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主动反馈控制下无绝缘层缠绕线圈的匝间损耗和力学行为

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第5期54卷 180-190页

作者：李东科刘东辉雍华东张兴义兰州大学土木工程与力学学院兰州730000 兰州大学超导力学研究院兰州730000

高温超导无绝缘层缠绕线圈具有较长的充放电延迟.比例积分(PI)主动反馈控制方法可以有效降低无绝缘线圈的充电延迟,但该方法需要给线圈提供更高的电源电流,这可能会带来额外的损耗能量和力学损伤,因此需要研究层缠绕线圈在PI控制下的电... 详细信息

高温超导无绝缘层缠绕线圈具有较长的充放电延迟.比例积分(PI)主动反馈控制方法可以有效降低无绝缘线圈的充电延迟,但该方法需要给线圈提供更高的电源电流,这可能会带来额外的损耗能量和力学损伤,因此需要研究层缠绕线圈在PI控制下的电磁和力学性能.本文结合电路模型和有限元方法,采用混合数值模型计算了PI控制下线圈的匝间损耗和力学响应.数值计算结果表明,对于无绝缘层缠绕线圈,使用PI控制进行充电需要更大的电源电流,同时充电过程中会产生更高的匝间损耗能量和环向应力.PI控制下线圈内会产生更大的应力,但相比于匝间损耗的显著增加,线圈内应力增大并不显著.在10 T背景场下,两种线圈环向应力差别为20 MPa.另外,随着线圈匝数或层数的增加,PI控制下线圈内的损耗及应力会进一步增大.考虑到匝间损耗的上升趋势,应优先选择轴向匝数较少的线圈.此外,增加充电时间也可以减少充电过程中的匝间损耗和峰值应力.

关键词：无绝缘层缠绕线圈主动反馈控制匝间损耗力学行为

基于Gaussian Copula-贝叶斯动态模型的桥梁构件时变可靠性分析

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吉林大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 485-493页

作者：樊学平周衡刘月飞兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730030 兰州大学土木工程与力学学院兰州730030

针对桥梁构件的各控制监测点之间存在失效非线性相关性的问题。首先考虑到非线性相关性对桥梁构件可靠性的影响,采用贝叶斯动态模型(BDMs),建立监测数据的动态预测模型;再结合Copula理论建立Gaussian Copula-BDMs,进而计算桥梁构件时变... 详细信息

针对桥梁构件的各控制监测点之间存在失效非线性相关性的问题。首先考虑到非线性相关性对桥梁构件可靠性的影响,采用贝叶斯动态模型(BDMs),建立监测数据的动态预测模型;再结合Copula理论建立Gaussian Copula-BDMs,进而计算桥梁构件时变可靠性,同时与不考虑桥梁构件各控制监测点失效相关性得到的可靠性进行比较分析;最后通过算例验证所建模型与方法的合理性。本研究成果将为多元结构体系的可靠性分析提供参考。

关键词：结构工程相关性贝叶斯动态模型高斯Copula贝叶斯动态模型时变可靠性分析

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组合倾角对软硬介质组合岩体动态力学特性的影响

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3342-3353页

作者：王雁冰宋佳辉杨柳邹宝平任斌李林青中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 浙江科技大学土木与建筑工程学院浙江杭州310023

为探究冲击荷载下不同组合倾角软硬介质组合岩体的动力学响应特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)、高速相机和离散格子弹簧法(DLSM)数值模拟,对花岗岩-砂岩6种不同组合倾角软硬介质组合岩体进行动态冲击试验,研究6种不同组合倾角软硬介... 详细信息

为探究冲击荷载下不同组合倾角软硬介质组合岩体的动力学响应特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)、高速相机和离散格子弹簧法(DLSM)数值模拟,对花岗岩-砂岩6种不同组合倾角软硬介质组合岩体进行动态冲击试验,研究6种不同组合倾角软硬介质组合岩体的应力波传播特征、应力-应变曲线差异、能量耗散规律、损伤演化特性以及总动能同岩体裂纹扩展之间的关系。结果表明:软硬介质组合岩体的动态力学特性及能量耗散规律均与组合倾角相关。组合倾角由0°增加至75°时,试件透射波幅值、峰值应力、动态弹性模量呈先增大后减小的变化趋势,反射波幅值呈先减小后增大的变化趋势。组合倾角为45°~60°,软硬介质组合岩体容易被破坏。组合倾角不仅会阻碍应力波传播也会影响胶结面两侧岩石的应力变化,使胶结面两侧岩体产生二次加载现象。岩体的损伤值随组合倾角增加呈倒“V”型变化,45°~60°范围内试件的损伤值最高。组合倾角越大,岩体破坏过程中总动能越低,裂纹则越少,试件的变形位移量越小。

关键词：岩石力学组合倾角组合岩体分离式霍普金森压杆能量耗散离散格子弹簧法

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考虑变井阻的碎石桩复合地基非线性固结分析

岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 1013-1025页

作者：马昊暄李传勋陆向综郭霄江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013 浙江公路水运工程咨询有限责任公司浙江杭州310006

碎石桩成桩过程中所产生的桩体堵塞效应会随深度发生变化。同时,随着桩周土体的固结,土颗粒会进一步对桩体产生淤堵效应,致使桩体通水能力随固结时间逐渐衰减。考虑到碎石桩井阻随时空不断演化及桩周土体的非线性压缩和渗透特性,建立多... 详细信息

碎石桩成桩过程中所产生的桩体堵塞效应会随深度发生变化。同时,随着桩周土体的固结,土颗粒会进一步对桩体产生淤堵效应,致使桩体通水能力随固结时间逐渐衰减。考虑到碎石桩井阻随时空不断演化及桩周土体的非线性压缩和渗透特性,建立多级加载下碎石桩复合地基非线性固结模型。利用有限差分法对该模型进行数值求解,并与现有特定工况下的固结理论进行对比分析,验证其可靠性。通过大量的算例分析以研究变井阻参数对碎石桩复合地基固结度影响,结果表明:碎石桩复合地基的固结速率会随井阻深度参数a和时间参数b的增大而变慢,随着最终排水能力β的增大而加快;相较而言,时间参数b对复合地基固结度的影响更明显。最后将考虑变井阻的碎石桩复合地基固结模型应用于马来西亚某路段的沉降计算,与已有的固结解答相比计算结果与实测值更相符,说明所建立的碎石桩复合地基固结模型具有更好的工程实用性。

关键词：基础工程碎石桩变井阻非线性多级加载竖向渗流

钢粒子迟滞重复冲击破岩硬岩损伤破裂特征研究

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岩土力学 2024年第4期45卷 1242-1255页

作者：鞠明和陶泽军蔚立元姜礼杰郑彦龙邹春江中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室江苏徐州211116 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州211116 中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016 东南大学土木工程学院江苏南京211183 蒙纳士大学土木工程系澳大利亚墨尔本

粒子冲击辅助破岩技术凭借其快速、高效等优点,对硬质岩体有着较好的破岩效果。通过粒子冲击试验和离散元模拟相结合的方法研究单、双粒子冲击速度、双粒子间距等因素对高强度花岗岩表面、三维及剖面形貌特征的影响,探寻冲击坑深度、冲... 详细信息

粒子冲击辅助破岩技术凭借其快速、高效等优点,对硬质岩体有着较好的破岩效果。通过粒子冲击试验和离散元模拟相结合的方法研究单、双粒子冲击速度、双粒子间距等因素对高强度花岗岩表面、三维及剖面形貌特征的影响,探寻冲击坑深度、冲击坑体积及冲击坑表面面积随冲击参数的变化规律,统计粒子冲击破岩裂纹的分布规律,并且从能量吸收率的角度评价双粒子迟滞冲击破岩的效能。结果表明:冲击坑深度与冲击速度呈正相关;随着粒子间距的增大,冲击坑由相交逐渐相离,形貌随之变化,冲击坑体积随之减小,而冲击坑表面面积增大;通过模拟发现,裂纹主要分布在斜长石与钾长石的晶界处,以拉伸破坏为主;当选用5mm直径的钢粒子破碎强度200MPa左右的极坚硬花岗岩时,双粒子迟滞冲击破岩的能量吸收率曲线随粒子冲击速度增大趋于平缓,在双粒子迟滞冲击破岩的粒子间距为8~10 mm且冲击速度400 m/s左右时能达到最佳的冲击辅助破岩效果。

关键词：辅助破岩粒子迟滞冲击冲击参数硬岩损伤特征能量吸收率

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大跨斜腿钢管桁架结构日照非均匀温度场研究

工程力学 2024年第1期41卷 208-218页

作者：王锦涛刘宇飞樊健生周勐聂建国强安鹏周照飞中南大学土木工程学院湖南长沙410075 清华大学土木工程系北京100084 中交第四公路工程局有限公司北京100102

大跨空间结构在施工过程中由于长期暴露在太阳辐射中,结构中存在明显的温度效应。又因为结构独特的空间网架特性以及太阳辐射角度的实时变化,杆件之间存在明显的遮挡作用,因此结构的温度场不仅是随时间变化的,还具有不均匀的特征。该文... 详细信息

大跨空间结构在施工过程中由于长期暴露在太阳辐射中,结构中存在明显的温度效应。又因为结构独特的空间网架特性以及太阳辐射角度的实时变化,杆件之间存在明显的遮挡作用,因此结构的温度场不仅是随时间变化的,还具有不均匀的特征。该文基于地理气象信息和杆件遮挡作用的结构温度场分析算法,以某个大跨斜腿钢管桁架结构为研究背景,模拟分析了结构的瞬态温度场,并结合结构的温度和微应变长期监测,对结构的不均匀温度场以及施工阶段受力进行了讨论。计算与实测结果表明,遮挡作用使得杆件之间的瞬态温差最大可达21%,时变性与不均匀性非常显著;结构施工阶段的受力主要来源于温度效应,结构在施工阶段的温度效应不可忽略。

关键词：大跨空间结构太阳辐射日照阴影温度效应长期监测

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温度和骨料预湿对煤矸石砂浆流变性的影响

矿业科学学报 2024年第2期9卷 190-198页

作者：王振波范雨润左建平中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

矿山充填、巷道喷射等工程对施作材料的流变性要求较高。水泥基材料中的骨料类型、状态与所处的环境对砂浆流变性能有显著影响。本文以煤矸石砂代替石英砂作为水泥基材料的细骨料,研究温度与骨料预湿对砂浆流变性的影响规律及作用机理... 详细信息

矿山充填、巷道喷射等工程对施作材料的流变性要求较高。水泥基材料中的骨料类型、状态与所处的环境对砂浆流变性能有显著影响。本文以煤矸石砂代替石英砂作为水泥基材料的细骨料,研究温度与骨料预湿对砂浆流变性的影响规律及作用机理。结果表明,煤矸石砂浆的剪切应力-剪切速率关系符合Herschel-Bulkley(H-B)模型特征,流变指数大于1,稠度明显大于石英砂砂浆;煤矸石砂浆的表观黏度随温度升高而不断降低,但骨料预湿的影响不大;30℃下煤矸石砂浆的屈服应力为2.99 Pa,比10℃下提高1.45倍,预湿后则提高2.13倍;煤矸石砂浆的触变环面积大于石英砂砂浆,预湿煤矸石砂浆的触变环面积为398.4 Pa/s,干燥煤矸石砂浆则减小为283.3 Pa/s。研究结果将为煤矸石砂的合理利用、复杂环境下流变材料的设计与制备提供支撑。

关键词：砂浆煤矸石温度预湿骨料流变性

基于1D-CNN的无砟轨道CA砂浆脱空识别

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铁道科学与工程学报 2024年第4期21卷 1645-1655页

作者：陈宪麦李鑫海徐磊邓燚黄厚龙邓云强中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为解决水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)脱空位置识别的难题,提出考虑CA砂浆脱空的无砟轨道模型建模与计算方案。首先,基于CRTS I型板式无砟轨道“梁-板-板”建模理论,使用非线性弹簧模拟CA砂浆脱空病害,输入扣件支点反力作为模型的激励,得到... 详细信息

为解决水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)脱空位置识别的难题,提出考虑CA砂浆脱空的无砟轨道模型建模与计算方案。首先,基于CRTS I型板式无砟轨道“梁-板-板”建模理论,使用非线性弹簧模拟CA砂浆脱空病害,输入扣件支点反力作为模型的激励,得到监测点位的垂向加速度数据集。其次,通过对数据集缩放、添加噪声的方式进行数据增强,增强数据集的差异,以增强识别模型的泛化性,获得更加准确的识别结果。最后,建立脱空病害的识别方法,搭建一维卷积神经网络(1D-CNN)进行CA砂浆的脱空位置识别,构建准确率、查准率和查全率等评价指标评估识别结果,使用t-SNE降维算法对结果进行可视化。对比其他3种神经网络的表现,探讨1D-CNN应用于CA砂浆脱空位置识别的优势。研究结果表明:“梁-板-板”模型反映了无砟轨道的力学本征,用于CA砂浆脱空问题的仿真模拟是可行的;通过对数据集信号缩放、添加噪声的方式进行数据增强可提高深度学习模型的性能;从深度学习的角度来看,CA砂浆脱空发生在板中造成的危害较小,应重点关注板端CA砂浆脱空的养护与维修问题;1D-CNN相比其他3种模型运算时间短,在CA砂浆脱空位置识别数据集上优势更大,识别准确率可达95%以上。研究结果为进一步提高无砟轨道结构监测的自动化和智能化水平提供参考。

关键词：无砟轨道有限元模型 CA砂浆深度学习脱空识别

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煤巷支护效果智能预测系统及应用

采矿与岩层控制工程学报 2024年第2期6卷 72-87页

作者：马鑫民向俊杰翟中华陈莉影杨雯清中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

针对深埋复杂地质条件下煤巷支护设计难题,基于巷道支护、计算机开发、数值模拟二次开发等开展了交叉融合技术的研究。通过文献收集、问卷调查及现场调研的方法,建立了煤巷支护知识库,通过库内数据查找和规则推理机制为用户提供岩石力... 详细信息

针对深埋复杂地质条件下煤巷支护设计难题,基于巷道支护、计算机开发、数值模拟二次开发等开展了交叉融合技术的研究。通过文献收集、问卷调查及现场调研的方法,建立了煤巷支护知识库,通过库内数据查找和规则推理机制为用户提供岩石力学参数和支护方案参数;构建能满足多种地质条件、多种巷道类型、多种支护方案的数值模拟脚本,基于FLAC^(3D)内置语言开展二次开发技术的研究,建立了煤巷支护效果预测模型;运用计算机高级编程语言开发煤巷支护效果预测系统,实现了煤巷支护效果预测的可视化、智能化;利用该系统对经典案例进行测试,并用决定系数R2和平均绝对百分比误差MAPE对该系统预测效果进行了评价,结果显示其各指标的R^(2)均在0.8以上,MAPE值均在20%以下,都在合理范围之内该系统在巷道位移预测方面效果良好;系统在信湖煤矿818外风巷的工程实例的验证结果显示,其预测精度达到84%以上,能够为现场施工提供准确指导。

关键词：煤巷支护支护效果预测二次开发 FLAC^(3D)

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