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混凝土铺装层开裂对正交异性钢桥面疲劳性能劣化作用研究

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土木工程学报 2024年第9期57卷 46-55,97页

作者：叶华文蒋成川何建希潘威洲邓雪峰徐勋西南交通大学四川成都610031 成都市市政工程设计研究院有限公司四川成都610023

为合理评估混凝土铺装层开裂对正交异性钢桥面板疲劳性能劣化的影响,开展足尺模型疲劳试验并进行数值仿真分析,得到铺装层开裂后钢桥面板典型易损细节疲劳应力,并提出疲劳应力增大系数量化分析裂缝尺寸对各细节疲劳应力的影响效应。结... 详细信息

为合理评估混凝土铺装层开裂对正交异性钢桥面板疲劳性能劣化的影响,开展足尺模型疲劳试验并进行数值仿真分析,得到铺装层开裂后钢桥面板典型易损细节疲劳应力,并提出疲劳应力增大系数量化分析裂缝尺寸对各细节疲劳应力的影响效应。结果表明:混凝土裂缝深度不超过其厚度20%时,正交异性钢桥面典型细节疲劳应力增幅很小;混凝土层正下方的横隔板-U肋-顶板及横隔板-U肋细节疲劳应力对混凝土裂缝长度、深度变化较敏感,混凝土开裂对横隔板弧形开口处及U肋圆弧处的影响较小;纵桥向裂缝对疲劳应力的影响比横桥向裂缝显著,且多裂缝会明显增大疲劳细节处应力水平,会加速桥面结构疲劳性能劣化,因此须设钢筋网阻滞裂缝扩展。

关键词：正交异性组合桥面板混凝土层开裂疲劳应力性能劣化足尺模型试验

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基于群堆管理的压水堆核电厂首循环装载研究

核动力工程 2024年第3期45卷 268-271页

作者：廖鸿宽胡钰莹于颖锐王丹段永强李天涯何彩云成都核总核动力研究设计工程有限公司成都610213 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213 中国核动力研究设计院成都610213

堆芯装载方案是关系到电厂经济性和安全性最为关键的设计内容之一,而传统的首循环装载方案由于采用全堆全新燃料组件的方式,不可避免地导致一批从首循环中卸出的组件无法继续使用,燃料经济性与堆芯经济性均欠佳,亟需开展燃料经济性更优... 详细信息

堆芯装载方案是关系到电厂经济性和安全性最为关键的设计内容之一,而传统的首循环装载方案由于采用全堆全新燃料组件的方式,不可避免地导致一批从首循环中卸出的组件无法继续使用,燃料经济性与堆芯经济性均欠佳,亟需开展燃料经济性更优,燃料组件使用更为合理的首循环装载设计方法研究。本文提出了基于群堆管理的压水堆核电厂首循环装载设计方法,通过多机组燃料组件的共享使用,将多个机组的首循环进行群堆设计,提高首循环使用的新燃料组件富集度,实现循环长度需求,在保证各机组循环长度的基础上减少新燃料组件数目,可显著提高燃料利用率和首循环卸料组件燃耗,实现了机组经济性的显著提升,以华龙一号堆芯开展验证,结果表明,群堆管理模式下,在循环长度相当的情况下可实现双机组减少41组新燃料组件,堆芯各项参数满足设计限值要求,可为后续机组首循环装载设计提升核能经济性和竞争力提供参考。

关键词：群堆管理首循环装载燃料利用率

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钢桥复杂构造疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测

东南大学学报（自然科学版） 2024年第3期54卷 578-585页

作者：崔闯郑秋松袁晓鹏张宁张清华西南交通大学土木工程学院成都610031 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092

针对传统宏观唯像学方法无法描述钢桥疲劳损伤由微观到宏观的多尺度演化过程的问题,建立了可描述钢桥复杂构造疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法.首先,结合微观晶体塑性本构模型,建立了以能量耗散理论为基础的微观短裂纹成核与扩展模型... 详细信息

针对传统宏观唯像学方法无法描述钢桥疲劳损伤由微观到宏观的多尺度演化过程的问题,建立了可描述钢桥复杂构造疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法.首先,结合微观晶体塑性本构模型,建立了以能量耗散理论为基础的微观短裂纹成核与扩展模型.同时,结合线弹性断裂力学,建立了宏观长裂纹扩展模型.在此基础上,以钢桥典型的纵肋与顶板焊接构造细节为研究对象,结合既有疲劳试验,模拟并验证了微观短裂纹的成核、扩展,以及宏观长裂纹扩展全过程.数值模拟结果与试验结果基本一致,表明所提出的疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法对于钢桥复杂构造细节疲劳损伤演化与评估具有较好的适用性.

关键词：钢桥疲劳损伤演化位错偶极子模型短裂纹成核扩展长裂纹扩展

基于磁性隧道结和双组分多铁纳磁体的超低功耗磁弹模数转换器

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物理学报 2024年第13期73卷 301-308页

作者：夏永顺杨晓阔豆树清崔焕卿危波梁卜嘉闫旭空军工程大学基础部西安710051

本文提出了一种由8个磁性隧道结(magnetic tunnel junction,MTJ)构成的3位磁弹模数转换器(magnetoelastic analog-to-digital converter,MEADC),该转换器中MTJ自由层为双组分多铁纳磁体.通过对多铁纳磁体实施应变介导的电压调控,可以实... 详细信息

本文提出了一种由8个磁性隧道结(magnetic tunnel junction,MTJ)构成的3位磁弹模数转换器(magnetoelastic analog-to-digital converter,MEADC),该转换器中MTJ自由层为双组分多铁纳磁体.通过对多铁纳磁体实施应变介导的电压调控,可以实现零场条件下的确定性磁化翻转.研究发现:对于给定尺寸,给定材料的双组分多铁纳磁体,压电层厚度与双组分多铁纳磁体的临界翻转电压线性相关.基于该原理,通过调整压电层的厚度使得MEADC具有8个不同的电压切换阈值,将模拟信号转换为8个多铁MTJ不同磁化状态组合.同时,设计了锁存比较器和独立的读取电路来检测MTJ的阻态,以此实现了数字信号的输出.Monte Carlo功能模拟表明:该MEADC在室温下写入成功率可达100%;此外,读写电路相互分离,使得压电层厚度与MTJ的输出参考电压无关,因此每个MTJ可设置相同的参考电压,从而具有更高的读取可靠性.微磁仿真和数值模拟分析发现:该MEADC的工作频率可达250 MHz,单次转换能耗仅为20 aJ;与基于Racetr ack技术的磁模数转换器相比,能耗降低了1000倍,采样速率提高了10倍.本文提出的MEADC可为基于自旋电子器件的存算一体电路架构提供重要的技术支撑.

关键词：磁弹模数转换器磁性隧道结自旋电子学纳磁体

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表面织构对滑动电接触界面摩擦学行为的影响

表面技术 2024年第9期53卷 137-147,179页

作者：王东伟李发强黄起昌赵阳丁昊昊中国核动力研究设计院设计研究所核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213 西南交通大学机械工程学院成都610031

目的利用表面织构减摩抗磨的优良特性,将其应用于电接触摩擦表面,探讨它对滑动电接触界面摩擦磨损及电接触可靠性的影响。方法利用激光系统制备2种织构,即方坑型表面织构(SPT)和沟槽型表面织构(GT),并与光滑表面的载流摩擦学信号进行对... 详细信息

目的利用表面织构减摩抗磨的优良特性,将其应用于电接触摩擦表面,探讨它对滑动电接触界面摩擦磨损及电接触可靠性的影响。方法利用激光系统制备2种织构,即方坑型表面织构(SPT)和沟槽型表面织构(GT),并与光滑表面的载流摩擦学信号进行对比分析。利用ABAQUS模拟试验,分析界面接触应力、电压和位移的变化特性。结果随着试验的进行,GT表面的摩擦因数逐渐增大,并与光滑表面达到同一水平(0.7),SPT表面的摩擦因数在整个试验过程中始终较低(0.4)。光滑表面在电接触过程中发生了多频振动现象,2种织构表面的振动信号非常微弱,尤其是SPT表面,仅出现了100 Hz的振动频率。光滑表面和GT表面出现较严重的磨损现象,而SPT表面磨损轻微。有限元分析结果表明,表面织构的存在能够避免应力集中现象,GT表面的应力较大(90MPa),且始终分布在沟槽棱边。结论在电接触状态下,2种织构表面均能不同程度地降低界面的摩擦因数和摩擦力,其中SPT表面的减摩降磨效果最显著。GT表面沟槽棱边的损伤和磨屑堆积是导致其逐渐失去减摩效果的主要原因。模拟分析结果证实,SPT表面织构的存在能避免应力集中,有利于改善磨损和降低振动强度。虽然GT表面的最大应力分布也具有时变特征,但是其值较大,且分布在沟槽棱边,导致沟槽织构的减摩效果逐渐减弱。

关键词：表面织构滑动电接触摩擦磨损试验测试有限元分析

隧道内无砟轨道上拱变形特征及行车安全性研究

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中国安全科学学报 2024年第1期34卷 187-192页

作者：宋慧来林锦镇蒋典佑张鲁顺禹雷西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055

为评估高铁隧道内无砟轨道上拱变形对行车安全性的影响,基于实测数据获得无砟轨道上拱变形特征,从而建立仰拱填充层-无砟轨道-车辆系统动力学计算模型。利用计算模型获得不同无砟轨道上拱变形特征对车辆动力响应的影响,进而评估高速行... 详细信息

为评估高铁隧道内无砟轨道上拱变形对行车安全性的影响,基于实测数据获得无砟轨道上拱变形特征,从而建立仰拱填充层-无砟轨道-车辆系统动力学计算模型。利用计算模型获得不同无砟轨道上拱变形特征对车辆动力响应的影响,进而评估高速行车安全性。结果表明:高铁隧道内无砟轨道上拱变形的实测波长主要范围为3~30 m,幅值主要范围为0~8 mm,其中,以波长10 m、幅值2 mm的上拱变形为主。上拱波长不超过6 m时轮轨力峰值较大,上拱波长在12 m左右时车体垂向加速度峰值较大。波长6 m左右的上拱变形对高速行车安全性的影响显著,具有一定的脱轨风险,应重点关注。

关键词：高铁隧道无砟轨道上拱变形行车安全性动力响应

碳基跨尺度纤维增强混凝土劈拉性能及微观界面研究

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化工新型材料 2024年第7期52卷 245-249页

作者：夏伟张彤白二雷陆松吴昊秦立军空军工程大学航空工程学院西安710038 空军研究院工程设计研究所北京100071 中国海警局执法部北京100089

为改善碳纤维增强混凝土(CFRC)内部的纤维/基体(F/M)界面性能,提出利用碳纳米管-碳纤维跨尺度增强体(CNTs-CF)对F/M微观界面进行改性的技术方法。设计制作了CNTs-CF体积分数分别为0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的跨尺度纤维增强混凝土(CCF... 详细信息

为改善碳纤维增强混凝土(CFRC)内部的纤维/基体(F/M)界面性能,提出利用碳纳米管-碳纤维跨尺度增强体(CNTs-CF)对F/M微观界面进行改性的技术方法。设计制作了CNTs-CF体积分数分别为0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的跨尺度纤维增强混凝土(CCFRC)试件,进而对其开展了劈裂抗拉实验,并与CFRC进行对比分析。结果表明,在相同的纤维掺量情况下,CCFRC能够在劈拉破坏失效时维持更好的整体性,而且CCFRC的劈裂抗拉强度明显高于CFRC。CCFRC的劈裂抗拉强度随纤维掺量的增加呈先逐渐升高后略有下降的变化趋势,当CNTs-CF的体积分数为0.3%时达到最大值,较之普通混凝土(PC)和CFRC,增长幅度分别达37.67%和13.21%。CNTs-CF兼具碳纤维和碳纳米管的优良特性,能够充分发挥跨尺度协同改性效应,强化F/M界面。CCFRC在工程结构抗力提升,以及基础设施电磁防护领域具有广阔的应用发展前景。

关键词：混凝土碳基跨尺度纤维劈裂抗拉强度纤维/基体界面协同改性

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基于断裂力学的腐蚀钢丝疲劳S-N曲线研究

铁道科学与工程学报 2024年第5期21卷 1990-2000页

作者：叶华文叶杨帆邓雪峰杨军川徐勋西南交通大学土木工程学院四川成都610031 成都市市政工程设计研究院有限公司四川成都610023 四川资潼高速公路有限公司四川成都641300

高强冷拔钢丝因其优异的力学性能被广泛应用于缆索承重结构,服役过程中钢丝腐蚀与断裂威胁着结构安全。钢丝腐蚀后表面的蚀坑因应力集中效应易产生疲劳裂纹,因此腐蚀钢丝剩余疲劳寿命主要取决于裂纹的扩展阶段,且裂纹扩展受到腐蚀程度(... 详细信息

高强冷拔钢丝因其优异的力学性能被广泛应用于缆索承重结构,服役过程中钢丝腐蚀与断裂威胁着结构安全。钢丝腐蚀后表面的蚀坑因应力集中效应易产生疲劳裂纹,因此腐蚀钢丝剩余疲劳寿命主要取决于裂纹的扩展阶段,且裂纹扩展受到腐蚀程度(初始损伤)的显著影响。精确表征腐蚀程度并准确评估服役期钢丝腐蚀后的剩余寿命,仍是亟待解决的维修难题。首先采用蚀坑最大深度表征钢丝腐蚀程度,以应力强度因子幅作为裂纹扩展驱动力指标,基于断裂力学的Paris公式建立受拉钢丝裂纹扩展理论模型,进而推导腐蚀钢丝的疲劳S-N曲线。大量既有的腐蚀钢丝疲劳试验结果与理论预测值的比较验证了所提理论模型及疲劳S-N曲线的合理性和有效性。含多个蚀坑的钢丝裂纹扩展有限元模拟表明,等效单裂纹适用于多腐蚀坑钢丝疲劳寿命的简化分析。参数分析表明,蚀坑深度和腐蚀环境是腐蚀钢丝疲劳强度的关键影响因素,而应力比和疲劳加载频率影响较小,所提出的S-N曲线在钢丝常规服役条件下适用于评估其剩余寿命,可得到合理的预测结果。基于断裂力学所提的理论方法和疲劳S-N曲线可为腐蚀钢丝的疲劳强度和寿命评估提供参考。

关键词：冷拔钢丝腐蚀剩余寿命 S-N曲线蚀坑深度

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基于双几何相位超表面的三频全空间波前调控

电子学报 2024年第2期52卷 396-406页

作者：徐健王彦朝罗慧玲史浩洋许河秀空军工程大学陕西西安710051

为解决全空间超表面的多通道串扰问题,提出了一种基于双几何相位超表面的三频段透射-反射-透射全空间波前调控方法.采用频率选择表面与多层超表面子结构级联来获得三个频段的独立调控,并基于双几何相位原理实现了透、反射全空间幅相同调... 详细信息

为解决全空间超表面的多通道串扰问题,提出了一种基于双几何相位超表面的三频段透射-反射-透射全空间波前调控方法.采用频率选择表面与多层超表面子结构级联来获得三个频段的独立调控,并基于双几何相位原理实现了透、反射全空间幅相同调.为验证该方法的有效性,设计、加工并测试了一款工作于C,X,Ku三频段的圆极化全空间多功能超表面器件.仿真和实验结果均显示左旋圆极化波激励下该器件在7 GHz和10.2 GHz分别产生了沿y轴和x轴的透、反射双涡旋波束,而在15.7 GHz实现了双焦点透镜功能.该全空间多频幅相同调方法为新型多功能器件和集成电磁波调控提供了新思路,在大容量通信领域有广阔的应用前景.

关键词：双几何相位幅相同调超表面全空间多频