流体力学课程互动式教学的探讨与实践

流体力学是力学专业的核心课程,具有理论性强、应用面广的特点。针对学生学习积极性不高、参与度不够的问题,本课程对互动式教学方法进行了思考和实践。首先,对互动式教学的要素和条件进行了分析,结合流体力学应用性广、可演示可验证的特点,设计了贴合流体力学课程的互动式教学方法,同时制定了适用于互动式教学的评价方法。在互动式教学中,设计了两类互动内容,一类是调研分析互动,一类是探究性实验互动。从教学效果看,互动式教学提高了学生的积极性和参与度,显著提升了互动的频次和质量,带动了学生的知识理解和能力培养。     

准脆性材料的弹塑性各向异性损伤耦合本构模型研究

针对准脆性材料的非线性特征：强度软化和刚度退化、单边效应、侧限强化和拉压软化、不可恢复变形、剪胀及非弹性体胀,在热动力学框架内,建立了准脆性材料的弹塑性与各向异性损伤耦合的本构关系。对准脆性材料的变形机理和损伤诱发的各向异性进行了诠释,并给出了损伤构形和有效构形中各物理量之间的关系。在有效应力空间内,建立了塑性屈服准则、拉压不同的塑性随动强化法则和各向同性强化法则。在损伤构形中,采用应变能释放率,建立了拉压损伤准则、拉压不同的损伤随动强化法则和各向同性强化法则。基于塑性屈服准则和损伤准则,构建了塑性势泛函和损伤势泛函,并由正交性法则,给出了塑性和损伤强化效应内变量的演化规律,同时,联立塑性屈服面和损伤加载面,给出了塑性流动和损伤演化内变量的演化法则。将损伤力学和塑性力学结合起来,建立了应变驱动的应力-应变增量本构关系,给出了本构数值积分的要点。以单轴加载-卸载往复试验识别和校准了本构材料常数,并对单轴单调试验、单轴加载-卸载往复试验、二轴受压、二轴拉压试验和三轴受压试验进行了预测,并与试验结果作了比较,结果表明,所建本构模型对准脆性材料的非线性材料性能有良好的预测能力。     

密闭腔体声-结构耦合系统的动力灵敏度分析

以密闭空腔为对象,开展了声-结构耦合系统的动力分析和灵敏度计算,为系统性态优化设计提供理论和算法基础。分别把结构和声场进行离散化,推导了声-结构耦合系统的有限元方程,求解了耦合系统的频率和声压级响应。在此基础上,以结构尺寸为设计变量,计算了耦合系统的固有频率和声压级响应的灵敏度,解决了声-结构耦合系统动力灵敏度的数值算法问题。     

浮体平衡稳定性的研究和应用

本文研究了几种简单的浮体和船体模型的稳定性,并对船体模型能承受的最大外力矩作了分析和计算,然后将这些分析和计算方法推广到任意形状的实际船体。这对船舶设计提供了一定的参考。本文对浮体稳定平衡的6种判据作了比较,指出各自的优点和局限性,以及相互关系。这对澄清有关的基本概念,改进该领域的教学和研究,会有所助益。     

浮体平衡稳定性的研究和应用

本文研究了几种简单的浮体和船体模型的稳定性,并对船体模型能承受的最大外力矩作了分析和计算,然后将这些分析和计算方法推广到任意形状的实际船体。这对船舶设计提供了一定的参考。本文对浮体稳定平衡的6种判据作了比较,指出各自的优点和局限性,以及相互关系。这对澄清有关的基本概念,改进该领域的教学和研究,会有所助益。     

材料的微结构损伤与韧性断裂

Ⅰ.前言50年代起至60年代,国际上开展了材料宏观力学性能的大量研究,提出了应力强度因子K和J积分,确定了断裂韧性参数的测定方法,创立了断裂力学学科并制定了规范,对材料的断裂、疲劳性能的预测和安全设计做出了很大贡献。进入70年代后开始注意到现有技术远远不能认识和控制各类裂纹的起因和发展。例如,K和J不能解决裂纹的稳态扩展、复      

三维显式有限元程序及炸药冲击起爆应用

冲击和爆炸数值模拟在军事工程和民用领域都应用广泛。基于显式有限元理论,本文介绍了自主研发的三维冲击和起爆流体动力学程序。该程序的功能包含了材料本构、状态方程、炸药反应速率方程和接触碰撞算法,能够模拟复杂条件下结构冲击和炸药起爆问题。由于采用面向对象的编程方法,程序结构相对简单并且容易修改。首先,进行了Taylor杆碰撞数值模拟,并将计算结果与实验结果以及DYNA2D结果进行了比较;接着,基于Lee-Tarver点火增长模型,模拟了冲击加载下裸炸药和带壳炸药的冲击起爆问题。计算结果表明,三维程序计算结果与实验值和商业软件结果都非常吻合,该程序能够较准确地模拟三维结构的冲击和炸药起爆问题。同时,基于面向对象开发的三维计算程序实现了模块化功能,易于后续开发,为冲击和爆炸计算程序的开发提供了参考。     

高超声速静风洞特点和发展概述

普通的高超声速风洞来流噪声和脉动要比实际飞行高一到两个数量级,要在风洞中进行高超声速转捩机理现象的研究,发展高超声速静风洞是十分必要的。为此,首先介绍了静风洞的基本概念,讨论了静风洞的几个关键技术和层流喷管的设计方法,并对静风洞的噪声特性和诊断手段进行了简单的分析。同时论述了国际上高超声速静风洞的发展现状、基本过程和发展水平,介绍了NASA几个代表性的高超声速静风洞实例。最后,整理了国外发展静风洞的经验和成果,对建设我国高超声速静风洞具有参考和借鉴价值。     

改进的遗传算法求解桁架的拓扑优化

提出了一种改进的遗传算法,用于优化具有离散尺寸、连续形状和0-1拓扑变量的桁架问题。考虑到离散和连续变量的本质,文中提出了混合编码方法,其中包括二进制和实数编码,整数和实数编码。本文采用了凝聚选择法-基于约束和适应度值双重标准,完全适应约束问题的本质。在优化过程中,初始种群和算子具有不确定性,因此有必要检验结构拓扑的合理性。为了增强算法的可靠性,采用了改进的重新开始算子,引入新基因并且探索新空间。求解了典型的算例,证明改进的遗传算法是可行且有效的。     

人为土的工程分类与利用研究

为了系统地了解和掌握人为土的工程性质,更好地开发和利用人为土,本文对人为土进行了比较系统的研究,定义了人为土的内涵,分析了人为土的成因,确立了人为土的分类原则,建立了人为土的工程分类和利用体系。根据人为土的成因,将人为土分成二个大类,五个亚类和十一个种类,并对每一类土的内涵、基本原理、工程性质及其优缺点等进行了详细的分述,在此基础上,提出了各类人为土的工程利用方案和适用范围。研究成果为人为土的研究和工程利用提供了理论基础。     

平寨坝址左岸岩溶发育规律及其对建坝条件的影响

地层岩性、水文地质、地质构造对平寨坝址的工程地质条件起着主要作用。从岩溶形态入手 ,对平寨坝址左岸岩溶的分布规律进行了研究 ,指出主要岩溶形态如洼地、漏斗、落水洞等在平面上呈带状分布 ;溶洞在垂向上具成层性、空间展布上具方向性以及平面分布具差异性等分布规律。对影响岩溶发育的因素进行了探讨的结果表明 :(1)灰岩的纯度越高、岩层越单一、层理的厚度越大 ,岩溶越发育 ;(2 )褶皱控制岩溶系统整体发育的方向、控制溶洞发育部位、规模及形态 ;(3)裂隙的发育程度和延伸方向决定岩溶发育的程度和发展方向。在岩溶发育规律的基础上对坝址左岸岩溶进行了如下预测 :(1)坝址左岸表层岩溶发育较强 ,岩体内部发育较弱 ;(2 )在坝轴线附近隐伏大规模溶洞的可能性较小 ;(3)平寨坝址河床深岩溶不发育。最后探讨了岩溶发育对建坝可能产生的渗漏与稳定性降低等问题     

铁路深埋隧道区岩溶发育特征研究

对圆梁山隧道毛坝向斜段揭露溶洞进行分析的基础上 ,结合向斜区岩溶分布的勘察 ,对毛坝段深层岩溶发育特征及影响因素进行了研究。认为岩溶水在水力坡度或压力水头 ,尤其是水重力的作用下有不断向深层运移的趋势 ,所以在水具有侵蚀性的前提下 ,岩溶也具有向深层发育的趋势 ,并在厚层隔水底板及排泄基准面附近形成岩溶较发育带。而岩溶分布的层位及构造部位 ,在同一地质单元中的浅层和深层区具有类似性     

某大型水电枢纽坝基埋藏型岩溶发育特征及深层承压水研究

作者在现场工程地质勘察、试验基础上, 对我国西南某大型水电枢纽坝基所遇特殊的复杂埋藏型岩溶、承压水问题进行了研究, 弄清了坝基岩溶、承压水形成条件及发育特性, 对坝址选择及工程处理的决策具有重要意义。     

宜万铁路八字岭隧道岩溶管道冲积物特征实验研究

岩溶山区的隧道工程建设中,隧址区的岩溶管道连通性对隧道设计中涌水量、水压力等指标的确定以及隧道施工防灾具有重要意义。以宜万铁路八字岭隧道为例,系统分析了岩溶管道粗颗粒沉积物的粒度、岩石及矿物成分、圆度度组合等特征,通过对比分析,探讨了碎屑沉积物的地质联系,研究了沉积物的来源,以此为基础分析了隧址区岩溶管道的连通性,为工程设计施工提供参考。     

岩溶塌陷临界土洞高度的确定——以唐山市体育场岩溶塌陷为例

土洞的产生和发展是岩溶塌陷的基础和前提,临界土洞是土洞发展的最终阶段,以临界土洞为界,岩溶塌陷在时间和空间上划分为内部塌陷阶段和地表塌陷阶段。内部塌陷阶段是土洞在覆盖层土体内部的发育扩展阶段,土洞顶板土体的破坏形式类似于地下洞室洞顶围岩的破坏。根据地下洞室普氏平衡拱理论,建立覆盖层土体的天然平衡拱高度,即临界土洞高度公式,并以唐山市体育场岩溶塌陷为例,对该公式进行验证评价,计算所得塌陷的临界土洞高度与实际情况相符合,误差仅为4.3%。     

铁路施工期岩溶地质宏观预测专家系统研究

岩溶的发育受到多种因素控制,具有不确定性,在结合宜万铁路齐岳山隧道、八字岭隧道、野三关隧道、马鹿青隧道以及渝怀铁路圆梁山隧道等多座岩溶地区山岭隧道的岩溶洞穴发育分布特征分析研究的基础上,提出了包括地层岩性、地质构造、地形地貌、地表水、地下水、隧道设计等因素在内的隧道工程岩溶超前预报的地质分析指标体系,明确了岩溶灾害发生危险性的高、中、低3个等级的工程地质标志性特征,应用专家评价法研究了各个指标的权重,构建了超前地质预报专家系统知识库,研制了山岭隧道岩溶超前地质预报专家系统,通过宜万铁路具体隧道工程的实际应用探讨了专家系统预测的可靠性。     

岩溶塌陷的类型、成因机制及防治途径──兼论武汉市岩溶塌陷勘查工作要点

按岩溶塌陷的类型, 对其成因机制作了分析。在此基础上, 提出了武汉市岩溶塌陷勘查与防治工作要点。     

大瑶山隧道岩溶涌水系统分析

本文以系统论和控制论为指导分析了大瑶山燧道岩溶涌水系统。通过利用地质结构特征、水化学场和同位素场的综合信息分析,详细阐述了岩溶涌水的补给来源和范围以及水动力的补排关系。建立了较逼真的岩溶涌水水文地质模型和数学模型,并对涌水过程进行了数值模拟分析。最后分析了涌水所造成的地面塌陷机理并给出其整治方案。     

重庆走马岭岩溶隧道涌水量初步研究

隧道涌水问题普遍存在,从隧道的施工到竣工运行都受其影响,特别是在南方岩溶地区尤为严重。根据勘察资料,走马岭隧道穿越可溶岩段(含断层破碎带)长1525m,占隧道总长的62%,极易发生隧道涌水事故。本文结合已开挖段隧道涌水的实时监测数据及前期工程勘察资料,对隧道涌水做出初步预测评价,为以后的施工提供依据。     

铁路隧道工程勘察中高频大地电磁测深应用效果研究

铁路隧道周围一定范围内的岩溶洞穴及断层构造,都将对隧道施工产生安全隐患,本文阐述采用EH?4电导率成像系统的高频大地电磁法能够准确快速的探测一定深度范围内的溶洞、断层等地质构造,对施工区的地质构造和岩溶的赋存状态进行超前的宏观预测,并将野外的成功实例进行分析。