含气多孔介质的卸压破坏及突出的极强破坏准则

用简单的一维刚骨架破坏失效模型描述受压含气多孔介质在界面突然卸压下的拉伸破坏，这类破坏具有不发散传播的特性，可用稀疏间断波来表示，即破坏波．存在有极强破坏波，它由类似于定常爆燃的Ｃ Ｊ条件确定．提出了临界突出的极强破坏准则．     

多层平行裂隙型多孔介质通道内流体流动传热特性

基于Brinkman-extended Darcy模型和局部热平衡模型,对多层平行裂隙型多孔介质通道内的流动传热特性进行研究.获得了多层平行裂隙型多孔介质通道内各区域的速度场、温度场、摩擦系数及努塞尔数解析解,并分析了裂隙层数、达西数、空心率、有效热导率之比等对通道内流动传热特性的影响.结果表明:达西数较小时,通道多孔介质层内会出现不随高度变化的达西速度,此达西速度会随裂隙层数的增加而增大,但却不受各裂隙层下多孔介质层位置变化的影响.增加裂隙层数会减弱空心率对压降的影响,会使通道内流体压降升高,但升高程度会逐渐降低.增大热导率之比或减小空心率会使多裂隙通道内出现阶梯式温度分布,而在较小热导率之比或较大空心率时多裂隙情况下的温度分布曲线会趋于一致.此外,当热导率之比较小时,多层裂隙通道内的传热效果在任何空心率下都要优于单裂隙情况,当热导率之比较大时,存在临界空心率使各裂隙层数通道内的传热效果相同,且多裂隙通道内继续增加裂隙层数对传热强度影响不大.     

底部热加载下两层多孔介质热流耦合现象研究

底部热加载条件下非线性流动传热问题的求解一直是多孔介质研究领域的难题。采用实验测试及数值模拟的方法,对底部热加载方式下两层多孔介质内热流耦合对流传热解的特性进行了研究。研究结果表明:在小瑞利数工况下,两层多孔介质内骨架内材料比例对温度场分布和非线性特性有重要影响;确定了非线性分叉、震荡解的特征值,并计算出了不同材料比例下的分叉及震荡所对应的临界瑞利数;通过实验验证了底部热加载时两层多孔介质内温度随时间呈非稳态震荡变化。结论可为实现热流分层、局部削弱或强化传热提供参考。     

一维含气多孔介质突然卸载破坏引起渗流变化的实验研究

利用煤激波管进行了一维含气多孔介质在突然卸载条件下的破坏实验,并对破坏的形态(层裂和层松)以及破坏前后气体渗流特性的变化进行了实验研究。实验结果表明:试样的破坏存在层裂和层松两种典型的破坏形式,破坏后煤样渗透率的变化本质上是由层松引起的;渗透率的分布与破坏应变直接相关,而充气压力是决定总体变化的参数;试样开裂破坏后的渗透率是原始渗透率的1～2倍;随充气压力增加.破坏深度按某一特征厚度的倍数增加。     

多孔颗粒固定床层中颗粒内部溶质大分子受力的分析

利用以Brinkman方程为基础的有效介质方法和一般的点阵模型,研究固定床层中多孔颗粒内部溶质大分子的传递,在考虑颗粒内部空隙度和整个床层空隙度双重影响下,得到球形溶质大分子在多孔介质内部的受力公式,进而研究其在多孔颗粒固定床层中的传递现象。     

一维流体饱和粘弹性多孔介质层的动力响应

本文研究了不可压流体饱和粘弹性多孔介质层的一维动力响应问题。基于粘弹性理论和多孔介质理论,在流相和固相微观不可压、固相骨架服从粘弹性积分型本构关系和小变形的假定下,建立了不可压流体饱和粘弹性多孔介质层一维动力响应的数学模型,利用Laplace变换,求得了原初边值问题在变换空间中的解析解,并利用Laplace逆变换的Crump数值反演方法,得到原动力响应问题的数值解。数值研究了饱和标准线性粘弹性多孔介质层的动力响应,分析了固相位移、渗流速度、孔隙压力及固相有效应力等的响应特征。结果表明,与不可压流体饱和弹性多孔介质相同,不可压流体饱和粘弹性多孔介质中亦只存在一个纵波,并且固相骨架的粘性对动力行为有显著的影响。     

钢纤维混凝土的层裂特征

利用大直径Hopkinson压杆作为实验设备,通过试件后面的吸收杆应变波形分析了钢纤维增强混凝土的层裂特征。实验结果表明,钢纤维混凝土的层裂强度与钢纤维含量、混凝土压缩强度以及加载速率有关,并给出了经验公式。和素混凝土相比,钢纤维混凝土具有更高的层裂强度和更好的阻止损伤演化和裂纹扩展的能力。高速摄影结果表明,钢纤维混凝土层裂时,层裂段的飞离是由于陷在层裂段中应力波的动量效应,而且在层裂段中不易出现再次层裂的现象。这些现象和相同加载条件下素混凝土的层裂破坏有明显差别,说明钢纤维可以很好地提高混凝土抗层裂能力,其结论对相关的数值模拟和防护工程设计有重要意义。     

成层饱和介质平面波斜入射问题的一维化时域方法

地震波斜入射下自由场的输入是大型结构抗震分析中亟待解决的问题之一,尤其是成层饱和多孔介质自由场问题,由于问题的复杂性,目前研究甚少. 本文基于Biot提出的饱和多孔介质动力方程,建立了一种新的求解平面波斜入射下基岩上覆饱和多孔介质成层场地自由场分析的一维化时域计算方法. 该方法首先根据Snell定律将饱和多孔介质二维空间问题转化为一维时域问题,通过对深度方向的有限元离散,得到饱和多孔介质波动问题的一维化有限元方程,然后采用单相弹性介质精确人工边界条件模拟基岩半空间的波动辐射和输入特征,通过考虑基岩与饱和多孔介质间透水或不透水边界条件以及不同饱和多孔介质交界面边界条件,形成基岩上覆成层饱和介质系统的整体有限元方程,最后采用中心差分法与Newmark平均加速度近似格式相结合的方法对时间进行离散,得到节点的动力时程的显式表达. 典型场地的地震反应分析表明,本文方法的计算结果与传递矩阵法结合傅里叶变换的计算结果完全吻合,证明了其有效性.