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高速列车追尾碰撞时乘员头颈部损伤力学响应与风险评估

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应用力学学报 2024年第1期41卷 77-89页

作者：于振浩敬霖黄志辉西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

基于代表我国50th百分位男性人体特征的假人模型,构建了列车-假人一体化被动安全性仿真分析有限元模型,分析了列车追尾碰撞过程中乘员的运动姿态,探讨了乘员头/颈部的生物力学响应特征,揭示了座椅排次对乘员头/颈部损伤响应的影响机制,... 详细信息

基于代表我国50th百分位男性人体特征的假人模型,构建了列车-假人一体化被动安全性仿真分析有限元模型,分析了列车追尾碰撞过程中乘员的运动姿态,探讨了乘员头/颈部的生物力学响应特征,揭示了座椅排次对乘员头/颈部损伤响应的影响机制,建立了基于生物力学参数的乘员头/颈部损伤风险预测模型。结果表明:追尾列车中乘员面部与前排座椅的碰撞接触可能会引起原发性脑干损伤,乘员颈部前/后弯曲均会导致下颈部颈椎出现较大应力,而颈部前/后弯曲分别导致上颈部和下颈部椎间盘出现较大应力;现有标准中规定的Nij耐受限值会显著低估列车追尾碰撞中乘员颈部的损伤情况。

关键词：高速列车追尾碰撞全体段缩放方法力学响应损伤评估

静水压环境下岩石动态压剪耦合力学响应与本构模型

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工程科学与技术 2024年第2期56卷 186-195页

作者：杜洪波王鑫婷魏明东阿比尔的王浩然重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心重庆400074 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室四川成都610065

静水压环境是深部岩石的典型应力赋存状态,并且岩石内存在多尺度的结构面,易遭受压剪耦合的复杂动力扰动。因此,探究静水压环境下岩石动态压剪耦合力学响应及损伤本构模型对于深部岩石结构安全评估和动力灾害防控极为重要。本文应用霍... 详细信息

静水压环境是深部岩石的典型应力赋存状态,并且岩石内存在多尺度的结构面,易遭受压剪耦合的复杂动力扰动。因此,探究静水压环境下岩石动态压剪耦合力学响应及损伤本构模型对于深部岩石结构安全评估和动力灾害防控极为重要。本文应用霍普金森压杆试验装置,对倾斜砂岩试样进行动态压剪耦合试验,揭示静水围压、动态荷载压剪耦合比及加载率对岩石力学特性的影响规律;基于Drucker–Prager准则和Weibull分布,建立静水压环境下深部岩石动态压剪耦合损伤本构模型。结果表明:1)岩石动态强度及变形模量随着加载率及静水围压的增大呈增加趋势,强度的围压效应及加载率效应明显,动态荷载中的剪切分量能削减岩石承载能力并提升岩石的变形能力。2)随着动态荷载剪压比和静水围压的增加,岩石冲击破坏模式由拉伸主导的内部锥形破裂面及表面劈裂转变为剪切主导的单一平面破坏;动态荷载中的剪切分量对静水围压作用下岩石的动态破碎存在明显的限制作用。3)采用极值解析法推导了模型分布参数F0和m的解析表达式,探究了模型分布参数F0、m和损伤修正系数q的物理意义及其对本构模型的影响规律;同时,对比不同工况下试验和理论应力应变曲线,验证了该模型的合理性。本文揭示的静水压环境下岩石动态压剪耦合动力响应与建立的损伤本构模型,可为复杂动力扰动下深部岩石工程安全建设与灾害防护提供理论支撑。

关键词：深部岩石静水围压霍普金森压杆动态压剪耦合动力响应损伤本构模型

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仿生蛋形箱梁力学性能研究

现代制造工程 2024年第6期 1-8,21页

作者：杨益程文明杜润饶雄西南交通大学机械工程学院成都610031 轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室成都610031

通过测量统计多组禽类蛋的长轴、短轴获得禽类蛋的几何特征参数,通过分析仿生蛋形截面与传统矩形截面的惯性矩设计出拥有与矩形箱梁相同截面惯性矩的仿生蛋形箱梁,同时利用有限元法分析两种箱梁的抗弯性能和抗屈曲能力,获得两种箱梁的... 详细信息

通过测量统计多组禽类蛋的长轴、短轴获得禽类蛋的几何特征参数,通过分析仿生蛋形截面与传统矩形截面的惯性矩设计出拥有与矩形箱梁相同截面惯性矩的仿生蛋形箱梁,同时利用有限元法分析两种箱梁的抗弯性能和抗屈曲能力,获得两种箱梁的力学性能与几何特征参数间的规律。最终,根据蛋形几何特征重新设计门式起重机主梁并分析两种主梁在危险工况中的刚度和强度。通过门式起重机主梁的应用,证明仿生蛋形箱梁拥有与传统矩形箱梁相似的结构力学性能的同时,其重量能够比传统矩形主梁轻11.11%。

关键词：仿生蛋形箱梁惯性矩轻量化

基于计算机视觉的混凝土结构裂缝检测研究现状与展望

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西南交通大学学报 2024年

作者：谢明志樊丁萌蒋志鹏邓飞王坤韩晨杨永清西南交通大学土木工程学院西南交通大学桥梁智能与绿色建造全国重点实验室四川金通工程试验检测有限公司

裂缝检测作为混凝土结构健康监测的重要内容之一，反映了结构受力及损伤状态，其检测及评估是保障结构安全服役的核心技术。传统的检测方法时空上覆盖范围有限，受环境、高空等因素影响较大，检测效率及精度相对较低，且较依赖于主观判... 详细信息

裂缝检测作为混凝土结构健康监测的重要内容之一，反映了结构受力及损伤状态，其检测及评估是保障结构安全服役的核心技术。传统的检测方法时空上覆盖范围有限，受环境、高空等因素影响较大，检测效率及精度相对较低，且较依赖于主观判断，易造成漏检与误检。基于计算机视觉的检测方法通过搭载数字成像设备进行数据采集、输入、图像处理，对混凝土表面进行自动分析和识别，具有高效、准确、客观等优点，在混凝土结构裂缝智能检测领域应用广泛。从图像采集、图像处理、识别算法和结构评估4个方面详细阐述基于计算机视觉的混凝土裂缝检测原理、方法和应用；综合评述数字成像技术中裂缝图像采集设备及各种图像预处理方法的适用情况，并分析不同识别算法的优缺点及适用性；与此同时，总结凝练当前研究的不足，分析计算机视觉技术在设备智能化、网络轻量化等方向上的应用及研究中面临的挑战和问题，并提出相应的解决措施，从多源数据融合利用、智能设备轻型化、数字成像与裂缝映射、结构评估高效性及实时性等方面进行展望。

关键词：计算机视觉裂缝识别智能检测混凝土裂缝识别算法结构评估

振动轮两侧加速度差异及连续压实指标优化研究

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铁道学报 2024年第3期46卷 120-128页

作者：赵辉刘泽潮冯怀平常建梅马德良石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043

连续压实控制技术主要通过振动轮单侧振动响应描述土体压实状态,已在工程中得到广泛应用。然而,研究发现压实过程中存在振动轮两侧加速度响应不一致的现象,这可能导致现有测试方法在相同位置出现不同的刚度测试结果,因此研究振动轮两侧... 详细信息

连续压实控制技术主要通过振动轮单侧振动响应描述土体压实状态,已在工程中得到广泛应用。然而,研究发现压实过程中存在振动轮两侧加速度响应不一致的现象,这可能导致现有测试方法在相同位置出现不同的刚度测试结果,因此研究振动轮两侧振动差异性对提高连续压实测试精度具有重要意义。结合现场试验,采集压路机振动轮两侧的加速度信号,重点分析了不同压实遍数、振动频率下两侧加速度峰值、倍频幅值的变化与分布规律;以双侧响应为基础提出平均指标,通过相关性分析对指标适用性进行验证。研究结果表明:随着压实遍数的增加,两侧加速度峰值差异逐渐减小,经4遍压实后差异由24.4%降至13.3%;振动轮结构偏心会造成振动轮两侧加速度频谱中基频幅值差异的产生,被压土体两侧刚度不均会造成2倍频、3倍频幅值差异的产生;双侧平均指标μAICV与动态变形模量的相关性为0.75,表明双侧平均指标μAICV可用于路基压实质量控制,相比单侧连续压实控制指标,可有效提高现场质量控制精度。

关键词：连续压实控制响应差异振动轮结构动态变形模量控制精度双侧平均指标

在役岩溶隧道衬砌水压分布及预警控制标准研究

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岩土力学 2024年第7期45卷 2153-2166页

作者：樊浩博陈宏文赵东平朱正国赵梓宇朱永全高新强石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 中国中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031 石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室河北石家庄050043 西南交通大学土木工程学院四川成都6100312

随着强降雨天气的频发,在役岩溶隧道衬砌开裂、渗漏水及失稳破坏事故日益增多。地表降雨补给下衬砌背后积聚高水压力是岩溶隧道发生水压灾害的主要原因,对在役岩溶隧道开展监测预警是避免灾害发生的重要手段。以郑万线岩溶隧道为依托,... 详细信息

随着强降雨天气的频发,在役岩溶隧道衬砌开裂、渗漏水及失稳破坏事故日益增多。地表降雨补给下衬砌背后积聚高水压力是岩溶隧道发生水压灾害的主要原因,对在役岩溶隧道开展监测预警是避免灾害发生的重要手段。以郑万线岩溶隧道为依托,开展了相似模型试验及渗流数值模拟,研究了不同岩溶形态下衬砌背后水压分布规律及衬砌隆起位移,制定了岩溶隧道运营监测预警控制标准。结果表明:当地表降雨补给超过隧道排水能力时,衬砌背后将形成“地表补给+洞内排水”的动水压力,仰拱底部极易积聚高水压力;地层中存在岩溶管腔和溶蚀裂隙带时,地表降雨将会导致衬砌水压局部增高,衬砌承受偏压荷载,并使仰拱受力进一步劣化;以隧道仰拱中心水压力和隆起位移作为控制基准,将岩溶隧道运营监测预警等级划分正常运营、临时补修、限速整治和封闭整治。研究成果可为岩溶隧道的结构设计优化及监测预警提供借鉴。

关键词：岩溶隧道岩溶管腔溶蚀裂隙带衬砌水压力预警控制标准

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顺倾及反倾层状碎裂结构斜坡地震反应的大型振动台试验研究

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岩土力学 2024年第2期45卷 489-501页

作者：王通刘先峰袁胜洋蒋关鲁胡金山邵珠杰田士军西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 新疆工程学院土木工程学院新疆乌鲁木齐830023 中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

西南艰险山区分布着大量的不同倾向的层状碎裂结构斜坡,地震作用下极易发生崩塌、滑坡等灾害,对在建的川藏铁路造成严重威胁。通过大型振动台模型试验,研究了强震条件下顺倾、反倾层状碎裂结构斜坡的动力响应、失稳破坏模式以及能量传... 详细信息

西南艰险山区分布着大量的不同倾向的层状碎裂结构斜坡,地震作用下极易发生崩塌、滑坡等灾害,对在建的川藏铁路造成严重威胁。通过大型振动台模型试验,研究了强震条件下顺倾、反倾层状碎裂结构斜坡的动力响应、失稳破坏模式以及能量传递规律。试验结果表明:反倾斜坡的抗震性能显著优于顺倾斜坡;顺倾斜坡的破坏模式主要为拉裂-剪切-隆起-滑移型破坏,反倾斜坡的破坏模式主要为拉伸-弯曲-倾倒-崩塌型破坏;反倾斜坡的自振频率高于顺倾斜坡,顺倾斜坡的自振频率随震级的增加而逐渐降低,而反倾斜坡的自振频率在地震波幅值为0.4g~0.7g时出现反复震荡现象;顺倾斜坡存在明显的高程放大效应和趋表效应,反倾斜坡存在高程放大效应,其内部的加速度响应大于坡表。边际谱识别显示:顺倾斜坡的边际谱幅值(peak of marginal spectrum amplitude,简称PMSA)突变在坡腰上部最显著,说明该位置附近地震波的能量损失最大,反映出顺倾斜坡在坡腰上部附近形成了滑动破坏面;反倾斜坡的PMSA在坡肩处降低得最为显著,反映出坡肩部位损伤最为严重,易发生局部崩塌破坏。分析结果与试验现象能够较好地吻合,进一步揭示了不同结构类型层状碎裂结构斜坡在强震作用下的动力响应与失稳破坏模式,为川藏铁路的安全建设提供了依据。

关键词：顺倾斜坡反倾斜坡振动台试验地震加速度峰值(peak ground acceleration,简称PGA)放大系数破坏模式损伤识别

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微纳尺度固体超滑研究进展

摩擦学学报（中英文） 2024年第4期44卷 437-459页

作者：孙军辉张鑫张金璐葛蒲宇程子文蒲吉斌鲁志斌钱林茂西南交通大学机械工程学院牵引动力国家重点实验室四川成都610031 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中科院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江宁波315201

超润滑,指摩擦阻力极低的状态,是润滑技术发展追求的终极目标.超滑能够大幅度减小甚至消除滑动界面的摩擦磨损、抑制摩擦能量耗散,有效延长运动部件的可靠性和服役寿命,具有重要的基础研究和工程应用价值.鉴于微纳尺度固体超滑是实现宏... 详细信息

超润滑,指摩擦阻力极低的状态,是润滑技术发展追求的终极目标.超滑能够大幅度减小甚至消除滑动界面的摩擦磨损、抑制摩擦能量耗散,有效延长运动部件的可靠性和服役寿命,具有重要的基础研究和工程应用价值.鉴于微纳尺度固体超滑是实现宏观工程超滑的基础,是可能解决现代制造业超精密、微型化发展面临严重摩擦磨损瓶颈问题的有效途径,因此有必要对学术界目前实现微纳尺度固体超滑的原理和典型方法进行探讨,深化认识固体超滑的实现策略,提高摩擦学研究服务现代文明的支撑能力.从早期的生活生产经验总结,到近代的机械啮合理论、黏着学说乃至当代原子分子水平摩擦理论,人们对摩擦和润滑的认识不断提高,但都不曾回避“摩擦总是伴随着动能/机械能消耗”的观点,即摩擦是界面滑动发生能量耗散的力学体现,滑动势垒的存在是滑动产生摩擦阻力的本征原因.因此,本文中将围绕如何降低滑动势垒、减小摩擦耗散的思辨理念,介绍当前固体超滑研究的发展和现状,着重探讨实现微纳尺度超滑的一般策略,简要综述学术界目前典型固体超润滑的原理和方法等.首先,介绍了结构超滑的提出、发展及其应用;其次,探讨了连续滑动超低摩擦行为的基础原理及应用等;此外,阐述了近年来提出的压力诱导超滑的理念,着重从现象发现、基本原理、试验观测方法及其可能的基础和应用价值等方面,介绍了压力诱导超滑的研究进展.最后,从基础研究和应用技术开发方面提出了超滑研究可能需要加强的几方面内容.以期通过当前综述,丰富学术界对超润滑的基本问题、科学意义及其应用价值的认识,阐明固体超滑的微观机理、实现策略,指出固体超滑面临的挑战及发展方向,助力固体超润滑从基础研究向工程应用迈进.

关键词：超润滑超低摩擦结构超滑连续滑动压力诱导超滑

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单孔排气气泡特征识别与参数提取方法

化工进展 2024年第2期43卷 808-817页

作者：杨志龙田文斌张珍王志英王一伟中国农业大学工学院北京100083 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室北京100190

气液两相流广泛应用于多种工业领域当中,测量气泡特征参数并进行统计分析可以探究气泡的运动及生长规律,这对相关物理规律和过程控制研究具有重要意义。然而气泡在运动中会发生融合、破碎等现象,导致图像中气泡的重叠粘连,以及拍摄背景... 详细信息

气液两相流广泛应用于多种工业领域当中,测量气泡特征参数并进行统计分析可以探究气泡的运动及生长规律,这对相关物理规律和过程控制研究具有重要意义。然而气泡在运动中会发生融合、破碎等现象,导致图像中气泡的重叠粘连,以及拍摄背景的不均匀性均会对气泡特征数据提取造成较大误差。本文采用高速摄像技术获得了不同液体流速与通气量下的气泡图像,通过对距离变换图像的极值点进行抑制与融合,改进了分水岭算法的前景标记提取方法,实现了气泡的准确分割,进而对分割气泡进行最小二乘椭圆拟合重构,获取了气泡参数。对比分析发现,相较于腐蚀运算和阈值分割提取标记的方法,本文方法准确率分别提高了22.7%与13.6%。通过对气泡特征进行统计分析,发现随着通气量的增加,气泡数量略微增多而平均尺寸显著增大,表明通气量对气泡尺寸有着重要影响。通气量相同,随着来流速度的增加,气泡破碎,气泡的数量增加且平均尺寸减小。

关键词：气液两相流重叠气泡识别气泡特征统计高速摄像

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