HT—7U超导托克马克纵场线圈等效模量的数值分析

HT－7U托克马克装置的纵场线圈是由多种材料组成的具有周期性分布的大型复杂结构，线圈可视为由超导线、支撑结构和绝缘材料组成的复合材料，结构极其复杂。整个线圈工作在液氦温区。在设计阶段对其宏观等效力学性能进行数值分析计算是十分必要的，但要对整个线圈直接进行有限元分析或实验是极其困难的，主要利用均匀化方法对其进行等效处理，从而分析计算其宏观等效模量，为线圈的设计和评估提供参考依据。另外本文对均匀化方法的边界条件进行了一些改进，提出了更加合理的三维边界条件。     

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．     

改进的节理岩体变形模量经验确定方法及其工程应用

在节理岩体工程的数值计算及稳定性评价中,变形特征参数的选择至关重要。在原位试验受到各种条件无法进行时,经验确定方法不失为一种好的选择。本文在大量收集目前国内外节理岩体变形模量经验确定方法的基础之上,提出了改进的节理岩体变形模量经验确定方法,即“尺寸效应折减”与“节理特征折减”的二次折减法,并应用3个坝址与水电站的节理岩体工程实例进行分析验证,得出了一些有益的结论。     

参变量变分原理求解土的变形模量与压缩模量间的关系

运用参变量最小势能原理推导了弹性及塑性状态下的土的变形模量与压缩模量间的关系,认为两者比值与土的内摩擦角φ、泊松比μ及粘聚力c等土性指标有关.提出了塑性影响因子α及临界应力p*的概念,指出当试验时土体应力大于土体的临界应力值时,变形模量与压缩模量的理论关系式应引入塑性影响因子α,从而克服了以往基于弹性理论得出的变形模量理论值远小于试验值的不足.     

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。     

基于橡胶等效动态模量的惯导减振装置设计方法

针对惯导系统小型化以及大动态、强冲击等恶劣力学环境的使用需求,开展了与惯导系统适配的橡胶减振装置的设计,并提出一种实用的基于橡胶等效动态模量的设计方法。通过理论推导加试验拟合的方法构建了橡胶材料硬度参数和动态弹性模量的等价关系式,建立了适合于工程仿真分析的橡胶减振装置数学模型,在此基础上提出橡胶减振装置设计方法。该方法改变了传统橡胶减振装置试制-试验-改进的设计流程,直接通过三维结构模型模拟出对应力学环境下系统的真实响应数值解。通过与试验结果对比,仿真值与试验值符合精度大于80%,验证了该模型及设计方法具有精度高、可操作性强、求解效率高等优点,对惯导橡胶减振装置的设计具有指导意义。     

金属基纳米复合材料等效弹性模量的均匀化方法数值模拟

均匀化理论利用位移场双尺度渐近展开建立有限元列式，本文将其与有限元通用程序相结合，应用于金属基复合材料的弹性本构数值模拟。通过对不同尺度增强相金属基复合材料等效模量的数值模拟，考察了均匀化方法的适用情况。数值计算结果表明，对常规尺度增强相金属基复合材料，均匀化方法可以较准确地预测其等效弹性模量；对纳米增强相金属基复合材料，该方法仍可给出较好的预测，但存在某种程度的系统偏差。通过对纳米尺度增强机理的分析讨论，认为纳米增强相与基体材料问的界面效应可能有别于连续介质假设，指出可以考虑采用离散原子-连续介质耦合模型改进数值模拟结果。     

国内外两种夹层结构弯曲模量测试方法不确定度评定

采用国家标准GB/T 1456-2005和美国标准ASTM C393/C393M-11测定同一批夹层结构的弯曲模量,对比所得测试结果的差异,并对其测试结果测量不确定度进行评定。结果表明:对同一批试样,采用国家标准GB/T 1456-2005和美国标准ASTM C393/C393M-11测得的夹层结构弯曲模量平均值分别121.5GPa和117.8GPa,其离散系数分别为0.07023和0.1305;对同一试样,采用国家标准GB/T 1456-2005和美国标准ASTM C393/C393M-11在约定置信概率为95%的条件下,得到夹层结构弯曲模量分别为125.5GPa和120.3GPa,其扩展不确定度分别为4.230GPa和8.862GPa,其扩展相对不确定度分别为3.371%和7.367%。采用国家标准GB/T 1456-2005所得结果相对较高,不确定度较小,离散度小,结果相对稳定可靠,建议采用其对夹层结构弯曲模量进行测试。     

能量法研究矩形填充多孔材料夹芯层面内等效模量

多孔材料作为一种新材料体系被大量运用于航空航天等领域,其夹层结构是大型风力发电机叶片的重要组成元件.为了节省生产成本、提高产品质量和结构安全性,以及对叶片的设计、改造和优化,其夹层结构夹芯层的等效力学参数研究是十分必要的.目前对于夹芯中填充其他材料的分析大多是忽略了填充材料带来结构性能的影响.本文针对矩形填充多孔材料夹芯层的特点,提出了十字填充模型,接着从能量的角度出发,推导出矩形填充材料夹芯层面内等效模量,并将能量法推导出的结果和从变形分析角度得出的结果进行对比,得到两种方法的计算结果完全一致的结论,从而验证了能量法的合理性,为将来深入研究矩形填充材料夹层结构的其他等效参数提供理论依据,也为叶片结构的改造和优化提供技术支持.     

复合材料模量估算的力学模型

在计算复合材料的模量时，被广泛应用的力学模型是等应力和等应变假设．本文改进了这些力学模型，推导出层合复合材料、单向纤维增强复合材料和颗粒增强复合材料模量的计算式．引入一个反映受力方向与复合材料组元连续性等的调节参量，可将其归纳成一个普遍式．     

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。     

傍山高陡填方软土路基的处治设计

宁台温高速公路瑞安龙头至苍南分水关段第九合同段第2号工点是一傍山高陡填方软土路基。该工点地质条件特殊,半幅路基位于有一定斜坡的地质条件较好的山坡上,而另半幅路基位于海相沉积的水田内,上部有3.2m～7.2m的淤泥层,淤泥层底部横坡较大;边坡处最大填方高度约20m,存在横向滑动的趋势及不均匀沉降。为了解决路基的稳定及沉降问题,在该处路基设计中采用了锚索抗滑桩、反压护道及排水、分层铺设土工格栅等方法进行综合处治,通过近2年多的监测,傍山高陡软土路基的水平位移速率已经稳定,沉降也逐渐缓和。通车2 a多时间内,经受了多次台风暴雨袭击,路基一直处于稳定状态,充分说明本工点处理方案是成功的,达到了安全、稳定的目的。     

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。     

隧道施工中环境土层工程性质研究

利用非饱和土的三轴仪 ,测定不同吸力状态下的土的强度特性 ,并确立了两者之间的定量关系 ,同时进行了含水量对非饱和土的强度影响试验 ,研究了北京地区的非饱和土的强度特性。试验结果表明 :不同的吸力状态下 ,土的强度明显提高 ;含水量的改变对内聚力有明显影响 ,而对内摩擦角无明显影响 ,并测定本土样对强度改变的含水量拐点值.     

考虑非饱和粘性土含水量变化的地铁隧道围岩土体稳定性分析

含水量是非饱和土力学性质的重要控制因素,非饱和粘性土是北京地铁苏州街车站隧道的主要围岩土体类型,应用钻孔取样的方法取得隧道周边区域内的土体系统样本,通过三轴试验和含水量测试建立了非饱和粘性土围岩的变形和强度参数与含水量的相关性,进而明确了该工程场地非饱和粘性土的主要参数与含水量的关系,以此为基础确定了工程场地不同区域的土体力学参数,通过有限元数值分析方法研究了施工过程中的围岩土体稳定性与地表沉降量,明确了考虑土体含水量变化条件下的隧道开挖施工过程中的围岩土体稳定性状况。     

盐渍土工程与力学性质研究进展

介绍我国西部地区大开发高等级公路、铁路网建设中盐渍土病害的力学相关问题. 综述了对盐胀、溶陷和腐蚀3大工程危害的机理研究以及对盐渍土的工程及力学特性的研究进展, 回顾了盐渍土水、盐、热的数学运移模型的发展, 盐渍土水、盐、热、力4场耦合模型的数值与实验探索, 对盐渍土研究领域中亟待进一步研究的问题进行了展望.     

微生物矿化风沙土强度及孔隙特性的试验研究

风沙土广泛分布于沙漠地区,其颗粒细小均匀,粒间无粘聚力,易引起风蚀形成沙尘暴的尘源. 自行设计实验室制备方法及工艺,通过微生物诱导碳酸钙矿化（microbial induced calcite precipitation, MICP）技术固化沙漠风沙土. 分析MICP 矿化砂土试样的强度特性,以及菌液浓度,岩土基质的孔隙率及颗粒级配对MICP 矿化砂土强度的影响. 试验结果表明,当砂土试样的矿化时间为7 天,菌液浓度OD600 值在0.5~0.8 之间,经MICP 矿化后的风沙土其无侧限抗压强度平均值为0.66MPa,内摩擦角平均值为36°,对运用MICP技术矿化沙漠风沙土的可行性进行了试验验证. 当岩土基质具有较大的孔隙率且级配良好时,MICP 矿化过程更加充分,MICP 矿化砂土试样呈现出更好的强度特性. 进而,利用核磁共振技术分析MICP 矿化前后砂土试样的孔隙特征,测试结果显示经MICP 矿化作用后试样的孔隙发育良好,孔隙半径大多分布在30 μm~50 μm之间,半径为100 μm 的孔隙提供大部分孔隙体积,且矿化作用后较未矿化前砂土试样孔隙率减小约15%.     

辽西风积土动剪切模量与阻尼比特性试验研究

研究辽西风积土的动力特性离不开其动剪切模量与阻尼比这两个最基本的参数. 通过一系列动三轴试验, 分析了围压、固结比、振动频率对原状风积土的动剪切模量与阻尼比的影响情况, 并探讨了其产生的机理. 通过试验数据分析表明, 风积土的动剪切模量随围压的增大而增大, 但阻尼比随围压的增大而减小; 动剪切模量随固结比的增大而增大, 阻尼比随固结比的增大而减小; 动剪切模量和阻尼比均随振动频率的增大而增大, 但影响较小, 不如前两个因素明显.