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非圆弧拱面内自由振动实用解析

振动与冲击 2024年第4期43卷 125-133页

作者：胡常福朱顺顺张鑫罗文俊华东交通大学土木建筑学院南昌330013

针对非圆弧拱面内线性自由振动没有解析的现状,提出了一种变系数平衡微分方程近似解析方法来解决该问题。基于笛卡尔直角坐标系下非圆弧拱线性应变与Hamilton原理,推演了非圆弧拱面内自由振动变系数平衡微分方程;基于陡拱与浅拱面内振... 详细信息

针对非圆弧拱面内线性自由振动没有解析的现状,提出了一种变系数平衡微分方程近似解析方法来解决该问题。基于笛卡尔直角坐标系下非圆弧拱线性应变与Hamilton原理,推演了非圆弧拱面内自由振动变系数平衡微分方程;基于陡拱与浅拱面内振型没有显著差异的基本假定,将该变系数平衡微分方程对应的常系数平衡微分方程的通解,代入变系数平衡微分方程,得到该变系数平衡微分方程的不平衡差;当该不平衡差沿全拱积分为零时自振频率误差最小,进而得到非圆弧拱面内自振频率高精度实用解析。基于所提出的变系数平衡微分方程近似解析方法,推演了非圆弧两铰拱与无铰拱面内自振频率实用解析,并阐明了非圆弧拱与同参数直梁面内自振频率的逻辑关系。抛物线、悬索线、悬链线与组合线等常用非圆弧两铰拱与无铰拱自由振动算例结果表明:该研究的基本假定得到了严格检验;自振频率与有限元结果吻合较好,非圆弧拱前十阶自振频率中,两铰拱自振频率最大相对误差为7.71%,无铰拱自振频率最大相对误差为4.34%;非圆弧拱与同参数直梁面内自振频率的比例系数,可为行业规范条文修订提供参考。

关键词：非圆弧拱自由振动 Hamilton原理变系数微分方程实用解析

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双波导辐射对岩石裂纹扩展机理的影响

工程科学与技术 2024年第2期56卷 108-117页

作者：温森杜林王倩张敏邓珂河南大学土木建筑学院河南开封475004

通过微波辐射能够使岩石迅速升温并产生扩展裂纹,从而大幅降低岩石强度,有助于解决全断面隧道掘进机(TBM)在破碎高强度硬岩地层时面临滚刀磨损严重、破岩效率低下、工程成本剧增等问题。为此,本文采用离散元软件PFC2D建立玄武岩的三相矿... 详细信息

通过微波辐射能够使岩石迅速升温并产生扩展裂纹,从而大幅降低岩石强度,有助于解决全断面隧道掘进机(TBM)在破碎高强度硬岩地层时面临滚刀磨损严重、破岩效率低下、工程成本剧增等问题。为此,本文采用离散元软件PFC2D建立玄武岩的三相矿物(斜长石、橄榄石、辉石)模型,并进行双波导辐射模拟,探究波导间距(60、70、80、90及100 mm)、辐射时间(0、0.04、0.06、0.08及0.10 s)和围岩压力(5、10、15及20 MPa)对岩石损伤裂纹扩展的影响规律。结果表明:采用微波功率密度1×1010W/m3对玄武岩进行辐射加热时,为达到辅助破岩的效果,辐射时间不宜低于起裂时间(0.04 s)。微波辐射导致强吸波矿物(辉石)和弱吸波矿物(斜长石)间形成较大的温度梯度和热应力且最易产生损伤裂纹,所以裂纹产生的位置主要与岩石矿物的位置分布具有重要关系。在微波辐射岩石过程中,裂纹首先在辐射区域产生,继而在热膨胀和热应力作用下扩展延伸并在波导间的岩石区域形成裂纹贯通;随着波导间距的增加,波导间岩石裂纹贯通时所需要的微波辐射时间逐渐增加。围岩压力对裂纹的产生和扩展具有抑制和约束作用,其变化对岩样损伤裂纹的生成位置和扩展路径无明显影响,通过延长微波辐射的时间可以弥补因围压增加而减少的裂纹。

关键词：微波辅助 PFC2D 裂纹辐射时间波导间距围压

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超高性能混凝土三轴受压力学性能及破坏准则

建筑结构学报 2024年第1期45卷 230-242页

作者：王淑楠徐礼华李彪池寅曾彦钦武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 武汉工程大学土木工程与建筑学院湖北武汉430074 湖北工业大学土木建筑与环境学院湖北武汉430068

为研究超高性能混凝土(UHPC)三轴受压力学性能及破坏准则,考虑围压、钢纤维体积掺量和长径比、聚丙烯纤维体积掺量等主要因素,设计制作39个超高性能混凝土圆柱体试件。通过常规三轴受压试验,考察UHPC三轴破坏形态,分析三轴应力-应变关... 详细信息

为研究超高性能混凝土(UHPC)三轴受压力学性能及破坏准则,考虑围压、钢纤维体积掺量和长径比、聚丙烯纤维体积掺量等主要因素,设计制作39个超高性能混凝土圆柱体试件。通过常规三轴受压试验,考察UHPC三轴破坏形态,分析三轴应力-应变关系全曲线,揭示强度和变形性能指标变化规律,提出考虑纤维特征参数的UHPC多轴破坏准则。结果表明:三轴应力状态下UHPC的破坏形态均呈剪切型,围压对裂缝形成与分布影响显著;UHPC三轴受压全过程曲线分为线弹性段、非线性硬化段和应变软化段三部分;施加围压和掺入钢纤维均能显著改善UHPC三轴受压力学性能,当围压从0 MPa增至40 MPa时,峰值应力和峰值应变分别最大增加161.7%和224.7%,当钢纤维体积掺量由0%增至3%以及长径比由30增至80时,峰值应力和峰值应变分别最大增加24.6%和68.6%;聚丙烯纤维可有效提升UHPC的变形能力;围压对UHPC三轴受压力学性能的影响最大,钢纤维的影响次之,聚丙烯纤维的影响最小。基于Willam-Warnke五参数模型建立了UHPC破坏准则,模型预测结果与试验结果吻合较好。

关键词：超高性能混凝土三轴受压混杂纤维应力-应变关系破坏准则

不同力学激励形式探索La基非晶合金微观结构非均匀性

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物理学报 2024年第4期73卷 224-234页

作者：张剑郝奇张浪渟乔吉超西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072

非晶合金力学行为与其微观结构非均匀性之间本征关联,是固体力学研究领域至今未能很好解决的重要科学问题之一.单一力学激励形式并不能有效地描述非晶合金微观结构非均匀性,特别是结构与动力学的关联.如何探索非晶合金结构信息,须将诸... 详细信息

非晶合金力学行为与其微观结构非均匀性之间本征关联,是固体力学研究领域至今未能很好解决的重要科学问题之一.单一力学激励形式并不能有效地描述非晶合金微观结构非均匀性,特别是结构与动力学的关联.如何探索非晶合金结构信息,须将诸多因素综合,在不同力学激励下研究非晶合金微观结构非均匀性与变形机理.本研究以La_(62)Cu_(12)Ni_(12)Al_(14)非晶合金为模型体系,利用动态力学分析仪研究非晶合金动态弛豫行为.基于准点缺陷模型,对模型合金体系α弛豫和β弛豫进行了分离.借助于拉伸应变率跳实验,探索非晶合金高温流变行为.确定非晶合金塑性流变过程中弹性、滞弹性以及塑性变形的贡献.本研究从非晶合金动态力学弛豫行为和宏观塑性流变行为出发,尝试揭示微观非均匀性对非晶合金在不同激励形式中缺陷的激活、扩展和融合的物理本质.

关键词：非晶合金微观结构非均匀性动力学弛豫高温变形准点缺陷模型

硫酸盐侵蚀下混杂纤维/橡胶混凝土力学性能及微观结构

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复合材料学报 2024年第4期41卷 2055-2064页

作者：刘雨姗庞建勇安徽理工大学土木建筑学院淮南232001

为研究混杂纤维/橡胶混凝土(HF/RC)的抗硫酸盐侵蚀性能,对比分析硫酸盐环境下干湿循环240次内,普通混凝土(NC)和HF/RC的表观现象、质量损失、超声参数、抗压强度损失等性能指标劣化过程,采用SEM及XRD微观表征手段分析硫酸盐/干湿循环前... 详细信息

为研究混杂纤维/橡胶混凝土(HF/RC)的抗硫酸盐侵蚀性能,对比分析硫酸盐环境下干湿循环240次内,普通混凝土(NC)和HF/RC的表观现象、质量损失、超声参数、抗压强度损失等性能指标劣化过程,采用SEM及XRD微观表征手段分析硫酸盐/干湿循环前后试件微观形貌及物相组成。结果表明:随硫酸盐/干湿循环次数增加,NC、HF/RC试件的质量、抗压强度呈先增后减的趋势,超声参数与抗压强度、耐蚀系数具有密切相关性;侵蚀初期SO_(4)^(2−)与胶凝物质反应填充原生孔隙,基体密实度提高。侵蚀过程胶凝材料不断被消耗,基体在硫酸钠反复结晶的物理侵蚀及硫酸盐化学侵蚀的共同作用下出现空隙和孔洞。但橡胶颗粒和混杂纤维可阻断裂缝扩展继而减缓SO_(4)^(2−)扩散,抑制膨胀性产物生成,延缓结晶应力诱发的表层裂纹发育。硫酸盐侵蚀各阶段HF/RC的劣化程度均优于NC,经240次硫酸盐/干湿循环后,NC、HF/RC的耐蚀系数分别为69.00%、78.87%。

关键词：硫酸盐环境橡胶混凝土玄武岩纤维聚乙烯醇纤维干湿循环微观结构

离散元分析QH-E模拟月壤颗粒破碎对力学性能的影响

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应用力学学报 2024年

作者：李云丽李嘉维邹维列吴文平武汉工程大学土木工程与建筑学院武汉大学土木建筑工程学院

模拟月壤是探月工程模型月壤试验的重要材料，其力学性能测试将直接影响钻探取样、月球着陆器、月球车等装置的设计，颗粒破碎是引起力学性能变化的重要因素之一。本文以QH-E模拟月壤为研究对象，采用离散元方法通过连接键将若干圆形颗... 详细信息

模拟月壤是探月工程模型月壤试验的重要材料，其力学性能测试将直接影响钻探取样、月球着陆器、月球车等装置的设计，颗粒破碎是引起力学性能变化的重要因素之一。本文以QH-E模拟月壤为研究对象，采用离散元方法通过连接键将若干圆形颗粒黏结为一个具有不规则几何形状的颗粒体，建立了考虑QH-E模拟月壤颗粒破碎的离散元模型，开展了低应力（5～25kPa）下含可破碎颗粒的模拟月壤双轴压缩力学性能研究。得到了低应力下QH-E模拟月壤的偏应力-轴应变、体应变-轴应变曲线，并分析了月壤在加载过程中试样内部裂纹的扩展与颗粒运动的演变特征。模拟结果表明，在双轴压缩过程中，含可破碎颗粒和不可破碎颗粒的模拟月壤试样应力-应变关系均呈现较明显的峰值应力和峰后软化现象，且含可破碎颗粒试样的峰值应力明显低于不可破碎颗粒试样。体应变-轴应变曲线在双轴压缩过程中均表现为先剪缩后剪胀的变形特征，不可破碎颗粒试样率先出现剪胀且剪胀幅度高于可破碎颗粒试样。微观分析表明随着围压的增加，试样内部裂纹逐渐增多，且剪切裂纹明显多于拉伸裂纹，并出现明显的剪切带。研究结果为深入了解探月工程中月壤颗粒的破碎行为及由此引起的力学性能的改变提供了重要参考。

关键词：模拟月壤颗粒破碎离散元方法围压力学性能

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力学系统的任意阶分数维梯度表示

力学学报 2024年

作者：齐皓晖王鹏济南大学土木建筑学院

梯度系统是一类重要的数学系统,其性质适用Lyapunov函数研究系统的平衡和稳定性.约束力学系统的稳定性研究具有重要应用价值.若约束力学系统可转化为梯度系统,则可利用梯度系统性质研究其稳定性.然而有些约束力学系统并没有梯度表示,如... 详细信息

梯度系统是一类重要的数学系统,其性质适用Lyapunov函数研究系统的平衡和稳定性.约束力学系统的稳定性研究具有重要应用价值.若约束力学系统可转化为梯度系统,则可利用梯度系统性质研究其稳定性.然而有些约束力学系统并没有梯度表示,如果可以将其拓展到分数阶情形,可为这类约束系统的稳定性研究提供新思路.目前关于约束力学系统的分数维梯度表示限于二阶梯度系统(分数阶导数的阶数α=2),对任意阶导数的梯度系统还未有报道,限制了其应用.不同以往限于力学系统的二阶分数维梯度表示,本文研究力学系统的一类新分数维梯度表示,即任意阶分数维梯度表示.首先建立系统的微分方程,进而给出了力学系统可以表示为任意阶(α为正整数或任意分数)的分数维梯度系统的条件及其任意阶分数维梯度形式,通常梯度系统和二阶分数维梯度系统是本文结果的特例,然后讨论本文结果的一般性,发现不同分数阶导数定义下同阶分数维梯度系统的阶数取值范围并不同.通过算例说明了结果的适用性.

关键词：任意阶分数维梯度系统非保守系统分数阶导数

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双向斜置波纹钢板剪力墙抗震性能试验研究

地震工程学报 2024年

作者：张震杨涛春李宜蔚林明强谢群济南大学土木建筑学院

为解决平钢板剪力墙易产生面外屈曲的问题,提出一种具备自防面外屈曲性能的新型双向斜置波纹钢板剪力墙(CCSPW)。为研究波纹角度对其抗震性能的影响,设计制作3个1/3缩尺CCSPW试件,通过MTS加载系统开展试验研究,同时分析在低周反复荷载... 详细信息

为解决平钢板剪力墙易产生面外屈曲的问题,提出一种具备自防面外屈曲性能的新型双向斜置波纹钢板剪力墙(CCSPW)。为研究波纹角度对其抗震性能的影响,设计制作3个1/3缩尺CCSPW试件,通过MTS加载系统开展试验研究,同时分析在低周反复荷载作用下的初始刚度、承载力、破坏过程与破坏形式、耗能能力以及延性等抗震性能指标。研究表明:在低周反复荷载作用下,CCSPW可较好地防止面外鼓曲现象,并有良好的侧向承载能力;双向斜向布置的波纹钢板一拉一压共同受力,有效提高试件的初始刚度;其中,斜置角度为45°的CCSPW试件的承载力比其他两个试件分别提高了5.5%与10%,且延性系数最大,延性最好;斜置角度为60°的CCSPW试件的初始刚度和等效黏滞阻尼系数最大,与其他两个试件相比其等效黏滞阻尼系数提高了2%～5%,且耗能能力较为优异。

关键词：波纹钢板抗震性能承载力耗能能力试验研究

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路基填筑短期内热棒高导热性影响

吉林大学学报（地球科学版） 2024年第2期54卷 570-580页

作者：韩长玉赵浩汀河南大学土木建筑学院河南开封475000

为研究多年冻土区路基填筑短期内热棒高导热性对路基下部冻土温度场的影响,基于水热耦合作用,采用数值模拟方法对路基填筑短期内温度场变化进行了分析。结果表明:受热棒高导热性影响,路基填筑短期内冻结锋面沿热棒下凹;6月填筑,易使坡... 详细信息

为研究多年冻土区路基填筑短期内热棒高导热性对路基下部冻土温度场的影响,基于水热耦合作用,采用数值模拟方法对路基填筑短期内温度场变化进行了分析。结果表明:受热棒高导热性影响,路基填筑短期内冻结锋面沿热棒下凹;6月填筑,易使坡脚和蒸发段处发生水热侵蚀,7月填筑,冻结锋面最低点深度超过热棒埋置深度,对热棒稳定性最不利,8月和9月填筑,热棒高导热性影响时间较短;热棒高导热性对温度场的负面影响随填料温度和热棒材料导热系数的增加而增大。为减少填筑短期内热棒高导热性影响,应避免在6到7月份施工,施工时尽量降低路基填料温度,在不影响降温效果的前提下可适当减小热棒材料的导热系数。

关键词：多年冻土热棒高导热性温度场数值模拟