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基于修正Mohr-Coulomb准则的岩土材料本构模型子程序开发

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工程力学 2024年

作者：冯捷讯潘鹏清华大学土木工程系清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室

Mohr-Coulomb准则在岩土工程有限元分析中应用广泛，既有研究表明Abbo-Sloan提出的修正Mohr-Coulomb准则比传统Mohr-Coulomb准则具有更好的数值稳定性。然而，现有通用有限元分析软件均未提供基于该准则的岩土材料本构模型。此外，现有... 详细信息

Mohr-Coulomb准则在岩土工程有限元分析中应用广泛，既有研究表明Abbo-Sloan提出的修正Mohr-Coulomb准则比传统Mohr-Coulomb准则具有更好的数值稳定性。然而，现有通用有限元分析软件均未提供基于该准则的岩土材料本构模型。此外，现有基于修正Mohr-Coulomb准则的本构模型子程序存在数值精度和稳定性不足的问题。本文针对修正Mohr-Coulomb准则提出了一种新的应力更新算法，给出了相关参数计算公式和该算法的实施步骤。以通用有限元程序ABAQUS为平台，开发了相应的UMAT子程序。通过土体单元常规三轴压缩算例和岩土工程边坡稳定性分析算例对开发的UMAT子程序进行了测试。算例结果表明，基于修正Mohr-Coulomb准则的UMAT本构模型子程序具有较高的计算精度和良好的收敛性。

关键词：修正Mohr-Coulomb准则应力更新算法本构模型用户子程序 Abaqus

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一种基于条纹相位特征的PCB三维重建方法

光学学报 2024年

作者：吴福培彭俊龙叶玮琳郑志丹李昇平汕头大学工学院机械工程系

重建印刷电路板(PCB)表面元器件的三维形貌对确保其贴装质量具有重要意义。为提升PCB表面三维重建的精度和可靠性，论文提出一种基于条纹相位特征的PCB三维重建方法。首先，基于自适应权重法建立多曝光图像的融合规则，进而合成出高质... 详细信息

重建印刷电路板(PCB)表面元器件的三维形貌对确保其贴装质量具有重要意义。为提升PCB表面三维重建的精度和可靠性，论文提出一种基于条纹相位特征的PCB三维重建方法。首先，基于自适应权重法建立多曝光图像的融合规则，进而合成出高质量的条纹图像，并构建异步多频相移法以求解视场内各像素点相位值；其次，针对结构光三角立体模型因标定误差而影响PCB重建精度问题，由相机和结构光发生器视线映射关系建立高度重建模型；在此基础上，基于标准量块的测量值标定并拟合出最终的三维重建参数。实验结果表明，论文所提方法可有效提升高动态范围复杂表面的三维重建效果；在精度评价实验中，采用所提三维重建方法测量陶瓷标准球的平均直径误差为0.0188mm，且能准确可靠地恢复PCB表面元器件的三维形貌，进一步检验了论文所提方法的有效性。

关键词：三维重建条纹结构光印刷电路板参数标定图像融合

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双竖向连梁偏心支撑组合框架理论研究

工程力学 2024年

作者：吴桢灏庄亮东赵永飞巫山湖南大学土木工程学院清华大学土木工程系清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室

双竖向连梁偏心支撑组合框架（简称“DY-EBCF”）能在保证足够承载力和抗侧刚度的同时，最大限度降低连梁对下部空间的占用。但仅有的试验研究成果无法证实该结构的优越性和普适性，阻碍了其在实际工程中的应用。本文基于结构力学原理... 详细信息

双竖向连梁偏心支撑组合框架（简称“DY-EBCF”）能在保证足够承载力和抗侧刚度的同时，最大限度降低连梁对下部空间的占用。但仅有的试验研究成果无法证实该结构的优越性和普适性，阻碍了其在实际工程中的应用。本文基于结构力学原理，建立了DY-EBCF结构的理论模型，推导出了在侧向荷载作用下结构的变形模式和内力分布，理论模型表明，相比于原组合框架结构，DY-EBCF的梁端内力和柱端内力均有所增加，而梁端转角有一定的减小，并且可以通过增大2个连梁之间的中心距来降低梁端和连梁安装位置处的弯矩值，从而减轻混凝土板的损伤；之后提出了该结构体系“多段线”式的理论骨架曲线，并给出了关键点的荷载、侧移计算公式，按照该方法得到的骨架曲线与试验骨架曲线吻合良好，验证了模型的准确性。最后，讨论了结构关键设计参数，包括：梁柱线刚度比、连梁剪切刚度和布置间距、斜撑刚度对结构力学性能的影响，并给出了相应的取值建议。

关键词：偏心支撑组合框架双竖向连梁理论模型骨架曲线参数分析取值建议

面向月面原位建造的模拟月壤太阳聚光熔融试验研究

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华中科技大学学报(自然科学版) 2024年第8期 130-138页

作者：杨少博冯鹏张道博左洋祁俊峰包查润王钦玉清华大学土木工程系北京卫星制造厂有限公司

基于探月工程的月面自动化建造需要，面向月面原位资源与能源的利用问题，研究了以太阳光直接聚光熔融固化月壤技术方案，展现了在月面利用太阳光和月壤进行建造的应用潜力.采用菲涅尔透镜进行聚光熔融固化模拟月壤CUG-1A，采用自主搭... 详细信息

基于探月工程的月面自动化建造需要，面向月面原位资源与能源的利用问题，研究了以太阳光直接聚光熔融固化月壤技术方案，展现了在月面利用太阳光和月壤进行建造的应用潜力.采用菲涅尔透镜进行聚光熔融固化模拟月壤CUG-1A，采用自主搭建的试验设备进行了熔融固化成型，研究了成形过程工艺参数，分析了影响成形结果相关因素，提出了试验条件下模拟月壤单层熔融固化的最优参数方案.在此基础上，对成形样件进行了微观几何形态和化学成分分析，进一步解释了此种月壤固化成形方法的机理.本研究验证了太阳能聚光熔融固化月壤建造的有效性，形成了原理样机，并提出了相应工艺参数，为探月与月面建造提供了技术参考.

关键词：月面建造原位资源利用太阳能聚光熔融固化微观分析

Y型双肢连梁偏心支撑组合框架力学性能试验研究

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工程力学 2024年

作者：吴桢灏庄亮东王巍湖南大学土木工程学院清华大学土木工程系清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室

传统的Y型单肢连梁偏心支撑组合框架（简称“SY-EBCF”）已被证明是一种高效的消能减震结构体系；但连梁的引入会压缩建筑空间，降低建筑功能；本文在SY-EBCF形式的基础上，提出了Y型双肢连梁偏心支撑组合框架（简称“DY-EBCF”）通过... 详细信息

传统的Y型单肢连梁偏心支撑组合框架（简称“SY-EBCF”）已被证明是一种高效的消能减震结构体系；但连梁的引入会压缩建筑空间，降低建筑功能；本文在SY-EBCF形式的基础上，提出了Y型双肢连梁偏心支撑组合框架（简称“DY-EBCF”）通过增加连梁数目，减小连梁尺寸，既能保证偏心支撑能够提供足够的承载力和刚度，又能最大限度的降低连梁对下部空间的占用。为研究DY-EBCF的力学性能，本文分别对一个DY-EBCF试件和拆卸失效连梁后的试件开展了拟静力试验，分析了试件的失效模式、荷载位移曲线和关键截面应变分布。试验结果表明：连梁主要依靠腹板剪切变形耗散能量，在其失效退出工作前，DY-EBCF试件的滞回曲线饱满且稳定；当拆除失效连梁后，结构在不平衡内力作用下恢复到原位，残余变形角为0.002 rad，小于连梁可更换的最大残余位移角（0.003 rad）；余下的组合框架部分水平承载力虽降低至未拆卸连梁时的1/2，但结构仍具有稳定承载的能力。最后对比了DY-EBCF和SY-EBCF的试验结果，证明了DY-EBCF在耗能能力、刚度和变形能力方面具有更好的抗震性能。

关键词： Y型偏心支撑组合框架双肢连梁建筑使用空间试验研究力学性能

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基于插值超分辨的双目三维重建方法

中国光学（中英文） 2024年第4期17卷 862-874页

作者：刘宇豪吴福培吴树壮王瑞汕头大学工学院机械工程系广东汕头515063

基于双目立体匹配重建物体表面三维形貌时,其匹配精度往往受限于传感器尺寸、镜头焦距和光源环境等物理条件。针对此问题,本文提出了一种基于插值超分辨的双目表面三维重建方法。首先,在图像预处理阶段,建立基于小波变换与双直方图均衡... 详细信息

基于双目立体匹配重建物体表面三维形貌时,其匹配精度往往受限于传感器尺寸、镜头焦距和光源环境等物理条件。针对此问题,本文提出了一种基于插值超分辨的双目表面三维重建方法。首先,在图像预处理阶段,建立基于小波变换与双直方图均衡融合的图像增强方法,克服传统双目视觉受限于复杂环境光干扰等问题;其次,构建基于拉格朗日与三次多项式插值的超分辨算法,提升图像像素密度,为双目匹配代价计算阶段增加图像细节,从而提高匹配精度;最后,基于SLIC算法对目标图像进行分割,并针对各分割区域分别做二次曲面拟合,进而获得与物体实际表面更为贴合的高度曲线,从而降低重建误差并可提高重建精度。实验结果表明:5组测量样品的全局高度测量平均相对误差为±2.3%,实验平均测量时长为1.8828 s,最大时长为1.9362 s,较传统方法有明显提升。实验分析结果验证了本文所提方法的有效性。

关键词：双目视觉三维测量插值超分辨超像素分割

除冰盐冻融作用下混凝土界面粘结强度与界面过渡区细观力学性能的关系

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材料导报 2024年第5期38卷 165-171页

作者：朱本清余红发巩旭吴成友麻海燕青海大学土木工程学院西宁810000 南京航空航天大学机场与土木工程系南京211106 青海省建筑节能材料与工程安全重点实验室西宁810000

界面过渡区(Interfacial transition zone, ITZ)是混凝土内部结构的薄弱环节,也是外界侵蚀性离子向内扩散渗透的通道。通过除冰盐快速冻融实验研究了在除冰盐冻融环境下混凝土界面宏观和细观力学性能的变化规律。结果表明,混凝土粗骨料... 详细信息

界面过渡区(Interfacial transition zone, ITZ)是混凝土内部结构的薄弱环节,也是外界侵蚀性离子向内扩散渗透的通道。通过除冰盐快速冻融实验研究了在除冰盐冻融环境下混凝土界面宏观和细观力学性能的变化规律。结果表明,混凝土粗骨料与砂浆的界面粘结强度和ITZ显微硬度在盐冻过程中均呈现出典型的两段式线性变化,即随着盐冻循环次数增加而增强的初始强化阶段和随着盐冻循环次数增加而降低的后期劣化阶段;初始界面粘结强度或ITZ显微硬度随着水胶比的增大而减小,初始强化速率减慢,后期劣化速率加快,且低水胶比的混凝土有着较好的抗盐冻性能;盐冻过程中混凝土粗骨料和砂浆的界面粘结强度与ITZ显微硬度之间具有较明显的相关性。此研究结果为盐冻环境下混凝土细观力学分析提供了基础数据。

关键词：混凝土除冰盐单面冻融界面过渡区力学性能显微硬度

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地铁车站下水平冻结过程中冻胀的热-水-力耦合模型研究

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岩土力学 2024年

作者：王长虹魏永青张海东李飞上海大学力学与工程科学学院土木工程系

随着地下空间大规模开发利用，人工冻结法在隧道下穿上覆结构工程中得到广泛应用，但上覆结构对冻胀变形控制要求也越来越高，而上覆既有结构与冻结法工艺的相互作用规律尚不明晰。为此，提出多物理场耦合冻胀变形计算方法。依托上海地... 详细信息

随着地下空间大规模开发利用，人工冻结法在隧道下穿上覆结构工程中得到广泛应用，但上覆结构对冻胀变形控制要求也越来越高，而上覆既有结构与冻结法工艺的相互作用规律尚不明晰。为此，提出多物理场耦合冻胀变形计算方法。依托上海地铁18号线国权路站下穿既有10号线上部运营车站的盾构隧道工程，以上海第⑤1层灰色黏土为对象，研究新建隧道冻结法施工对上部运营车站主要结构的扰动作用。以孔隙比、冻结温度和平均水压力为耦合变量，考虑水分迁移，推导冻胀变形公式，改进热-水-力耦合的冻胀计算模型。基于黏性土的冻胀试验，获得冻胀试样的应力-应变关系，描述黏性土孔隙结构的变化规律。利用软件COMSOL Multiphysics的弱形式模块，开展热-水-力三场耦合数值模拟。结果表明：模拟结果与监测数据具有较高的拟合度，并小于预定的控制值，验证了耦合理论的正确性。研究成果可为类似冻结下穿隧道工程，提供一种多物理场耦合作用的上覆结构变形计算方法；为下穿隧道工程冻结法设计及施工提供有效的计算参数；为制定下穿隧道工程冻结法加固施工的安全控制指标，提供科学依据。

关键词：下穿隧道人工冻结法黏性土孔隙比热-水-力耦合

附加不同形式调谐质量惯容系统的高耸烟囱轻量化减震控制

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振动工程学报 2024年第3期37卷 464-475页

作者：张力张瑞甫薛松涛谢丽宇同济大学土木工程学院土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院结构防灾减灾工程系上海200092 日本东北工业大学建筑系仙台982-8577

附加调谐质量阻尼器是烟囱结构的一种传统减震控制方法,然而其通常需要较大的附加质量及额外的安装空间,这为施工安装带来不便。本文提出附加调谐质量惯容系统(TMIS)控制高耸烟囱的地震响应,以利用惯容元件的表观质量效果实现轻量化减... 详细信息

附加调谐质量阻尼器是烟囱结构的一种传统减震控制方法,然而其通常需要较大的附加质量及额外的安装空间,这为施工安装带来不便。本文提出附加调谐质量惯容系统(TMIS)控制高耸烟囱的地震响应,以利用惯容元件的表观质量效果实现轻量化减震目标。同时,考虑烟囱高阶模态对其地震响应不容忽视的影响,提出沿烟囱高度布置的分布式TMIS以实现多模态控制效果。建立了基于两种不同惯容子系统的TMIS力学模型及相应的附加分布式TMIS烟囱运动方程。以金井清谱为随机地震激励输入,并基于改进的定点理论提出了分布式TMIS的部分设计参数简化假设,提出了基于需求的分布式TMIS烟囱结构多模态优化设计方法。通过实例验证了所建议设计方法的有效性,并对比检验了分布式TMIS的轻量化及多模态控制效果,通过参数分析检验了所采用的改进定点理论简化的合理性。结果表明:所建议的设计方法可以按照预定目标发挥两种分布式TMIS的减震性能,两种分布式TMIS均显示了明显的轻量化减震效果。

关键词：减震惯容烟囱多模态控制调谐

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