考虑颗粒形状和破碎的胶结钙质砂力学行为离散元模拟研究

质砂作为一种建筑材料,近年来广泛应用于我国南海岛礁工程建设中。本文通过建立考虑钙质砂真实颗粒形状和颗粒破碎的胶结钙质砂离散元模型,研究了二维剪切条件下试样的宏微观力学行为,包括应力-应变行为、颗粒破碎、胶结破坏、位移场和裂纹随剪应变的演化规律,讨论了颗粒形状、颗粒粒径范围、颗粒强度和水泥胶结强度对胶结钙质砂力学行为的影响规律。结果表明,钙质砂颗粒粒径区间越宽,胶结钙质砂的强度越高。同一级配条件下,考虑真实颗粒形状的胶结钙质砂试样比圆颗粒试样的强度更高,试样总体颗粒破碎率也更高。钙质砂颗粒的强度越高,胶结钙质砂的性能越好。但是提高水泥的强度对胶结钙质砂力学性能的影响并不显著。本文的研究结果可为实际工程中钙质砂的加固提供理论依据。     

钙质砂与结构接触面的本构模型研究

基于接触面的宏、细观物理特征,建立了单调加载条件下钙质砂与结构接触面的弹塑性增量本构关系。从接触面的宏观条件上考虑,该模型将弹性模量取为法向压力的指数函数,采用非关联流动法则和Mohr-columb屈服函数,以及切向塑性功为硬化参量,适用于多数接触摩擦问题。在细观上将滑动面抽象为锯齿面,同时将摩擦系数取为塑性功的双曲线函数,以考虑钙质砂颗粒破碎对接触面力学特性的影响。模型概念简单、参数较少,通过理论计算与钙质砂拉拔试验结果比较,显示了模型的合理性。     

钙质砂介质中爆炸波传播规律的试验研究

开展了一系列钙质砂和石英砂的地面爆炸试验,主要对比分析了两种砂土介质中爆炸波的传播规律,包括峰值压力、弹塑性波速及升压时间、爆坑尺寸等。试验结果表明,爆炸波在钙质砂中的传播与在石英砂中存在较大差异：地面爆炸作用下钙质砂爆坑较石英砂爆坑的直径和深度更小,且成坑形状为两阶同心圆;钙质砂中弹性波速为236～300 m/s,石英砂中弹性波速为218～337 m/s,弹性波速和塑性波速均随炸药质量增加而增大;爆炸波在钙质砂中的升压时间随比例距离的增加而增加,而在石英砂中升压时间随比例距离变化不明显,且较钙质砂中升压更迅速;在地面爆炸作用下,低含水率钙质砂的衰减系数为2.86,石英砂为2.79。     

钙质砂的SHPB实验技术及其动态力学性能

开展了11组南海钙质砂和福建石英砂的分离式霍普金森压杆（SHPB）实验,试样相对密实度为90%,厚度分别为10、30和50 mm,得到了冲击荷载下钙质砂和石英砂的应变率时程曲线、应变时程曲线和应力应变关系。实验结果表明：通过严格装样技术可以减小实验设备产生的误差,改变试样厚度、子弹长度、整形器等是实现钙质砂应力平衡和恒应变率的主要手段。在相同的密实度和加载条件下,钙质砂的体积模量和剪切模量约为石英砂的10%,压缩强度和抗剪强度约为石英砂的30%。冲击荷载作用下钙质砂的动态力学性能与石英砂存在较大的差异,因此不能将已有石英砂的研究结果直接用于钙质砂。

     

可破碎颗粒体在动力载荷下的耗能特性

采用离散元的数值方法, 通过连接键将若干小颗粒绑定为一个具有不规则外形的大颗粒体, 设置不同连接键强度模拟了颗粒体在外加动力载荷下破碎过程, 并探讨其中系统能量耗散特性. 计算结果表明, 颗粒体的破碎程度决定了系统能量耗散率, 即内部耗能占外界输入能量的比例. 破碎率越高, 颗粒间相互摩擦和碰撞越剧烈,系统能量耗散率越高. 同时, 在循环载荷下系统内颗粒体破碎绝大部分发生在加载初期, 随着颗粒体的分解破碎速率逐渐减小, 系统耗能能力也随之降低.      

爆炸波在非饱和钙质砂中的传播规律

以球形TNT药包作为爆源,在密实的非饱和钙质砂中进行了一系列大尺寸爆炸模型试验。主要研究在不同药包质量、埋深及砂土试样含水率条件下,密实钙质砂中爆炸波的主要基本参数随传播距离增加而变化的规律。试验结果表明爆炸波主要以弹塑性波的形式在密实钙质砂中传播,在干燥和潮湿试样中塑性纵波波速随试样初始密度的增大或含水率的降低而增大,且范围分别为250～282 m/s和302～339 m/s。集团装药情况下,非饱和钙质砂中封闭爆炸的临界比例埋深约为2.25 m/kg1/3。在试验范围内,密实钙质砂中爆炸波的法向应力峰值及法向比冲量的衰减均服从爆炸相似律。封闭爆炸时,干燥钙质砂中爆炸波的应力衰减指数在测点比例爆心距大于或小于0.75 m/kg1/3处分别为2.94或1.37;潮湿钙质砂中爆炸波的应力衰减指数随含水率升高而增大,其范围为1.39～1.79。法向比冲量衰减指数随试样含水率升高而减小,其范围为0.97～1.18。     

化学腐蚀后砂岩三轴压缩力学特性及其能量机制的试验研究

为研究不同化学溶液对砂岩力学性质及能量特征的影响,采用不同的水化学溶液对砂岩试样进行腐蚀,利用WDT-1500多功能材料试验机对化学腐蚀后饱和状态与自然状态的试样进行常规三轴压缩试验。试验结果表明:化学腐蚀后砂岩试样的强度及其抗变形能力呈现不同程度的劣化;化学腐蚀后砂岩试样的峰值应变小于相同围压下自然状态试样的峰值应变,与单轴压缩条件下不同,这可能是由于围压和化学溶液共同作用的结果;砂岩试样的似软化系数与围压之间呈现负相关性,同时,其降低速率随着围压的增加而降低。砂岩试样峰值前吸收的能量绝大部分是以可释放弹性应变能Ue形式储存下来的,而化学腐蚀后砂岩试样以Ue形式储存下来的能量占其总吸收应变能的百分比却有所下降;同时,围压与试样的可释放应变能/应变能比值之间呈负相关性,而与耗散能/应变能比值存在正相关性;岩石脆性指标修正值呈现不同程度的增加,试样的脆性减弱延性增强,即塑性变形增加,塑性变形与耗散能之间具有很好的线性特征。溶液的pH值、浓度和化学成分对砂岩试样峰值处各部分应变能的影响显著。     

液滴在气体介质中剪切破碎的数值模拟研究

液滴变形和破碎是燃料抛撒问题的重要过程.本文将VOF方法和标准k-ε湍流模型组合,建立了计算液滴在气流中变形破碎过程的数值方法.数值模拟了相关的实验,计算得到的液滴破碎过程与实验结果符合较好.在此基础上,分析了几个关键参数(Weber数、Ohnesorge数、液气密度比)对液滴破碎过程的影响.计算结果表明,Weber数...     

椭圆颗粒在剪切流中旋转特性的数值研究

研究颗粒在流体剪切作用下的运动特性是理解和预测颗粒悬浮流流动行为的关键.当流体的惯性不能忽略时,颗粒的运动往往变得非常复杂.本文采用格子Boltzmann方法对中等雷诺数下椭圆颗粒在剪切流中的旋转运动进行了模拟.首先,研究了雷诺数(0Re 170)的影响,结果表明当雷诺数低于临界值时,颗粒以周期性的方式旋转,角速度最小时对应的长轴方向随着雷诺数的增大而逐渐远离水平方向,而且这一倾角与雷诺数呈分段线性关系;当雷诺数大于临界值时,椭圆形颗粒最终保持静止状态,且静止时的转角与雷诺数呈幂函数关系,雷诺数越大,转角越小,椭圆的长轴越远离水平位置.其次,研究了椭圆颗粒的长短轴之比α(1α10)的影响,结果表明颗粒旋转的周期与α呈幂函数关系,α越大,颗粒旋转周期越小.此外,当α超过临界值时,颗粒也在水平位置附近保持静止状态,此时的转角与α也呈幂函数关系,α越大,转角越小.研究还发现,当雷诺数较大时椭圆颗粒在旋转过程中会产生过冲现象.     

非饱和砂的表观粘聚力研究──利用有机材料和粘性土改善非饱和砂的强度(英文)

通过室内试验利用有机材料、粘性土、和荷兰淤泥改善非饱和砂的表观粘聚力 ,选择五种不同类型的砂、有机材料、黑淤泥、斑脱土和高岭土做为试验材料研究非饱和状态下砂的粘聚征 ,试验结果表明 ,在非饱和状态下 ,砂会表现出一定的粘聚力 ,并且一些材料对非饱和砂的表观粘聚力具有明显的提高     

节理岩体能量损伤本构模型与工程应用

本文根据Betti能量互易定理,节理岩体能量损伤演化方程,广义正交法则和塑性损伤一致性条件建立了节理岩体的能量损伤本构模型,并将该模型编制成三维非线性有限元计算程序应用于溪洛渡地下厂房洞室群施工开挖稳定性分析,获得了较为满意的计算结果。     

论连续性方程的推导及几种形式转换的方法

连续性方程是流体力学中的一个重要基本方程,在教学过程中往往侧重于其在工程中的应用而忽视了基本概念和物理意义。本文提出了一种系统性的教学方法,对连续性方程的相关基本概念进行串联整合,将雷诺输运定理应用到不同的流动模型来推导出四种不同形式的连续性方程,并通过演算证明它们可以相互转换,本质上是同一个方程。该教学方法能帮助学生加深对流体动力学基本公式物理意义的理解,构建起研究流体力学的基本思路。

     

THE DIFFERENTIAL SOLUTION TO THE FLYING LOCUS EQUATION OF THE SHOT AND ITS APPLICATION

ＴＨＥＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬＳＯＬＵＴＩＯＮＴＯＴＨＥＦＬＹＩＮＣＬＯＣＵＳＥＱＵＡＴＩＯＮＯＦＴＨＥＳＨＯＴＡＮＤＩＴＳＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＬｉｕＸｉａｏ－ｘｉａｎｇ（刘小湘）　　（ＸｉａｎｇｔａｎｉｎｓｔｉｔｕｉｅｏｆＭａｃｈｉｎｅｒｙａｎｄ...     

饱和砂土振动扎隙水压力理论与应用研究进展

本文简要回顾了地震、波浪等引起的往返载荷作用下饱和砂土孔隙水压力理论与应用的研究历史和实践背景,并从影响因素、计算理论与应用等较广泛的范围,就目前国内外对饱和砂土振动孔隙水压力问题的研究现状作了较系统的评述,最后讨论了有待进一步研究的问题。      

SOLUTION OF THE ADVECTION–DIFFUSION EQUATION USING A COMBINATION OF DISCONTINUOUS AND MIXED FINITE ELEMENTS

When transport is advection-dominated, classical numerical methods introduce excessive artificial diffusion and spurious oscillations. Special methods are required to overcome these phenomena. To solve the advection‒diffusion equation, a numerical method is developed using a discontinuous finite element method for the discretization of the advective terms. At the discontinuities of the approximate solution, numerical advective fluxes are calculated using one-dimensional approximate Riemann solvers. The method is stabilized with a multidimensional slope limiter which introduces small amounts of numerical diffusion when sharp concentration fronts occur. In addition, the diffusive term is discretized using a mixed hybrid finite element method. With this approach, numerical oscillations are completely avoided for a full range of cell Peclet numbers. The combination of discontinuous and mixed finite elements can be easily applied to 2D and 3D models using various types of elements in regular and irregular meshes. Numerical tests show good agreement with 1D and 2D analytical solutions. This approach is compared at the same time with two different numerical methods, a standard mixed finite method and a finite volume approach with high-resolution upwind terms. Regular and irregular meshes are used for the numerical tests to study the mesh effects on the numerical results. Our data show that in all cases this approach performs well. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

区域稳定性的神经网络分区评价

以黄河黑山峡河段区域稳定性研究为例 ,本文系统地提出了区域稳定性的神经网络分区评价的程序与方法。结果表明 ,这一评价方法比其他方法更简洁 ,也更准确     

金属材料蠕变的微观热力学机理及本构方程的研究

蠕变是金属材料的重要现象，其机理及本构方程的研究则是其重要的研究领域。虽然这方面工作已为数颇多，但迄今尚难以与实验有较好的吻合。本文在综合前人各种蠕变机理的基础上，提出金属材料蠕变的热力学机理，并进而推导出蠕变的本构方程及里面变量应力和温度所满足的约束条件。其数值结果与试验较为一致。     

位势流动和非均匀介质中声波方程的36种形式

声波方程是对大多数声学问题进行数学描述的出发点. 那些得到 广泛应用的经典波动方程及对流波动方程都存在苛刻的适用条件, 即仅适用于描述处于静态或匀速运动状态的定常 均匀介质中的线性无耗散声波. 然而, 很多实际场合并不满足这些严格的适用条件. 本文对经典声波方程和对流声波 方程进行推广, 导出了编号为W1$\sim$W36的36种不同形式的声波方程, 涵盖了处于静止、势流或旋涡流状态下的非均匀 和/或非定常介质中的声波传播问题. 所考虑的声波传播情形包括: (1) 线性波, 即具有小梯度(小振幅)性质; (2)非线性波, 即具有陡峭梯度性质, 包括``波纹'(小振幅大梯度)或者大振幅波. 本文仅考虑非耗散声波, 即排除了由剪切、体积黏度及热传导所引起的耗散. 对具有匀熵或等熵(熵沿流线守恒)性质的均匀介质和非均匀介质中的声传播进行了研究但非等熵(即耗散)情况除外; 另外, 对非定常介质中的 声波问题也进行了分析. 所涉及的介质可以处于静止、匀速运动状态, 或者是非匀速的和/或非定常的平均流动, 包括: (1)低Mach数的势平均流(即不可压缩的平均态), 或高速势平均流(即非均匀可压缩的平均流); ② 变截面管 道中的准一维传播, 包括无平均流的号管和具有低或高Mach数平均流的喷管; 或③平面的、空间的、或轴对称的单 向剪切平均流. 本文没有探讨其他类型的旋涡平均流(将与耗散及其他情形一起留待下一步研究), 例如, 可能与剪切效应相结合的轴对称旋转平均流. 通过对流体力学的一般方程进行消元处理或根据声学变分原理, 导出了36种波动方程, 对一些波动方程还采用这两种方法进行相互校验. 尽管声波方程的36种形式没有涵盖非线性、非均匀与非定常及非匀速运动介质 这3个效应的所有可能的组合情形, 但它们的确包括了孤立状态下的各种效应, 并包括了多种多重效应组合的 情形. 虽然经典波动方程和对流波动方程仅适用于处于静止(或匀速运动)的均匀定常介质中的线性无耗散声波, 但它们在 相关文献中已被广泛采用; 本文给出的36种声波方程提供了它们多种有用的推广形式. 在许多实际应用中, 经典波动方 程和对流波动方程仅是粗略的近似, 声波方程的更一般形式可提供更令人满意的理论模型. 本文每节末尾给出了这些应用 的众多范例. 在这篇评论文章中引用了240篇参考文献.     

RHT-902和Octol炸药爆轰产物JWL状态方程研究

本文对RHT-902和Octol两种炸药做了标准圆筒试验,运用能量守恒原理分析处理试验结果,用解析关系式确定了这两种炸药爆轰产物的JWL状态方程参数。这些参数与国外发表的相应参数基本一致。