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RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化计算模型研究

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工程力学 2024年第5期41卷 120-133页

作者：卜良桃刘港平湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

为了方便活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)等效矩形应力图系数与塑性损伤因子的计算与取值,对RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子的计算模型进行了理论研究。通过对现有的计算方法进行无量纲化转化,推导了决定计算模型的... 详细信息

为了方便活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)等效矩形应力图系数与塑性损伤因子的计算与取值,对RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子的计算模型进行了理论研究。通过对现有的计算方法进行无量纲化转化,推导了决定计算模型的四个原函数条件;对一个实际的应力-应变关系进行了计算,将得到的结果进行了分析;并对受弯矩形梁非极限状态下截面内力和力矩的推定计算进行了演示。针对应力-应变关系式含有非整次有理分式的情况提出了曲线拟合方法;研究了拟合次数、拟合区间和拟合函数类型对拟合精度与稳定性的影响。比较了4种典型的RPC本构模型在同种材料下的应力-应变曲线系数与损伤因子取值模型曲线,结果显示:拟合曲线得到的取值模型与其他原始曲线得到的取值模型在曲线上具有较高的相似度,证明了曲线拟合方法的准确可靠性;最后给出了一种RPC受压应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化取值模型。

关键词：活性粉末混凝土应力-应变曲线系数等效矩形应力图系数塑性损伤因子曲线拟合方法

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梯度模式对Miura-ori超材料力学性能影响的研究

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兵工学报 2024年第2期45卷 618-627页

作者：项新梅罗林林符祖书何世珠广州大学土木工程学院广东广州510006

Miura-ori超材料是一种重量轻且多孔的材料,其机械性能通常是由自身的折叠方式和几何形状决定的,它的机械响应可以通过几何设计来进行修正调整,是一种具有多功能的、可调控且设计空间多样的超材料。为研究厚度渐变(Thickness Gradient,... 详细信息

Miura-ori超材料是一种重量轻且多孔的材料,其机械性能通常是由自身的折叠方式和几何形状决定的,它的机械响应可以通过几何设计来进行修正调整,是一种具有多功能的、可调控且设计空间多样的超材料。为研究厚度渐变(Thickness Gradient,TG)模式以及锐角渐变模式对超材料能量吸收能力的影响,结合有限元分析软件参数化分析超材料的力学特性。研究结果表明,TG梯度为负梯度的超材料能量吸收能力较好,并且负梯度时的TG梯度超材料的平均力和能量吸收比锐角梯度超材料表现更佳。

关键词： Miura-ori超材料梯度模式厚度渐变有限元分析力学性能

不同荷载作用下五边形石墨烯的变形破坏机理研究

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原子与分子物理学报 2024年 57-63页

作者：赵泽若韩同伟李仁葛峻铭王嘉越江苏大学土木工程与力学学院

五边形石墨烯是一种完全由碳五元环组成的准二维的亚稳态碳结构,在不同载荷作用下其变形破坏机理仍需进一步研究.本文基于ReaxFF反应力场采用分子动力学方法模拟研究了五边形石墨烯的拉伸、剪切和纳米压痕破坏过程,得到了五边形石墨烯... 详细信息

五边形石墨烯是一种完全由碳五元环组成的准二维的亚稳态碳结构,在不同载荷作用下其变形破坏机理仍需进一步研究.本文基于ReaxFF反应力场采用分子动力学方法模拟研究了五边形石墨烯的拉伸、剪切和纳米压痕破坏过程,得到了五边形石墨烯的拉伸和剪切应力-应变曲线以及压入载荷-位移曲线,系统分析了五边形石墨烯的变形破坏机理,并验证了五边形石墨烯在不同载荷作用下是否表现出塑性变形特征的一致性问题.研究结果表明,通过拉伸或纳米压入等不同加载方式均可准确测出五边形石墨烯的本征力学性能参数,其杨氏模量265.4～285.1 N/m,与第一性原理计算结果一致.研究还发现,五边形石墨烯在拉伸、剪切和纳米压痕过程中均会出现不可逆的塑性变形特征,而引起塑性变形的原因是由于不可逆的碳五元环向碳多元环结构的转变.以上研究结果可为基于五边形石墨烯的微/纳米机电系统的实际应用提供重要指导.

关键词：五边形石墨烯变形破坏机理分子动力学

局部安全系数引入下岩质边坡稳定性分析极限平衡滑面应力法

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岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 964-985页

作者：邓东平彭一航陈浩宇王翊民中南大学土木工程学院湖南长沙400075

由于广义非线性Hoek-Brown(H-B)强度准则可展现出岩体的复杂剪切破坏行为,因此,其被广泛地应用于岩质边坡稳定性分析。然而,以条块划分与条间力假设模式而建立的传统极限平衡方法不易于直接引入非线性强度准则,使得极限平衡方法在分析... 详细信息

由于广义非线性Hoek-Brown(H-B)强度准则可展现出岩体的复杂剪切破坏行为,因此,其被广泛地应用于岩质边坡稳定性分析。然而,以条块划分与条间力假设模式而建立的传统极限平衡方法不易于直接引入非线性强度准则,使得极限平衡方法在分析岩质边坡稳定性方面存在些许不足。此外,边坡稳定性分析时,以往常将滑面局部安全系数假定为与位置无关的单一变量。事实上,边坡在未达到临界失效状态前,滑面局部安全系数分布存在差异性。为此,应用Taylor级数展开式构建滑面正应力函数,并考虑滑面局部安全系数差异性,建立滑面局部安全系数倒数线性分布特征下滑面剪应力函数。进而,实现滑面应力计算模式与滑面局部安全系数差异分布特征下广义非线性H-B强度准则的融入。随后,引入滑面端部应力约束条件,并依据边坡滑体所满足的整体力学平衡方程,推导出岩质边坡稳定性极限平衡解答。通过算例对比分析,可知本文方法不仅可准确地评估出非线性强度准则下岩质边坡稳定性,而且能够合理地模拟出近坡顶处滑面拉剪应力区、客观地描述出应力集中效应下近坡脚处滑面压剪现象以及有效地判别出滑面局部安全系数差异分布特征。进一步,为了便于指导工程岩质边坡设计与加固,绘制了均质岩石边坡最小安全系数等值曲线图与临界滑面局部安全系数差异分布特征分区图。

关键词：边坡工程广义非线性H-B强度准则岩质边坡稳定性极限平衡滑面应力滑面局部安全系数滑面端部应力约束条件

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应力分析机制下岩质边坡后缘张裂缝位置与深度求解方法

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岩石力学与工程学报 2024年第8期43卷 1978-1997页

作者：邓东平彭一航陈浩宇中南大学土木工程学院湖南长沙400075

坡后缘张裂缝对岩质边坡稳定性往往会产生至关重要的影响,而如何有效预测坡后缘张裂缝位置与深度成为可靠分析具有张裂缝岩质边坡稳定性的关键前提。为此,针对无节理或发育有4组及以上节理的岩质边坡,从坡后缘张裂缝形成机制出发,建立... 详细信息

坡后缘张裂缝对岩质边坡稳定性往往会产生至关重要的影响,而如何有效预测坡后缘张裂缝位置与深度成为可靠分析具有张裂缝岩质边坡稳定性的关键前提。为此,针对无节理或发育有4组及以上节理的岩质边坡,从坡后缘张裂缝形成机制出发,建立一种新的岩质边坡后缘张裂缝位置与深度求解方法。首先,应用非线性广义Hoek-Brown(GHB)强度准则,将节理的影响融入到岩体强度计算当中。然后,基于坡后缘张裂缝近似竖向发展的特点,将坡后缘岩体水平应力状态作为张裂缝形成与发展的关键指标,进而,提出获取岩质边坡后缘水平应力的微楔形体单元力学分析模型。最后,利用坡后缘竖向张裂缝自上而下的发展规律以及张裂缝终端应力水平与岩体抗拉强度之间的关联关系,进一步构建出坡后缘开裂位置与深度的判别式,以此实现岩质边坡后缘张裂缝位置与深度的确定。通过与数值模拟方法、室内试验结果以及工程实测数据对比分析,本文方法的合理性和有效性得到了验证。研究成果将为预测边坡后缘裂缝位置与深度提供理论基础,并为可靠开展具有坡后缘张裂缝岩质边坡的稳定性分析创造必要条件。

关键词：边坡工程岩质边坡张裂缝非线性GHB强度准则坡后缘水平应力张裂缝深度起始开裂位置

高地应力硬质砂岩断裂特征及岩爆孕育过程研究

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岩石力学与工程学报 2024年第1期43卷 50-58页

作者：张志强张康健许佳磊罗春西南交通大学极端环境岩土与隧道工程智能建养全国重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为研究高地应力下硬质砂岩隧道岩爆破坏特性,真实模拟高地应力深部岩体的损伤破坏特性,建立基于PPR势能函数的Ⅰ/Ⅱ混合型黏聚力模型。通过紧凑拉伸试验和贯穿剪切试验,对硬质砂岩Ⅰ和Ⅱ型断裂特性进行研究,获得模型参数,然后建立高地... 详细信息

为研究高地应力下硬质砂岩隧道岩爆破坏特性,真实模拟高地应力深部岩体的损伤破坏特性,建立基于PPR势能函数的Ⅰ/Ⅱ混合型黏聚力模型。通过紧凑拉伸试验和贯穿剪切试验,对硬质砂岩Ⅰ和Ⅱ型断裂特性进行研究,获得模型参数,然后建立高地应力下硬质砂岩隧道岩爆数值分析模型,对岩爆过程中的应力、能量进行追踪,分析硬质砂岩隧道岩爆孕育过程及破坏特性。研究结果表明:(1)硬质砂岩剪切强度和Ⅱ型断裂能均随围压的增大而增大,当围压超过30 MPa时,硬岩砂质Ⅱ型断裂性能趋于稳定。(2)当竖向应力远大于水平应力时,硬质砂岩隧道主要以层状剥落或楔形爆裂形式发生张裂–倾倒式的岩爆;反之,主要发生以岩体内部贯通性剪切破坏为特征的剪切–爆裂式岩爆;当水平应力与竖向应力均较大时,岩体卸荷破坏形式多表现出张剪性复合型破坏特征,主要发生张裂–剥落式岩爆。

关键词：岩石力学岩爆高地应力硬质砂岩断裂特征黏聚力模型

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埋地掺氢天然气管道泄漏扩散数值模拟研究

中国安全科学学报 2024年第3期34卷 63-69页

作者：彭善碧罗雪西南石油大学土木工程与测绘学院四川成都610500 四川省燃气安全与高效利用工程技术研究中心四川成都610500

为减少掺氢天然气在输送过程中因泄漏引发的安全问题,基于流体力学及多孔介质理论,采用Fluent软件建立城市埋地掺氢天然气管道泄漏扩散的三维数值模型,分析掺氢比例、泄漏孔径、管道压力、管道埋深和土壤类型等因素对掺氢天然气泄漏量... 详细信息

为减少掺氢天然气在输送过程中因泄漏引发的安全问题,基于流体力学及多孔介质理论,采用Fluent软件建立城市埋地掺氢天然气管道泄漏扩散的三维数值模型,分析掺氢比例、泄漏孔径、管道压力、管道埋深和土壤类型等因素对掺氢天然气泄漏量及甲烷、氢气爆炸下限竖直方向上扩散距离的影响。结果表明:掺氢比例越大,掺氢天然气泄漏量越小,甲烷爆炸下限等值线扩散至地表所需时间越长,而氢气则相反;泄漏孔径10 mm时的泄漏量约为孔径5 mm时泄漏量的2倍,泄漏孔径20 mm时的泄漏量约为10 mm时泄漏量的2倍,且泄漏孔径越大,甲烷和氢气的爆炸下限等值线到达地表所需时间越短;管道压力越大,掺氢天然气泄漏量越大且扩散速度越快,危险系数越高;管道埋深1.1 m泄漏量最大,其次为1.4、0.8 m,埋深越浅,甲烷和氢气的爆炸下限等值线到达地表所需时间越短;土壤类型对掺氢天然气的泄漏扩散有重要的影响,土壤类型为粉质砂土时,掺氢天然气泄漏量及扩散速度最大,其次为壤土,最后为黏土。

关键词：掺氢天然气管道泄漏扩散数值模拟泄漏量扩散距离

增强约束拼合式轻型钢-混凝土组合柱抗火性能试验研究

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建筑结构学报 2024年第7期45卷 200-211页

作者：宋谦益王卫永黄浩原刘宜丰中国建筑西南设计研究院有限公司四川成都610040 重庆大学土木工程学院重庆400045

针对目前低层冷弯薄壁型钢房屋抗火性能较弱的特点,提出了一种应用于冷弯薄壁型钢承重结构体系的增强约束拼合式轻型钢-混凝土组合柱(以下简称“增强约束组合柱”)。通过对4个增强约束组合柱进行标准升温条件下的耐火性能试验,得到各组... 详细信息

针对目前低层冷弯薄壁型钢房屋抗火性能较弱的特点,提出了一种应用于冷弯薄壁型钢承重结构体系的增强约束拼合式轻型钢-混凝土组合柱(以下简称“增强约束组合柱”)。通过对4个增强约束组合柱进行标准升温条件下的耐火性能试验,得到各组合柱的轴向位移、侧向位移、测点温度、耐火极限及破坏模式。建立了增强约束组合柱抗火分析模型,采用试验数据对模型进行了验证,进而对影响增强约束组合柱耐火性能的因素进行参数分析。结果表明:荷载比对增强约束组合柱耐火极限影响较大,荷载比越小,耐火极限越大,当荷载比取0.3~0.7时,组合柱耐火极限范围为30~105 min;具有增强约束作用的内置钢筋笼对提高组合柱耐火极限也有显著效果,增幅为69%;组合柱耐火极限随其截面尺寸增大而提高,随着铆钉间距增大而降低;对于采用铆钉的拼合截面,建议铆钉间距不宜大于100 mm。

关键词：轻型钢-混凝土组合柱增强约束轴心受压受火试验有限元分析抗火性能

洞桩法地铁车站边桩结构受力机制的模型试验设计

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实验技术与管理 2024年第3期41卷 19-28页

作者：章慧健郑余朝刘功宁汪波张帅西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为了方便学生更形象地理解洞桩法地铁车站边桩结构的受力机制,该文以广州地区某洞桩法地铁车站工程为依托,设计了一种简化的洞桩法车站边桩结构模型试验。基于该试验方法,演示分析了边桩结构在洞桩法车站开挖过程中的施工力学行为规律,... 详细信息

为了方便学生更形象地理解洞桩法地铁车站边桩结构的受力机制,该文以广州地区某洞桩法地铁车站工程为依托,设计了一种简化的洞桩法车站边桩结构模型试验。基于该试验方法,演示分析了边桩结构在洞桩法车站开挖过程中的施工力学行为规律,并对比研究了不同桩型布置参数下的桩后土压力、边桩结构的力学和变形规律。通过该试验,为学生展示了洞桩法边桩结构模型的设计、制作、试验具体操作及数据监测的全过程,从而让学生更好地掌握洞桩法车站边桩结构力学行为演变规律,以及采用不同边桩布置型式的力学行为差异。

关键词：洞桩法边桩结构模型试验施工力学变形规律