基于等效静态载荷法的非线性动态拓扑优化

等效静态载荷法是目前解决动态拓扑优化问题的一种有效方法,但是由于未考虑塑性变形中应力应变关系的时效性,会导致等效载荷偏大和载荷方向偏差,因此无法有效处理材料的非线性问题.据此,提出一种基于模量比率因子的等效静态载荷计算方法.首先,根据结构应力、应变和杨氏模量之间的函数关系,计算各时刻的计算杨氏模量;然后,得到各时刻的模...     

蜂窝夹芯剪切等效模量研究

蜂窝夹层轻型结构以其比强度、比刚度高,而在航空航天工程中被广泛采用．由于蜂窝形状、尺寸多样,使夹层结构设计、优化分析变得复杂,特别是蜂窝夹芯的剪切模量难以准确的等效计算．以薄板理论为基础采用有限元方法对单蜂窝分析的方法,获得蜂窝夹芯的剪切等效模量,与其它方法相比较,精度较高,与试验结果吻合较好．     

基于应变梯度理论的微尺度蜂窝等效模量计算方法

本文提出了一种新的能够计及尺度效应的微纳米蜂窝等效模量的计算方法。将一种单参数应变梯度理论引入到本构方程当中,并基于能量等效原理推导了蜂窝面内等效模量地计算公式。算例分析表明,本文方法能够有效地计及尺度效应对蜂窝等效模量的影响。尺度效应与胞壁厚度和长度的值都有关,当胞壁厚度较小时,尺度效应显著,本文方法预测的模量会明显高于传统方法;而当胞壁厚度较大时,尺度效应变得微弱乃至可以忽略不计。但如果胞壁的长度/厚度比很大,则面内等效模量会趋近于0,此时是否考虑尺度效应意义不大。     

铁岭组中风化柱状叠层石灰岩强度确定概率方法

研究区大量分布中风化柱状叠层石灰岩, 岩石强度具有很强的变异性和区域性, 而岩石强度是影响边坡稳定的重要因素。要进行边坡稳定性评价, 就需要对研究区现场试验数据作为随机变量进行概率统计分析, 获取可靠的岩石强度指标。本文通过对研究区内中风化柱状叠层石灰岩( t2³ ) 现场点荷载实验数据进行统计分析, 利用x² 检验进行拟和, 得到岩石强度的概率密度函数和概率分布形式, 抗压强度和抗拉强度均服从对数正态分布。在此基础上, 结合相近岩性岩石强度的拟和结果, 建立区内中风化柱状叠层石灰岩点荷载试验强度概率分布函数。运用Bayes估计推断区域内中风化柱状叠层石灰岩岩石点荷载强度, 得到岩石抗压强度预测值为72. 42 MPa, 抗拉强度预测值为2. 29 MPa, 相对误差较小, 样本信任度达到70%以上。该方法对于岩石强度估计是有效的, 由该方法所得到的估计值对研究区边坡稳定性评价以及后期边坡治理都具有重要的实践意义。     

基于CT图像的细观混凝土模型中低应变率冲击下端部摩擦效应研究

基于微观X射线计算断层扫描（XCT）图像,采用单元替换像素的方法建立真实普通强度混凝土试件的细观有限元模型。该模型包含骨料、砂浆、界面过渡区和孔洞,并采用ABAQUS中的混凝土损伤塑性本构模型CDP来模拟各相材料。对20个基于XCT图像的细观模型进行了中低应变率（10^-5 s^-1~2 s^-1）冲击作用下的端部摩擦效应的蒙特卡洛模拟;并对模拟结果进行统计分析和曲线拟合,获得了动态抗压强度和端摩擦系数及应变率之间的定量关系式,以及无摩擦时抗压强度提高因子CDIF与应变率之间的关系式。结果表明,端摩擦能够提高混凝土的抗压强度,但当摩擦系数达到0.3后其影响不再明显;CDIF与应变率的对数（logε）呈二次抛物线关系;拟合的关系式与实验结果吻合良好。     

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。     

粘性土各向异性特性的PFC数值模拟

本文采用PFC^2D来建立能够反映粘性土微观结构的模型,对不同方向的切样分别进行剪切试验,得到不同方向上剪切的应力应变曲线、剪应变-体应变曲线,求得不同方向上的弹性模量、泊松比、体积模量和剪切模量4个参数,得到其变化规律。粘性土各个方向上剪切强度峰值强度基本沿竖直方向对称分布,呈现出由竖直方向到水平方向剪切的峰值强度由大到小的变化规律。     

Hopkinson杆和Hopkinson的故事

 许多工程问题需要测定各种材料在高应变率下的力学特性. 为达到这个目的,分离式Hopkinson 杆是现今世界上公认最成熟的、应用得也最广泛的现代实验技术. 这套装置的构型并不复杂,却能有效地获得大多数工程材料在每秒10²~10⁴的高应变率下的应力应变曲线. 这种实验装置的名称源自最初提出相关创意和原始设计的英国剑桥大学工程科学教授B. Hopkinson. 其实,B. Hopkinson 追随他的父亲J. Hopkinson 献身于工程科学,还有一段非常动人的故事.     

西气东输管道工程中卫黄河穿越隧道场地工程地质条件评价

西气东输工程中卫黄河穿越隧道长1197.77m,高4.3m,宽5.6m。隧道入口高于黄河水位28m,出口高于黄河水位45m。隧道顶板高程为1130m。位于黄河水下100m。隧道场地围岩为寒武系磨盘井组灰绿色、银灰色浅变质中厚层细粒长石石英砂岩、千枚状板岩、绢云母化千枚岩。围岩为弱风化Ⅲ～Ⅳ类岩石。透水率为4～67Lu,纵波波速为500～3300m.s^-1。BQ为300～400。变形模量为6.11～9.22GPa。泊松比（μ）0.14～0.24。内摩擦角（ψ）为42.1°～44.7°。地下水为基岩裂隙水。含水层为寒武系浅变质岩,受大气降水渗入补给,单井涌水量为1.0～50m³.d^-1。隧道轴线穿越区岩体较完整—较破碎,未有全新活动断层。隧道位置选择和开挖深度设计是可行的。施工和长期运营是安全的。     

皖中膨胀土的承载比(CBR)强度特性研究

针对皖中地区高速公路建设中遇到的膨胀土问题,选取合六叶高速公路典型土样开展了系统的承载比（CBR）特性试验研究,并在此基础上探讨了膨胀土作为路基填料的适用性。研究表明:（1）起始含水量对膨胀土CBR值影响显著,CBR最大值对应的含水量高于最佳含水量,且击实功越大,二者差值也越大;（2）CBR膨胀量随起始含水量增大而减小,起始含水量越低,CBR膨胀量就越大,路基的水稳性就越差;（3）当击实功较大时,膨胀土的最佳含水量较小,适合填筑的可变含水量范围较宽,建议现场施工控制采用重型击实标准;（4）在重型击实条件下,将弱膨胀土起始含水量控制在比最优含水量大2%⁴%范围内,能同时满足压实度和CBR值要求以用于填筑下路堤,中膨胀土作为路基填料时必须经过改性处理。研究结果对于在膨胀土地区进行公路建设具有参考意义。     

季冻区公路路基砂类土冻胀分类研究

针对季冻区公路路基用土未按照土的分类标准进行冻胀分类的现状,本文对不同含泥量的砂类土在不同含水量、饱和度和密实度状态下进行了一系列闭式冻胀模拟试验。用数理统计方法分别研究了不同含泥量砂类土的冻胀率随含水量的变化规律,并且依据现行公路土的分类标准进行了冻胀分类,为公路勘察、设计、施工和维护提供重要的参考,并为季冻区公路设计规范的编制提供可靠的资料。     

机场道面地基参数的识别与转换

提出一种机场道面地基参数识别与转换的方法，基于文克勒地基板理论和弹性半空间理论的计算模型，应用最小二乘法准则，通过实测挠度与理论挠度进行拟合来识别地基回弹模量E0和反应模量K，并依据实测点挠度相等的方法实现E0和K值之间的转换，实例计算表明所得结果具有较好的精度。     

雨天路滑现象的力学建模与分析

针对雨天路滑这一自然现象,基于土力学固结理论、强度理论和有效应力原理等,探讨提出了简化一维等效模型条件下的建模分析方法.采用固结土体抗剪强度除以剪应力的形式,建议了一种道路表面抗滑安全系数.结合工程经验性常见土体参数和路面行走算例,按简化模型进行了定性和定量分析,探讨了路滑的影响因素及其规律.结果表明,在算例条件下,一般砂土路面抗滑安全系数大致为黏土路面的6.0～9.0倍.土力学模型有望为路面抗滑设计和评估提供新的思路.     

长春季冻区路基土微观孔隙特征的定量评价

路基冻害一直是困扰东北季冻区道路建设的一个重要问题。长春冬季天气寒冷,在温度梯度作用下路基土中水分产生迁移和聚集,引起路基冻胀。春季路基解冻,集聚的冰晶体融化,路基土处于饱和或过饱和状态,承载力极低,在交通车辆作用下发生路面鼓包、弹簧、断裂和翻浆冒泡等现象,给交通运输和经济建设带来极大的危害。孔隙是水分迁移的主要通道,是影响路基冻胀主要因素之一,其特征决定土体的冻胀敏感性。本文利用WD-5配置联机图象处理系统的电子显微镜,通过图像定量分析系统,对长春季冻区路基土的微观孔隙作了定量评价。经过分析得出:3个土样孔隙直径均是小于5μm的占主导地位,都具备冻胀条件;试样水平和垂直两个方向的孔隙分布较均匀,孔隙为辐射状或网状结构,多为扁圆和等轴形状;孔隙形态分维数分析认为,分维数高,大孔隙含量多,孔隙分布比较简单,在研究范围内,有利于水分迁移,冻胀性较强。     

Dependency of observation parameters on soil dynamic parameters in unconfined impact compression tests

Unconfined impact compression tests were used to measure dynamic parameters of soil samples in the domains of stress wave propagation and dynamic deformation. The high-frequency equivalent Young's modulus, which was determined by the reflection theory of one-dimensional elastic stress waves, increased exponentially with water content. The low-frequency equivalent Young's modulus, which was defined as the initial gradient of a stress-strain curve, decreased exponentially with increasing water content. The high-frequency equivalent Young's modulus was one to two orders of magnitude larger than the low-frequency one. Water content, height of soil samples and drop height affected the dynamic stress-strain relationships of the soil samples. The Maxwell's viscoelastic fluid model described the stress-strain relationships well, and the values of the model parameters varied with water content and frequency.     

冲击压实技术在处治湿陷性黄土地基中的应用

基于冲击压实技术在某高速公路工程中处理湿陷性黄土地基的应用实践,通过土工试验和现场沉降观测试验,对冲击压实前后地基土的湿陷性、干密度、孔隙比、压缩模量及路基的沉降变形随土层深度、碾压遍数的变化规律进行了系统的研究。研究表明,冲击压实能使土的物理力学性质得到很大改善,路基的整体强度得到均匀提高,使得地基产生很大的沉降,是传统压实机械所达不到的。因此,冲击压实技术在处治湿陷性黄土地基中是有效的和实用的,而且生产效率高,有很好的发展和应用前景。     

红砂岩路基土动态模量影响因素及预估模型研究

为研究红砂岩路基土动态模量的影响因素,采用室内重复加载三轴试验。结合红砂岩路基土在不同含水率时的动态模量,分析偏应力、体应力和含水率对红砂岩路基土动态模量的影响;采用三参数复合模型进行回归,并通过有限元计算和实体工程现场检测,建立室内试验动态模量与现场检测动态模量的回归关系。研究结果表明,动态模量随体应力(或围压)增大而增大,随偏应力增大而减小;随着含水率的增大,动态模量呈先增大后逐步减少的趋势。三参数复合预估模型与试验检测结果之间具有较高相关性。此外,红砂岩路基土室内试验动态模量与现场检测动态模量具有良好的回归关系,室内试验动态模量与现场检测动态模量可以实现有效换算。     

Study on the subgrade deformation under high-speed train loading and water–soil interaction

It is important to study the subgrade characteristics of high-speed railways in consideration of the water–soil coupling dynamic problem,especially when high-speed trains operate in rainy regions.This study develops a nonlinear water–soil interaction dynamic model of slab track coupling with subgrade under high-speed train loading based on vehicle–track coupling dynamics.By using this model,the basic dynamic characteristics,including water–soil interaction and without water induced by the high-speed train loading,are studied.The main factors-the permeability coefficien and the porosity-influencin the subgrade deformation are investigated.The developed model can characterize the soil dynamic behaviour more realistically,especially when considering the influenc of water-rich soil.     

邯郸与太原两地粉土动力特性的试验研究

对邯郸5个工程场区和太原1个工程场区的粉土进行了循环荷载幅值为不规则变化的动模量试验。试验研究发现,粉土的动模量衰减的比砂土慢;其动模量衰减到最大动模量的85%时,开始表现出塑性特征,因此,在动模量衰减到最大动模量的85%之前降低循环动荷载的幅值,动模量仍能大部分回到初始值。粘粒含量的变化使粘粒在粉土中表现出不同的作用,当粘粒含量小于10%时,动强度随粘粒含量的增加而降低;当粘粒含量大于10%后,动强度随粘粒含量的增加而增加。     

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提出了一种采用有限元法计算钢管混凝土受剪时等效剪切模量的方法,并对该方法 的正确性进行了验证;在分析了各种因素对等效剪切模量影响的基础上,给出了圆形和方形 钢管混凝土受剪时等效剪切模量的简化计算公式;与其他得到钢管混凝土剪切模量的方法进 行比较,分析了结果不同的原因,表明对钢管混凝土采用有限元计算研究其等效剪切模量的 方法更为合理.