Metaball势函数的若干性质研究

对曲面实施基于Metaball的变形时,体现变形约束的势函数起着决定性的作用.分析研究了现有几种常用势函数的形式、特性、含义,以及其导数的性质、最大最小取值、连续性等,并将它们相互比较;在性质研究的基础上,改进这些现有势函数,建立了基本球形函数、普遍指数函数、椭球形函数与超椭球形函数等新势函数,以适应不同的应用背景,拓展基于Metaball的曲面变形的适用范围并丰富其表现力;提出了多个势函数组合作用时的层次控制方法.     

长期荷载作用下含粘弹性界面层合板的力学行为

采用状态空间法研究了含弱界面斜交铺设复合材料层合板的力学行为. 选用Kelvin-Voigt粘弹性本构关系模拟结构的界面特性. 为了考察长期荷载作用下层合结构依赖于时间变量的力学响应, 通过递推关系在时间域内构建了一组关于层间滑移量的状态微分方程, 从而得到了结构中各物理量在任意时刻的弹性力学精确解. 通过与其他学者研究结果的比较, 验证了本研究方法的准确性和有效性. 研究结果表明, 层间弱粘结会严重影响复合材料层合结构的力学特性, 降低结构的承载力和整体刚度.     

区域空间演进的宏观、微观产业视角

"城市化、城市现代化,都是一种经济现象,也是一种经济过程",而作为促进经济发展的产业结构调整,则表现出更多的空间特征,随着产业周期的变动,区域结构具有内生性的振荡,如何适时转变便成为一个关键性的课题.以日本为例,探究区域城镇结构变动的内涵.在宏观层次上,分析国际经济环境、产业区位、城市产业集聚动力机制变动所引致的空间变化.在微观层次上,分析公司(企业)的空间组织与效应、产业技术升级与区域城市空间等.     

曲线高架桥的动力特性研究

本文以薄壁曲线梁的翘曲扭转理论和有限元方法为基础,推导了一种考虑翘曲影响的空间曲线箱梁单元。这种箱梁单元除计及曲梁空间6个位移自由度外还增加了一个翘曲位移自由度,用以反映曲线高架箱梁桥的振动。作为应用实例,本文对不同的几种曲线桥型进行了动力特性的分析。文中还讨论了对曲线桥动力特性方面的影响因素,绘出了它们与结构固有频率之间的关系曲线。     

基于梁格法的某简支板梁桥荷载研究

以某简支板梁桥为例,利用桥梁专用有限元软件MIDAS/CIVIL建立全桥空间梁格模型,分析了该桥的静力特性、动力特性,得到相应的理论值,并与实测值进行比较,对新建桥梁结构做出性能评估.结果表明:该桥整体刚度较大,承载能力较好,结构具有一定的安全储备.     

混凝土弹塑性破坏计算模型

根据混凝土破坏面的几何特性,本文提出了改进的混凝土五参数椭圆抛物面破坏准则,并给出了混凝土线性混合强化弹塑性本构关系,有关计算参数可方便地采用试验指标确定。本文理论同试验资料吻合较好,采用的屈服与破坏准则消除了某些常用屈服面的奇异性,使计算处理简化,描述准确。     

基于小波-双马尔可夫随机场的纹理分割

传统高斯金字塔马尔可夫随机场模型仅仅捕捉图像低频信息,纹理分割效果不太理想.根据纹理图像小波分解后各频带的统计性质和层次关系,优化频带选取,提出了一种变形小波结构,建立了融合这种结构上尺度内部和尺度之间关系的双马尔可夫随机场模型,引入了一种近似最大联合概率分割算法,并从理论上分析了该算法的合理性.实验表明,与基于高斯金字塔马尔可夫随机场模型的分割方法相比,该算法分割质量明显提高;并且,对模型中自由参数的选取进行比较,证实它们在给定区间上的选择具有鲁棒性.     

重庆地区侏罗系沙溪庙组地层岩体单轴抗压强度与层面节理倾角关系研究

节理的存在使得岩体的力学特性表现出显著的各向异性。重庆主城区80%的地表为侏罗系沙溪庙组地层，受地质构造影响，岩层倾角变化范围较大。考虑到不同岩层倾角对岩体单轴抗压强度的影响，本文以纵横穿越重庆主城区的轨道交通岩体为例，采用室内试验和数值模拟相结合的方法，研究岩体单轴抗压强度与层面节理倾角的关系。结果表明，单轴抗压强度随层面倾角呈近似“U”字形分布，提出了重庆地区侏罗系沙溪庙组地层的“不利抗压倾角”为60°。对研究该类岩体在单轴压缩状态下的破坏机制、力学性质具有重要参考意义。     

层状岩体爆破装药结构试验研究

露天煤矿开采中,层状岩体的存在给爆破开挖带来了挑战.本文通过装药结构理论分析、LS-DYNA3D数值模拟实验及现场工业试验,对新疆黑山煤矿层状岩体两种爆破装药结构进行研究.结果表明:层状岩体空气间隔装药结构较连续装药结构,提高了爆破有效能量利用率,从爆破过程、岩体破碎效果、根底残留情况以及后拉范围方面,取得了较好的效果,提升了挖运作业效率,降低了采矿成本.     

利用压杆技术确定与验证一些结构材料的塑性模型(英文)

提出了一种关于材料力学特性的综合研究方法,包括获取材料在宽大的应变率及温度范围下的必要的力学特性,确定或辨别材料的变形及破坏模型的必要参数,并通过特别的实验及数字模拟实验来检验或验证模型的适当性.通过对一些结构金属及合金材料的研究,展现了该方法的应用潜力.     

爆炸柱壳动态断裂准则的研究

本文以一种典型的FAE装置为实际研究对象，通过对其薄柱壳在内部爆炸载荷下的动态膨胀断裂过程进行数值模拟，推导出一种实用的动态断裂准则；且在推导中引入了一个损伤演化方程．准则表明最终的结构破裂取决于与临界损伤变量密切相关的断裂应变．经算例验证，该准则的理论解和数值结果吻合较好．     

高聚物计及损伤演化的动态变形和断裂

实验结果表明：高聚物在高应变率下的率相关的变形过程通常伴随着内部损伤的演化，这种演化导致了高聚物的最后断裂．采用改进了的熔丝网络模型及蒙特卡罗随机方法进行的数值模拟以及基于热激活机理所作的分析，得出了率相关的损伤演化律．相应地导出了计及损伤的率相关的非线性粘弹性本构关系，以考虑损伤弱化效应．进而提出了一个动态断裂判据，其同时与应变、应变率相关。采用SHPB技术与反向传播神经网络相结合的新方法，进一步证实了上述主要结果．     

薄壁球壳压缩非对称屈曲特性的实验及有限元分析

采用实验方法研究了球壳在刚性板准静态和冲击压缩下变形特性及非对称屈曲模态, 结合ABAQUS有限元分析了球壳冲击压缩下的屈曲变形过程、非对称屈曲特性, 探讨了其影响因素. 研究结果表明: (1)非对称屈曲模态与冲击速度相关, 随着加载速度提高, 薄壁球壳非对称屈曲从5边形转变为6边形. (2)在冲击速度较小时, 力—位移响应曲线及失稳变形模态与准静态几乎相同, 可近似按准静态过程分析. (3)在对称屈曲阶段的力—位移响应曲线, 有限元与实验结果吻合较好. 进一步对实验与有限元模拟结果在非对称屈曲阶段的差别进行了探讨, 认为冲击实验中平板与球壳的接触约束变化对非对称变形过程有重要作用.     

冲击荷载下C型G550冷弯钢的断裂机理研究

以C型G550薄壁冷弯钢构件为研究对象, 通过材料在不同应变率下的拉伸实验和数值模拟数据得到Johnson-Cook (J-C)本构模型和Johnson-Cook失效模型参数. 通过Abaqus软件模拟了不同冲击荷载作用下C型冷弯钢构件撕裂破坏的全过程, 利用落锤装置轴向冲击试验进行对比, 其实验结果与有限元数值模拟结果有良好的一致性. 此外, 对冲击试样撕裂断口进行微观形貌分析, 得到构件的断裂机理. 结果表明: 随着冲击速度的提高, 冲击力对构件的加载时间增加, 构件需要较大的塑性变形来吸收冲击能量; 冲击速度越高, 裂纹扩展功所占吸收冲击能量的比例越大, 显示出高速下裂纹扩展的能力越好; 冲击速度较高时, 以脆性断裂为主, 断口出现解理面, 甚至在高速变形时发生了绝热剪切破坏.     

基于格点-弹簧模型模拟含缺陷陶瓷材料的压缩破坏过程

采用基于有限元参数映射的格点-弹簧模型(lattice spring model)对多晶三氧化二铝(Al2O3)陶瓷的压缩破坏过程进行了数值模拟. 采用弹脆性模型模拟材料, 用弱界面模拟材料晶界, 基于Griffith能量准则判断断裂. 模拟了特定孔隙率下的Al2O3陶瓷的冲击破坏过程, 所得到压缩强度与实验测试结果基本吻合. 考察了孔隙对材料压缩力学性能的影响, 结果显示: 有孔隙陶瓷表现出一定的应变率敏感性并且其裂纹密度时程曲线具有明显的“台阶”, 而无孔隙陶瓷没有此现象; 含孔隙陶瓷的裂纹密度发展过程中的“台阶”对应了内部裂纹的发展和止裂机制, 是有孔隙陶瓷和无孔隙陶瓷的重要区别.     

增材制造八角桁架点阵结构材料的力学行为

基于激光选区熔化增材制造技术(SLM), 以GP1不锈钢为母材, 制备4种相对密度的八角桁架点阵结构试样, 开展了准静态单轴压缩和直接撞击式霍普金森压杆实验, 并结合显式有限元计算模拟, 研究了相对密度和加载速率对八角桁架点阵结构试样在力学响应、变形模式和吸能特性的影响. 结果显示: (1)相对密度是影响八角桁架点阵结构材料力学响应的关键参数, 屈服载荷随着相对密度基本呈线性增长, 并且表现出明显的应变率强化效应; (2)在准静态压缩下, 随着相对密度增大, 八角桁架点阵结构的变形模式由弯扭屈曲模式逐渐向稳定屈服模式转变; 而在冲击压缩下, 八角桁架点阵结构的变形模式随着冲击速度由对称稳定变形模式向非对称逐渐压垮模式转变; (3)八角桁架点阵结构总吸能随着相对密度线性增大, 而比吸能随着相对密度呈现双线性变化, 在相对密度30%处出现拐折, 当相对密度高于30%后, 比吸能增大缓慢; (4)与准静态加载相比, 冲击加载下八角桁架点阵结构的总吸能和比吸能都显著提升.     

各种生产过程最优节能参数的存在性(英文)

研究表明,在诸多生产过程中可以优化输入的断裂能量,使加工能耗最小.以一个简单的中心断裂为例,当加截脉冲具有某种特定形态时,施加到样品上引发破裂的能量可以取一个显著的最小值.研究结果显示,优化各种与断裂有关的生产过程,使得能量消耗最小是可能的.这种优化的可能应用包括钻孔或岩石粉碎过程,此时能耗成本通常占生产成本的最大部分.上述方法可以预测钻孔或研磨机等的最优参数,从而大大降低生产成本.文章第二部分研究了接触作用条件下引发断裂的能量输入行为.考虑一个球型粒子冲击一个半空间靶的情形,接触导致的应力场可用赫兹解来估计.定义了断裂判据之后,即可确定引发断裂的球粒临界速度及相应的临界动能.该动能的大小依赖于加载的持续时间,并十分明显地存在一个最小值.据此可断定,存在一个动态冲击的能量最优模式.     

GCr15马氏体钢剪切试样断口局部熔融研究

本文采用开45?缺口剪切压缩试样, 比较研究GCr15马氏体钢在准静态压缩和高速冲击下样品断裂面的温升机制. 结果显示两种加载状态的断口上都发现了大量的局部熔融, 说明温升均超过1500℃. GCr15马氏体钢的塑性很低, 然而在剪切应力主导的试样上, 两种加载的剪切面均发生了很大塑性应变. 试样断裂瞬时所释放的能量以及裂纹面间的大滑移摩擦导致局部温升超过熔点. 分析结果表明, 两种加载模式下产生的熔融物均由残余奥氏体和孪晶马氏体组成. 受热的影响, 熔融物下面的基体组织经历了动态再结晶, 从而形成马氏体和奥氏体等轴晶. 因此,在剪应力主导的应力状态下, 马氏体钢的剪切断裂机理与加载速率无关, 高速冲击与准静态加载下的断裂模式和机理没有本质区别. 断裂瞬间产生局部温升促使材料熔融, 这是该材料剪切断裂的特性. 本文结论对GCr15马氏体钢剪切主导断裂机理的认识有重要意义.     

基于内聚力模型的快速荷载下CFRP-混凝土界面剪切剥离模拟

鉴于纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)已在混凝土结构加固中普遍应用, 能有效提高结构的承载和变形能力. 为揭示动载作用下FRP-混凝土界面的剥离机理, 本文基于ABAQUS平台, 采用内聚力模型模拟CFRP-混凝土界面层, 实现了快速荷载下CFRP-混凝土界面剥离的高效模拟. 结果表明: CFRP表面应变在加载过程中由加载端向自由端方向传递, 随着加载速率的提高, 界面承载能力也随之提高; 界面峰值剪应力也存在显著的应变率效应; 模拟结果与试验结果基本吻合, 说明了新方法的有效性.     

梁在纯弯曲作用下的脆性断裂

脆性梁在纯弯曲断裂时会产生多个碎片, 其断裂过程直接影响弯曲波的产生和传播, 以及产生碎片的平均尺度. 采用内聚力断裂模型对脆性梁的弯曲断裂过程进行有限元数值模拟, 再现了断裂中的裂纹扩展过程, 分析了脆性梁断裂后断裂面弯矩与裂纹张开角之间的规律. 数值结果表明: (1)在一个广泛的材料参数和加载应变率条件下, 断裂面弯矩与裂纹张开角之间均呈相似的单调衰减规律; (2)断裂过程中弯矩做功与断裂面的表面能一致; (3)在纯弯矩作用下, 裂纹前端总是存在压应力区域, 使得断裂末期应力状态较为复杂, 断裂不再是纯弯曲状态.