究较为匮乏。为此，采用LS-DYNA有限元分析软件，研究近距离爆炸作用下工字形截面钢柱在不同入... 详细信息

作为钢结构中主要承重构件的钢柱，其在近距离爆炸作用下的荷载分布和动态响应，尤其是入射角对钢柱爆炸荷载和动态响应的影响规律等方面研究较为匮乏。为此，采用LS-DYNA有限元分析软件，研究近距离爆炸作用下工字形截面钢柱在不同入射角下的爆炸荷载分布和动态响应。结果表明：当冲击波加载于钢柱截面强轴时，翼缘板爆炸荷载受稀疏波效应影响显著，与无限大反射面的相比，其反射冲量下降10%～50%;近距离爆炸工况下稀疏波传播速度远大于现行抗爆设计规范中所假设的环境声速，表明环境声速假设在近距离爆炸工况下并不适用；在弱轴加载工况下，稀疏波效应并不明显，由于冲击波在截面内发生多次反射，延长了其正相持时，因而腹板上的峰值冲量反而高于无限大反射面条件下的峰值冲量；当入射角小于同时通过迎爆侧翼缘板边缘点与工字形截面形心的入射角时，冲击波的主要作用区域为两翼缘板与腹板所围内凹区域，其爆炸荷载和腹板局部变形在入射角为30°时达到最大值，两个半翼缘板呈向外张开态势，且张开幅度随入射角的增大而减小；而当入射角大于同时通过迎爆侧翼缘板边缘点与工字形截面形心的入射角时，冲击波则主要作用于迎爆侧翼缘板，其爆炸荷载和整体挠度在入射角为90°时达到最大值，两个半翼缘板向内闭合，且闭合幅度随入射角的增大而增大。

关键词：工字形截面钢柱近距离爆炸爆炸荷载数值模拟变形模式入射角稀疏波效应

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柱形装药空中运动爆炸冲击波荷载计算模型

爆炸与冲击 2024年第7期44卷 105-123页

作者：王明涛程月华吴昊同济大学土木工程学院上海200092

为预测战斗部的爆炸威力,对柱形装药运动爆炸的入射和反射冲击波峰值超压和最大冲量开展数值仿真研究。首先,基于AUTODYN有限元分析程序提出了“三阶段”装药运动爆炸有限元分析方法,通过与已有静止和运动爆炸试验结果对比,验证了方法... 详细信息

为预测战斗部的爆炸威力,对柱形装药运动爆炸的入射和反射冲击波峰值超压和最大冲量开展数值仿真研究。首先,基于AUTODYN有限元分析程序提出了“三阶段”装药运动爆炸有限元分析方法,通过与已有静止和运动爆炸试验结果对比,验证了方法的可靠性。然后,考虑装药运动速度、长径比、比例距离、方位角和刚性反射等影响因素,开展了运动爆炸工况下200组柱形装药的数值模拟。结果表明:相较于静爆,动爆冲击波场整体前移,波阵面强度在装药运动方向增强而在反方向减弱,该影响与装药运动速度正相关。最后,针对柱形装药空中自由场运动爆炸和垂直于目标迎爆面运动爆炸的典型工况,分别提出了装药运动爆炸入射和反射冲击波峰值超压以及最大冲量的计算模型。该模型与2种战斗部柱形TNT装药运动爆炸工况的数值模拟结果符合良好,能较好地计算柱形装药空中运动爆炸冲击波荷载。

关键词：柱形装药空中运动爆炸峰值超压最大冲量计算模型

LQ550冷轧高强薄钢板高周疲劳性能试验研究

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 189-197页

作者：王雅倩李元齐同济大学土木工程学院上海200092

冷弯型钢具有冷加工便捷、截面高效灵活、连接方便等优势,在冷弯型钢结构体系中得到广泛应用,同时疲劳破坏作为重要破坏形式之一,其研究对冷弯型钢的进一步推广具有重要意义。而新修订GB 50018—202X《冷弯型钢结构技术标准》(报批稿)中... 详细信息

冷弯型钢具有冷加工便捷、截面高效灵活、连接方便等优势,在冷弯型钢结构体系中得到广泛应用,同时疲劳破坏作为重要破坏形式之一,其研究对冷弯型钢的进一步推广具有重要意义。而新修订GB 50018—202X《冷弯型钢结构技术标准》(报批稿)中,尚无关于冷弯型钢抗疲劳设计的相关条文。为此,对0.8 mm和1.2 mm两种厚度、不同取材方向的LQ550冷轧高强薄钢板进行了拉伸高周疲劳试验,采用最小二乘法拟合得到反映疲劳性能的S-N曲线,并与现行相关规范和Q690高强钢已有疲劳试验曲线进行对比。试验结果表明:沿轧制方向取材的钢板疲劳性能优于垂直于轧制方向取材的钢板疲劳性能;厚度越大,沿轧制方向取材的钢板疲劳性能越差,垂直于轧制方向取材的钢板疲劳性能越好;两种厚度的钢板合并拟合且在95%保证率下,沿轧制方向的母材疲劳极限应力分别比AISC 360-2016、AISI S100-2016、GB 50017—2017的理论计算值提高192%、172%、165%,垂直于轧制方向的母材疲劳极限应力分别提高103%、88%、84%,即受轧制影响,钢板的疲劳性能远高于普通钢的;垂直于轧制方向取材的钢板疲劳性能和高强钢的相近。

关键词： LQ550冷轧高强薄钢板高周疲劳性能 S-N曲线轧制方向钢板厚度

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磁热耦合下的比例电磁铁热稳健性再设计

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 89-98页

作者：刘宸宇王安麟李晓田刘家铭李晓祥同济大学机械与能源工程学院上海201804

针对工程机械比例阀用电磁铁的耐久性问题,为提高在随机载荷条件下抵抗热失效的能力,综合多物理场耦合理论与稳健性优化理论,提出了比例电磁铁的参数化再设计模型。以一种具有盆式吸合结构的比例电磁铁为研究对象,通过稳态电磁测试和温... 详细信息

针对工程机械比例阀用电磁铁的耐久性问题,为提高在随机载荷条件下抵抗热失效的能力,综合多物理场耦合理论与稳健性优化理论,提出了比例电磁铁的参数化再设计模型。以一种具有盆式吸合结构的比例电磁铁为研究对象,通过稳态电磁测试和温度分布测试,验证了所提出的参数化模型的有效性,并在保证电磁算力精度的前提下,标定了系统中量值模糊的导磁、传热等参数;以电磁铁和线圈主要结构参数为控制因子,以生产工艺条件不确定性导致的线圈漆包铜导线线径随机误差为噪声因子,基于田口方法设计正交试验,定义了多因素加权的比例电磁铁热稳健性再设计评价函数;以挖掘机现场试验获得的比例电磁铁热负载作为响应计算热源,在不导致线圈绝缘破损失效的许用温升约束下,进行关键结构参数在噪声扰动下系统响应变异最小的再设计。研究结果表明:线圈长度和匝数是影响电磁铁热稳健性的主要因素,由绕线工艺决定的线圈窗口形态决定了系统的导磁、传热能力。文中提出的比例电磁铁热稳健性再设计方法对于磁热耦合下的机电产品定制化设计具有工程化参考价值。

关键词：比例电磁铁线圈多物理场耦合热稳健性再设计田口方法

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盾构隧道联络通道涌水涌砂诱发结构倒塌试验

中国公路学报 2024年第9期37卷 119-132页

作者：柳献孙齐昊范森同济大学土木工程学院上海200092

国内外盾构隧道建设施工过程中发生过多起由于局部涌水涌砂进而诱发结构倒塌的事故,造成巨大的经济损失。由于隧道倒塌事故具有突发性与隐蔽性的特点,针对盾构隧道结构倒塌的发展过程与力学机理的研究尚处于起步阶段,难以针对性提出有... 详细信息

国内外盾构隧道建设施工过程中发生过多起由于局部涌水涌砂进而诱发结构倒塌的事故,造成巨大的经济损失。由于隧道倒塌事故具有突发性与隐蔽性的特点,针对盾构隧道结构倒塌的发展过程与力学机理的研究尚处于起步阶段,难以针对性提出有效的防控措施。为了探明盾构隧道联络通道涌水涌砂进而诱发结构倒塌的机理,为后续防控措施提供理论基础,以上海地铁4号线事故案例为研究背景,设计并开展了盾构隧道联络通道涌水涌砂诱发结构倒塌的模型试验,重现了盾构隧道倒塌的发展过程,对倒塌过程中的地层响应与隧道响应进行了讨论,进而提出隧道渗漏诱发结构倒塌的发展过程与原因。结果表明:①隧道渗漏后渗流侵蚀作用在外部地层产生土洞,土洞在形成→失稳→再现的过程中向地表发展;②地层土拱效应造成隧道外荷载重分布,进而引发隧道结构大变形;③土洞达到临界高度时地表土体失稳坠落,冲击荷载造成隧道结构倒塌,试验中最大冲击荷载达到正常水土荷载的13倍;④初步提出用于计算隧道受冲击荷载的理论计算公式。

关键词：隧道工程结构倒塌模型试验冲击作用土拱效应渗流侵蚀

不同渗漏位置下管道渗蚀物理模型试验及细观机理研究

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浙江大学学报（工学版） 2024年第6期58卷 1209-1220页

作者：王子业谭勇龙莹莹同济大学土木工程学院上海200092

针对管道渗漏诱发的地面塌陷问题,采用级配均匀的福建标准砂,研究管道不同渗漏位置对水土流失发展规律的影响.利用离散元与有限差分耦合(DEM-FDM)的方法在细观层面对管道渗漏进行模拟,探究管道不同渗漏位置对地层应力以及渗流侵蚀发展... 详细信息

针对管道渗漏诱发的地面塌陷问题,采用级配均匀的福建标准砂,研究管道不同渗漏位置对水土流失发展规律的影响.利用离散元与有限差分耦合(DEM-FDM)的方法在细观层面对管道渗漏进行模拟,探究管道不同渗漏位置对地层应力以及渗流侵蚀发展的影响,分析渗漏前后管道所受水、土压力的变化以及土拱的发展情况.试验及数据模拟研究结果表明:1)管道渗漏会经历初步渗漏、渗漏发展、渗漏收敛3个阶段.2)管道腰部发生渗漏会对地层造成更大的扰动并受到更为强烈的渗流侵蚀作用,诱发更为严重的地面塌陷.3)管道发生渗漏后,管道表面渗漏处受到的土压力会减小,而管道表面渗漏处周围所受到的土压力会增加,但其受到的水土合力基本保持不变.4)管道不同位置发生渗漏时,管道表面土压力的发展是不同的:顶部发生渗漏,管道表面渗漏处周围土压力逐渐减小;腰部发生渗漏,管道表面不同位置处的土压力则分别展现出增加、减小以及不变3种趋势.

关键词：管道渗漏渗漏位置渗流侵蚀 DEM-FDM 土拱

爆炸荷载作用下砌体填充墙对RC框架结构损伤破坏的影响

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振动与冲击 2024年第3期43卷 93-104,157页

作者：陈公轻吴昊吕晋贤陈德同济大学土木工程学院上海200092

砌体填充墙作为非结构构件在建筑结构抗爆分析中常被忽略,而实际爆炸事故中填充墙多发生严重破坏,从而影响爆炸波的传播及其与结构的相互作用以及结构的损伤破坏等级。基于精细化数值仿真方法评估外部爆炸作用下砌体填充墙对钢筋混凝土(... 详细信息

砌体填充墙作为非结构构件在建筑结构抗爆分析中常被忽略,而实际爆炸事故中填充墙多发生严重破坏,从而影响爆炸波的传播及其与结构的相互作用以及结构的损伤破坏等级。基于精细化数值仿真方法评估外部爆炸作用下砌体填充墙对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构损伤破坏的影响。首先,采用LS-DYNA有限元分析软件分别对典型砌体填充墙和含填充墙RC框架的近区爆炸试验进行复现,验证所采用的填充墙简化微观建模方法、材料本构模型和参数,以及任意拉格朗日欧拉爆炸荷载施加方法和爆炸波-结构流固耦合算法的适用性。进一步结合结构混合单元建模方法,开展了美国联邦应急管理署规定的普通轿车炸弹(454 kg TNT当量)在底层边柱位置爆炸下,6度、7度和8度抗震设防烈度的典型6层纯框架和含填充墙框架结构动力行为的数值仿真分析,考察了爆炸波传播路径,以及结构的动态响应、损伤破坏和抗倒塌机制。结果表明:该工况中填充墙能够有效阻挡爆炸波的传播,作用于目标柱相邻内柱上的超压峰值降低95%,减轻了内部构件的损伤程度;但同时加剧了结构迎爆面的损伤破坏,如3种抗震设防烈度的含填充墙框架目标柱柱中侧向位移较纯框架分别增加21.4%、31.1%和14.8%;不同抗震设防烈度的纯框架和含填充墙框架的顶层目标柱竖向位移基本相同,即抗震设防烈度及砌体填充墙对框架结构整体倒塌行为的影响可以忽略。

关键词：爆炸荷载砌体填充墙 RC框架数值模拟抗震设计