考虑渗流效应的深埋海底隧道围岩与衬砌结构应力场研究

深埋海底隧道经常处于高水压工况,地下水渗流对隧道围岩及衬砌结构安全性有较大影响.本文提出了一种含衬砌深埋海底隧道力学模型,研究了海底隧道服役阶段地下水渗流对围岩及衬砌结构稳定性的影响机理.应用保角映射方法将包含海水与围岩弹性区的半无限域映射成圆环域,根据渗流边界条件建立了各界面间极坐标下的渗流方程,得到了海底隧道渗流场解析解.将渗流场以体积力形式作用到应力场中,根据应力边界条件建立了应力平衡方程,基于考虑中间主应力影响的Drucker-Prager （D-P）准则,得到了渗流效应影响下围岩与衬砌结构的弹塑性解析解.以深圳妈湾跨海通道工程为例,将解析解与有限元数值解进行了对比,验证了本文理论解的准确性,研究了渗流效应对隧道围岩与衬砌结构应力场的影响规律.最后,分析了海水深度与内水水头对塑性区半径的影响.研究结果表明:渗流效应对围岩与衬砌结构中的环向应力影响显著,径向应力随ρ增大呈非线性增长;随着海水加深,隧道承受水压不断加大,围岩塑性区范围显著增大;增加内水水头可以有效限制围岩塑性区发展,初始阶段限制效果明显,后续增加内水水头限制效果逐渐减弱.     

网链缠结对凝胶薄膜起皱的影响

凝胶薄膜在变形时易发生屈曲、起皱等失稳现象,这在凝胶薄膜的应用中是非常重要的．近年来,针对凝胶薄膜的屈曲、起皱失稳行为,越来越多的科研人员尝试从力学角度进行分析．但是大多数的研究是基于Flory-Rehner弹性凝胶理论,未考虑凝胶网链缠结引起的物理交联对凝胶自由能的影响,模型精度不高．本文采用Edwards-Vilgis所提出的Slip-link模型对平面内起皱的凝胶薄膜进行分析,研究了不伸展参数、滑移参数对聚合物凝胶增量模量的影响以及不伸展参数、滑移参数、基底材料泊松比对凝胶薄膜起皱时的临界波长和临界应力的影响．结果表明：化学势在一定范围内变化时,随着化学势的增加,增量模量、临界波长、临界应力减小;不可伸长参数越大,增量模量、临界波长及临界应力越大;滑移参数越大,增量模量、临界波长及临界应力越小．     

相图热力学数据库及其计算软件:过去、现在和将来

相图热力学信息是材料设计和研发的重要基础之一.基于热力学数据库的CALPHAD (CALculation of PHAse Diagram)方法使得多元多相材料的相图热力学计算成为可能.随着材料基因组工程(Materials Genome Initiative, MGI)和集成计算材料工程(Integrated Computational Material Engineering, ICME)的发展,各种材料的热力学数据库及计算软件不断涌现.本文结合本课题组在该方向的研究工作对相图热力学数据库及其计算软件的过去进行了简单回顾,并对现状以及未来的发展趋势进行了讨论.     

太阳能集热管截面形状对管内超临界CO_2流动换热的影响研究

超临界CO_2的太阳能管式集热器通常在高压、高温、高能流密度且非均匀分布的工况下运行,为了探寻有效的流动换热与吸热综合性能强化措施,本文数值模拟研究了5种集热管截面形状对管内超临界CO_2流动换热与阻力性能的影响规律,获得了流动与换热性能、吸热性能、集热管表面温度较低且分布均匀性较优的强化方式。结果表明:1)对于不同截面形状集热管,椭圆形截面集热管的流动换热与吸热综合性能指标(j/f)(q′/q)最优且随长短轴比K的增大而先增大后减小;2)对于不同截面形状集热管表面温度,K最大的椭圆形C截面(K=2.5)的表面最高温度最低,轴向与周向温度分布均匀性最优且K越大越优。     

功能梯度压电板条中电绝缘型运动裂纹的电弹性场

基于三维弹性理论和压电理论，对材料系数按指数函数规律分布的功能梯度压电板条中的反平面运动裂纹问题进行了求解。利用Fourier积分变换方法将电绝缘型运动裂纹问题化为对偶积分方程，并进一步归结为易于求解的第二类Fredholm积分方程。通过渐近分析，获得了裂纹尖端应力、应变、电位移和电场的解析解，给出了裂纹尖端场各个变量的角分布函数，并求得了裂纹尖端场的强度因子，分析了压电材料物性梯度参数、几何尺寸及裂纹运动速度对它们的影响。结果表明，对于电绝缘型裂纹，功能梯度压电板条中运动裂纹尖端附近的各个场变量都具有-1／2阶的奇异性；当裂纹运动速度增大时，裂纹扩展的方向会偏离裂纹面。     

层状地基轴对称问题的Mindlin解

本文在文献[1]的基础上,对层状地基应力和位移的计算方法做了一些创新的工作。首先作者提出求解传矩阵的逆矩阵的简便公式。并在应力、位移的计算上,对荷载作用面上下分别采用二种不同的传递矩阵。加快了计算速度,避免了层状体系计算中常见的溢出问题及大数减大数造成的计算困难。     

两性pH敏感凝胶溶胀理论的有限元方法

两性pH敏感凝胶同时拥有可电离的酸性基团和碱性基团,与普通凝胶相比,它具有更好的溶胀特性和生物相容性,从而被广泛应用在生物医学、药物输送系统、微流体控制等领域。因其独特的pH敏感特性和非线性溶胀行为,目前还缺乏用于描述两性pH敏感凝胶的有限元方法。据此本文采用修正过的两性pH敏感凝胶平衡溶胀理论,发展了能够描述凝胶溶胀力学行为的有限元计算方法,计算两性pH敏感凝胶在均匀溶胀和非均匀溶胀下的力学行为。结论显示,该有限元方法可以很好地与凝胶溶胀理论的(半)解析解拟合,既可以为生物体中某些关键指标提供重要参数和力学上的理论参考,也可为以聚合物凝胶为材料的微流体控制阀的设计提供重要参考。     

用Eason方法分析静刚性分布脉冲载荷下弹性半空间的瞬态响应

本文研究脉冲载荷下弹性半空间的瞬态响应,用Ｅａｓｏｎ方法得到静刚性分布脉冲裁荷作用下弹性半这间表面中心点生趣位移的精确解析解。     

Using fredholm integral equation of the second kind to solve the vertical vibration of elastic plate on an elastic half space

I.IntroductionThedynamicanalysisofelasticplateonanelasticplateisveryimportanttotheresearchandengineering.Article[l]--131studiedtheverticalvibratiollof'rigidplatcl']alldelastic1llatcwitharigidcorely]orarigidedgel'joilallelastichalfspace.BecauseloadillgactatrigidPltltcof'therigidregionofelasticplate,onlytheresultantofh7rcesiscollsidcrcdillldwitll11oI.cliltlolltothedistributionofloading.Thevibrationofplateiscollsidcredastileproblelllof-sillglcdegreeoffi.eedolnsystem..Thepurposeofthepresentpaper…     

基于LMI的框架结构分数阶控制方法研究

以框架结构为研究对象,采用分数阶状态方程进行控制器设计,提出了基于LMI的分数阶控制器设计方法。首先,把原系统振动方程改为阶次为1～2的分数阶状态方程,同时,构造同阶次分数阶控制器状态方程,进而组装为一个整体状态方程;其次,根据分数阶系统稳定性条件确定满足系统渐进稳定性的不等式。为了获得可行解,在不等式中附加了两个参数,同时,令控制器参数矩阵为对称;再次,从仿真结果来看,控制效果过好,但控制力偏大,为此,控制力计算时附加了调节因子,以期在满足控制效果的基础上,降低所需控制力;最后给出了一个算例说明本文方法的可行性。