双轴压缩破坏过程中岩石自由面法向变形测量

为保证高边坡、隧道和地下厂房等重要工程结构的安全,常需对边坡岩体和地下围岩自由表面的变形量进行监测.采用三维数字图像相关技术,测量了锦屏一级水电工程现场大理岩在双轴压缩破坏过程中自由表面的三维空间形貌和全场法向位移分布.通过分析比较三维空间形貌和岩样切割线分布形态,证明该方法具有较高的精度.简单统计了破坏前期裂纹出现位置的平均法向位移梯度并绘制了法向位移梯度和荷载的关系图,从图可知:试件破坏时,位移梯度急剧增大,这很好的证明了试件的破坏与法向位移梯度具有密切关系,位移梯度越大,试件越接近破坏.因此,法向位移等高线相对密集的区域比最大法向位移发生的区域更容易出现张拉效应,也就更容易产生破坏裂纹.基于以上结论,可以通过自由面法向位移场等高线的分布情况,来判断自由面破坏裂纹出现可能性较大的区域.     

一种复合磁流变阻尼器的设计及性能试验

设计制作了一种新型的复合阻尼器,并在电液伺服动静万能试验机上对其进行了性能试验,重点研究了阻尼器在低频(1Hz)下的工作性能,并采用修正的非线性滞回双粘性模型,结合试验结果,确定了其中的模型参数.研究得到将永久磁场和电流磁场结合起来从而实现阻尼器的逆向控制的设计思路是可行的,铜质隔磁环的设置保证了磁力线沿理论设计的路径穿行,又使线圈避免与磁流变液的长期接触腐蚀从而提高其耐久性.所采用的修正的非线性滞回双粘性模型较好地模拟了阻尼器的低频性能,为此类阻尼器在低频下的应用提供了理论依据.阻尼器的阻尼力-位移滞回曲线比较饱满,阻尼力-速度曲线基本符合理论假定.在0.1~1Hz频段内,修正的非线性滞回双粘性模型中的各参数取值较为稳定.     

应用分数阶导数模拟桩屏障对粘弹性SH波的隔离

从粘弹性体波的三维分数阶本构方程出发,分析了软粘土中粘弹性P波和S波的频散效应,对比研究了非连续刚性桩和弹性桩对粘弹性SH波的隔离效果.利用有限差分法,分别模拟了不同桩间距与桩直径比、不同分数阶阶数及入射频率下振幅衰减系数的变化规律,并对比分析了刚性桩和弹性桩的隔震效果.数值实验表明,桩间距与桩直径比值越小,分数阶阶数越大,刚性桩隔震效果越好.对于某些特定的隔震区域,分数阶阶数越小,弹性桩隔震效果越好.     

非概率可靠指标和可靠度定义的比较研究

首先对几种主要的非概率可靠指标、可靠度进行了整理介绍;然后针对区间和椭球两个基本模型,对非概率可靠指标和可靠度的定义、几何意义以及计算公式进行了系统的比较分析。结果表明:线性情况下,区间可靠指标对结构功能函数具有不唯一性,椭球可靠指标与结构功能函数一一对应。因此,基于均值和离差之比定义的非概率可靠指标不适用于区间模型用来衡量结构的可靠程度。本文还将区间可靠指标与可靠度、椭球可靠指标与可靠度进行了比较,并将非概率可靠度与服从均匀分布、正态分布的概率可靠度以及服从三角形分布的非精确概率可靠度进行了比较,结果表明:区间模型相对于其他模型较为保守,椭球可靠度与概率可靠度和三角形分布下的非精确概率可靠度相接近。     

基于S-A湍流模型的Runge-Kutta有限元算法

采用一方程S-A模型(Spalart-Allmaras模型)封闭雷诺时均N-S方程(RANS方程)进行湍流数值计算,可以减少方程求解数量,节约计算时间。本文对其进行了有限元数值算法研究,首先通过沿流线坐标变换,得到无对流项RANS方程,并引入三阶Runge-Kutta法对其进行时间离散;然后利用沿流线的Taylor展开解决坐标变换带来的网格更新的困难;最后采用Galerkin法进行空间离散,得到湍流模型的有限元算法。基于方柱绕流和覆冰输电线绕流模型,与试验结果进行对比,验证了该算法的有效性,与一阶数值算法相比,该算法在精度和收敛性方面更具优势。     

二维瞬态热传导的PDDO分析北大核心CSCD

采用近场动力学微分算子(peridynamic differential operator, PDDO)理论求解了二维瞬态热传导问题.将热传导方程和边界条件由其局部微分形式重构为非局部积分形式,引入Lagrange乘数法,采用变分原理的概念,建立了二维瞬态热传导问题的非局部分析模型.通过误差与收敛性分析,与其他数值方法计算结果进行比较,验证了本模型的准确性.在此基础上,将本模型应用于计算不规则边界板和内部含微缺陷(裂纹和圆孔)板的二维瞬态热传导问题.结果表明该方法计算精度高、适用范围广、具有较好的收敛性,为计算二维瞬态热传导问题提供了新的思路.     

基于二元连分式的散乱数据递推插值格式

本文首先基于新的非张量积型偏逆差商递推算法,分别构造奇数与偶数个插值节点上的二元连分式散乱数据插值格式,进而得到被插函数与二元连分式间的恒等式.接着,利用连分式三项递推关系式,提出特征定理来研究插值连分式的分子分母次数.然后,数值算例表明新的递推格式可行有效,同时,通过比较二元Thiele型插值连分式的分子分母次数,发现新的二元插值连分式的分子分母次数较低,这主要归功于节省了冗余的插值节点. 最后,计算此有理函数插值所需要的四则运算次数少于计算径向基函数插值.     

基于三维DIC方法的高强钢拉伸力学性能测定

高强度钢在建筑等工程领域发挥着极为重要的作用,因此准确测定其力学性能具有至关重要的意义．鉴于传统机械引伸计在小尺寸试样变形测试中的不便性,利用三维数字图像相关(3D-DIC)方法,对8.8级螺栓和Q690钢这两类试样在单轴拉伸试验全过程中的变形进行了测试,分别得到了应力-应变曲线、弹性模量、屈服强度、强度极限、断后延伸率和断面收缩率,由于试样在屈服阶段应变增加而应力基本不变,因此同时研究了该阶段中试样从弹性变形演化到塑性变形的发展规律．实验结果表明三维DIC在小尺寸试样力学性能测试方面具有很强的优越性,可用来灵活地测量变形并研究变形的演化规律．     

非常规态型近场动力学热黏塑性模型及其应用

在非常规态型近场动力学(non-ordinary state-based peridynamics,NOSB-PD)理论框架下构建了考虑应变率效应、塑性硬化、热软化效应和材料断裂特征的非局部三维热黏塑性固体本构模型以及相应的非局部空间积分型数值算法,并应用于金属类材料和构件在冲击载荷作用等工况下的高应变率热黏塑性变形与破坏分析.通过对经典含初始裂纹Kalthoff-Winkler板冲击试验进行三维近场动力学模拟,可得到裂纹的起裂角度、扩展路径、扩展速度以及裂纹扩展过程中靶板等效应力和温度分布,所得结果与已有试验结果和其他数值方法结果吻合较好.在此基础上,应用该模型分析了不同冲击速度作用下金属靶板的变形与裂纹扩展过程,结果表明:该模型能较好地模拟不同冲击速度(应变率)情况下靶板的变形与破坏全过程.随着冲击速度变化,初始裂纹的起裂时间、扩展方向和扩展速度呈一定规律变化.冲击速度越低,起裂时间越晚(直至冲击速度低于某值时初始裂纹不扩展),裂纹扩展速度峰值越低,冲击过程中靶板温度峰值越低,完全扩展所需时间越长.     

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。