钢管混凝土纯压拱失稳临界荷载计算的等效柱法

在双重非线性有限元分析的基础上,进行了钢管混凝土纯压拱失稳临界荷载的简化计算方法——等效柱法的研究,提出了等效柱法中考虑矢跨比影响的稳定系数K₁ 以及考虑初始几何缺陷影响的折减系数K₂及其与现有规范相对应的计算公式。与有限元计算结果的对比表明,采用考虑矢跨比因素的稳定系数的等效柱法能较精确地估算钢管混凝土纯压拱的非线性失稳临界荷载,且计算精度受含钢率和钢材种类变化的影响较小。     

K0≠1时的地基临塑载荷和临界载荷近似计算公式

地基弹塑性承载力p_cr、p_1/4的公式在推导过程中,为方便求解,一般假设地基土体的静止土压力系数K₀=1,即把自重应力场看成是静水应力。这一假定实际上人为地增加了地基土的侧向压力,使土体处于加密状态,从而过高地估计了地基承载力。考虑K₀≠1的前提下,由地基土中一点的应力状态,根据莫尔-库伦破坏准则,得到该点的临塑、临界荷载的近似公式。该公式修正了一些学者在K₀≠1时推导地基弹塑性承载力公式过程中的缺陷,也弥补了现有公式的局限性,得到了土体抗剪强度参数c、φ在不同的K₀下对地基临界载荷p_1/4的影响,给出了该近似公式的适用条件。     

近源堆沉积土石体细观结构与抗剪强度指标关联分析

细观结构是认知土石体力学行为本质的关键科学问题。本文通过引入物理学和数学等方法，借助颗粒物质力学理论，从几何排列与接触力的空间分布来定量刻画水平固结与山前坡地堆积两种典型环境下土石体的细观结构特征，并建立其与抗剪强度指标的关联。研究表明，（1）两种环境的土石体在细观结构上存在较大差异。在几何排列上，水平固结环境下的土石体具有长程无序和短程有序的特点，坡地堆沉积环境下的土石体表现出了无序的无定形结构；在接触力与单位接触向量的空间分布上，两者较为相似，绝大多数接触力以小于均值接触力的形式存在，其概率密度曲线P（f）呈幂函数衰减；90%以上接触方位角集中在40°~160°和220°~340°范围内。（2）基于径向分布函数、接触力概率密度和单位接触向量分别定义细观结构的特征量K_a，K_s和K_o，发现三个特征量的增大对内摩擦角呈线性促进作用，对黏聚力呈非线性削弱作用。     

海南岛清澜-八门湾潟湖潮汐水动力的模拟研究

基于DELFT3D模型研究了清澜-八门湾潟湖的水位分布和潮汐波内部结构，以及由于人类开垦引起的海岸线变化（以1962年、1985年和2008年为例）对潟湖水动力特性的影响。结果表明，清澜-八门湾潟湖潮汐是由多种分潮耦合而成的复杂驻波，其中K₁，O₁，M₂，S₂和M₄分潮的影响最大。由湾外向湾内传输，由于湾内红树林和浅滩引起的底部损耗增加，M₂，S₂，K₁和O₁分潮幅值减弱；M₄分潮幅值增强，表现出明显的浅水增幅效应；M₂和S₂分潮相位在文教河和文昌江领域表现出明显的干湿效应。不同年代海岸线的研究表明，1985年和2008年间，人类复垦导致潟湖及其潮汐汊道附近的红树林和滩涂区域严重破坏，海岸线缩减，引发了水位降低、纳潮量减少和潟湖潮汐汊道底摩擦弱化，从而削弱了干湿、潮呛和浅水效应。后果提示持续的人类复垦活动将会引发清澜-八门湾潮汐水动力环境的进一步恶化，可能导致未来发生更大的自然灾害。     

复杂凸多面体随机紧密堆积组构性能的数值研究:形状参数的影响

颗粒材料的宏观物理力学性能依赖于颗粒堆积体系的细观组构性能,研究颗粒堆积体系的组构性能有重要意义。然而,当前对颗粒堆积体系组构性能的研究集中于球、椭球和正则多面体等规则几何体,还未有对复杂凸多面体颗粒堆积体系组构性能的系统研究。本文基于旋转椭球面黄金螺旋网格构造了一组复杂凸多面体颗粒模型(Poly_κ-ngs),然后基于松弛算法获得了Poly_κ-ngs多面体的随机紧密堆积结构,最后研究了几何形状参数对Poly_κ-ngs多面体随机紧密堆积体系组构性能的影响。结果表明,长径比κ和顶点数量n_gs均对堆积体系的组构性能有影响,κ是主要影响因素。Poly_κ-ngs多面体随机紧密堆积结构中颗粒的位置分布均匀,长径比κ越接近1,顶点数量n_gs越大时,堆积结构表现出更强的位置长程有序性;颗粒方向分布不均匀,长径比κ越远离1,不均匀程度越高;最高堆积分数随长径比κ的增大先增大后减小,在κ=1时达到峰值;配位数分布服从高斯分布,平均配位数随形状参数的变化和堆积分数不同;面-面接触数量随长径比κ的增大先增大后减小,和堆积分数变化规律一致。本研究为复杂凸多面体颗粒的随机紧密堆积提供了数值模拟方案,得出的结论对含有凸多面体颗粒材料的设计和性能优化具有参考意义。     

考虑塑性变形发展程度系数的RC梁开裂弯矩改进计算公式

针对RC梁开裂荷载计算方法尚未统一的现状，首先，结合18根RC梁试验数据对比了已有的6种RC梁开裂弯矩计算公式，发现开裂弯矩理论计算值与试验值的偏差大小和混凝土强度有关；然后，通过提出塑性变形发展程度系数k，推导新的RC梁开裂弯矩计算公式，并进一步基于k值和塑性影响系数计算值γ_k进行改进；最后，选取12根RC试验梁验证改进公式的准确性，证明改进公式的计算值与试验值吻合更好且偏于安全。     

基于B-样条小波的复合材料层合板灵敏度分析

基于BSWI样条小波有限元方法,将响应和响应的灵敏度系数同时看作状态变量,在Hamilton体系下推导了复合材料层合板响应和响应灵敏度系数的混合控制方程。基于该混合控制方程研究了对称铺层四边固支复合材料层合板的位移响应灵敏度系数在z方向上的分布情况,并将计算结果与有限差分法进行比较。结果表明:材料参数E₁,E₂和G₁₂对位移响应影响明显,其中以E₁对位移响应的影响最大,E₂次之。与经验法相比,半解析法计算结果相对误差小于10^-4,这说明本文的计算方法是正确的,且降低了计算成本和程序实现难度,提高了计算精度。     

基于转捩/尺度适应模型与FW-H声学方程的气动噪声数值模拟研究

采用计算流体力学(CFD)同"声类比"相结合的方法进行噪声模拟,利用CFD数值模拟 MD30P30N多段翼型失速攻角附近流场以及其气动特性来校核近场精度,进一步通过结合可穿透数据面的FW-H声学方程进行气动噪声分析。为了准确捕捉近场流场信息,为噪声预测提供可靠的声源精度,本文基于k-ω剪应力输运(SST)湍流模型,建立了尺度适应分离流(SAS)模型,并采用γ-Re_θt转捩模型耦合k-ω SST湍流模型建立了边界层转捩数值模拟技术;充分利用尺度适应模型在边界层表现为雷诺平均(RANS)方法这一特点,将γ-Re_θt转捩模型与SAS模型结合,建立针对包含转捩、分离现象复杂流场的数值模拟技术。文中以RANS为控制方程,分别采用全湍流k-ω SST模型、γ-Re_θtSAS转捩/分离流模型对多段翼进行近场数值模拟计算,结合可穿透数据面的FW-H声学方程进行气动噪声预测,在分析其对流场及气动噪声影响的基础上,得出了几点结论。     

基于COMSOL的脆性材料相场断裂模型

相场法通过一系列微分方程描述材料断裂过程,避免了繁琐的裂纹面追踪,在模拟裂纹的萌生、扩展和分叉等方面具有优势。介绍了基于相场法的脆性材料断裂模型,给出了脆性材料断裂问题相场法控制方程的推导过程,提出了基于分步迭代法在COMSOL中实现脆性材料相场断裂模型的方法。再现了脆性材料单元模型和单边缺口平板受拉及受剪作用下的开裂过程,模拟的裂纹扩展路径与已有文献的结果相近,验证了程序的合理性。针对脆性材料相场断裂模型包含的诸多参数,采用Morris法对影响荷载-位移关系的脆性材料断裂模型参数进行了全局敏感性分析,结果表明,杨氏模量(E)、临界能量释放率(G_c)和位移增量(Δu_x)是影响模型荷载-位移关系输出结果的主要参数。基于COMSOL实现的相场断裂模型能够有效模拟脆性材料的裂纹萌生和扩展断裂过程,模型参数E,G_c和Δu_x对材料断裂性能的提升或模型参数反演效率的提高具有重要影响。     

改进的Park-Ang再生混凝土柱地震破坏模型的试验研究

通过对不同配比的6根再生混凝土(RAC)柱进行低周反复加载试验。由于现有普通混凝土结构地震破坏损伤模型均为基于普通混凝土结构所构建的,是否适用于RAC结构的地震损伤破坏计算仍不明确;为能够有效考虑RAC中再生骨料取代率及混杂纤维掺量等因素所造成的普通混凝土结构地震破坏损伤模型中循环荷载系数β的不确定性及其对损伤指数计算结果的影响,同时提高计算模型的预见性与可靠性,本文提出了一种适用于RAC结构的改进的双参数损伤模型。通过模型的计算结果与实际结构各震害破损度D_c的对比,确定了适用于RAC结构的双参数损伤模型中循环荷载系数β的值。     

法向载荷和滑动速度对GCr15钢干滑动摩擦的影响

本文研究了在干滑动摩擦情况下,GCr15钢与YG8硬质合金对磨时的摩擦系数与法向载荷及滑动速度的关系。结果表明,摩擦系数是随着法向载荷和滑动速度的增加而降低。根据磨损表面发生的变化和磨损表面温度计算,作者认为法向载荷和滑动速度的增加使闪温增高,从而导致了摩擦磨损表面的局部熔化,即形成了边界润滑,故此摩擦系数降低,而且在较高的载荷和滑动速度条件下,不同显微组织材料的摩擦系数之差减小。     

碳钢渗硫层面接触滑动摩擦特性的试验研究

采用低温离子渗硫方法制备了不同厚度的４５＾＃钢渗硫层材料，利用面接触摩擦试验装置测定了在不同的载荷，加工方法，表面粗糙度及表面硬度下渗硫层的摩擦系数，并对其进行了分析。结果表明：在满足减摩条件下可适当减小渗硫层厚度。研究结果为后续理论研究及渗硫技术的应用提供了试验依据。     

等温淬火球墨铸铁耐磨性的研究

对比研究了淬火４５钢、渗碳淬火２０Ｃｒ钢和５种经等温淬火的球铸铁在干摩擦条件下的耐磨性能,结果表明,５种等温淬火球墨铸铁的耐磨性均优于２种淬火钢,并可大大降低摩擦副的总磨损量,加入少量的Ｍｏ有助于细化和增加组织中的下贝氏体,降低磨损量,多而细小的石墨球对等温淬火球墨铸铁的耐磨性不利。     

基于承载接触特性的直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率研究

为了解决直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率的问题,基于弹性流体动力润滑理论,提出了一种计算直齿面齿轮啮合效率的方法.首先,运用轮齿接触分析(TCA)和轮齿承载接触分析技术(LTCA)对直齿面齿轮承载啮合过程进行数值仿真;其次,运用非牛顿准稳态热弹流理论建立滑动摩擦系数的计算模型,从而建立直齿面齿轮啮合效率的计算模型,最后分析了输入扭矩、转速等对啮合效率的影响.结果表明:滑动摩擦系数是影响齿轮啮合效率的重要因素;齿面不同位置滑动摩擦系数也不相同;滑动摩擦系数受输入转速、输入扭矩的影响.该方法为直齿面齿轮的进一步优化计算提供一定的理论依据.     

蠕墨铸铁干摩擦表面形貌研究

运用三维表面形貌测试技术,分析了蠕墨铸铁的干摩擦表面接触形貌特征,并从传热学的角度分析了摩擦表面形貌特征与其干摩擦学特性的关系,结果表明：蠕墨铸铁干摩擦表面主要有犁沟型、弧岛型和犁沟－弧岛混合型３种特征形貌,犁沟型和弧岛型特征形貌沿垂直于摩擦表面方向不对称分布;而混合型特征形貌沿垂直于摩擦表面方向对称分布;犁沟型表面形貌的最大高度最大,空隙率最高,而弧岛型表面形貌的最大高度最小,空隙率最低;表面形     

爆炸驱动下飞板运动速度的实验研究

在理论分析的基础上 ,建立了双反射镜法实验测量系统 ,设计了一套实验装置和闪光灯充电电路 ,解决了双反射镜实验中被测试件的安装精度和外照明光源问题。实验测量了滑移爆轰作用下 ,不同爆炸焊接复板材料的运动速度 ,结果表明该方法有效实用。     

滑动速度对IS304涂层自润滑磨损机理的影响

采用感应烧结技术制备出润滑相细小且分布均匀的自润滑涂层.其中润滑相Ag粒子尺寸为5μm左右,氟化物粒子尺寸为1μm左右,强化相Cr2O3粒子尺寸小于1μm.研究表明低速磨损时磨损面比较粗糙,磨损机理主要为磨粒磨损与疲劳磨损;而高速磨损时磨损面比较光滑,虽然磨粒磨损与疲劳磨损依然为涂层的磨损机理,但磨损面上存在明显的Ag润滑膜.Ag润滑膜的出现使得涂层的摩擦系数降低.Ag润滑膜的出现与接触面摩擦产生的摩擦热有关.滑动速度越高,接触面产生的摩擦热会使局部区域的瞬态温度升高,从而使得热膨胀系数较大的Ag粒子从基体Ni Cr中溢出到表面,并在压力和摩擦力的作用下发生塑性变形从而形成Ag润滑膜.采用溢出体积计算法计算得滑动速度为1 m/s时,瞬态温升为296℃,该温升明显高于采用Ansys有限元模型计算得到的温升.     

冷变形对低滑动速率下Al-10Ti合金磨损的影响

探讨了干摩擦、低滑动速率下,冷变形对快速凝固Ａｌ－１０Ｔｉ合金磨损行为的影响．结果表明：随施加载荷的增大,磨损机制由粘着磨损向氧化磨损转化;在粘着磨损阶段,冷变形后合金的耐磨性下降;在氧化磨损阶段,由于加工硬化提高了合金的硬度和强度,对合金施以一定程度的冷变形可有效地提高其耐磨性．     

第二相颗粒对快速凝固Al-Ti合金滑动磨损性能的影响

研究了快速凝固Ａｌ－Ｔｉ合金的宏观滑动磨损和微观磨粒磨损性能．结果表明，随第二相颗粒体积分数的增大及颗粒尺寸的减小，合金的耐磨性提高．当颗粒尺寸一定时，合金的耐磨性随第二相颗粒体积分数的增大呈线性提高．由于载荷的增加使显微切削的发生几率变大，因此第二相颗粒体积分数对Ａｌ－Ｔｉ合金耐磨性的改善程度随施加载荷的增加而减小．     

乏油对纯滑动粗糙表面点接触热弹流润滑的影响

本文求解了纯滑动点接触热弹性流体动力润滑问题.分析中假设运动表面为光滑表面,静止表面在接触中心有1个垂直于卷吸速度方向的横向突起.将计算域划为乏油区、压力区和气穴区3个子区,乏油区和气穴区的压力计算算法一致,但是温度的计算方法不同.研究结果显示:在乏油工况下,油膜中压力和温度均在入口处新月形液面处开始建立,入口区乏油程度的增加会导致油膜中压力分布趋近于干接触状态,油膜中平均温度得以提高,最大压力和温度均出现在赫兹接触圆两侧的宏观马蹄形区域.同全膜润滑相比,油膜厚度被明显降低,并且随着乏油程度的增加,静止表面的突起逐渐被压平.