基于剪切修正GTN模型的金属弹性退化机理研究

许多金属材料在进行显微或宏观压入测试时,测得的弹性模量会随着压入深度的增大而不断降低.考虑到在压痕测试过程中金属材料并不产生明显的裂纹,这种性能退化应是由材料的损伤引起.然而,经典损伤理论认为以受压和受剪为主的压入变形不会引起材料软化和损伤.本文结合剪切变形下材料损伤的萌生和演化机理,对经典的GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)模型进行了修正,对压入测试进行了有限元模拟.模拟结果显示,材料在压入过程中的损伤是由现有空洞的扭曲变形和次级空洞的萌生共同引起,如果只考虑现有空洞变形则会低估材料在压入变形过程中的损伤演变.     

开口厚壁截面短构件的约束扭转

为了分析开口厚壁截面短构件的约束扭转问题,采用统一分析梁模型与有限节线法,对T形和L形厚壁截面短构件约束扭转时横截面的翘曲和应力分布情况等问题进行了分析研究.算例计算结果表明：开口厚壁截面短构件存在与其横截面形心位置不一致的扭转（弯曲）中心,构件在不过扭转中心的外力作用下会产生弯扭耦合变形,其横截面将产生不均匀翘曲,横截面上的翘曲正应力和扭转剪应力均呈非线性分布.     

考虑收缩徐变影响的新旧混凝土叠合梁单元刚度矩阵改进

混凝土自身的收缩徐变会在新旧混凝土叠合梁中使应力重分布.为了计算重分布应力,首先推导以挠度表达的叠合梁非线性微分方程,然后通过求解该微分方程,引入位移形函数、刚度形函数和等效节点载荷形函数,最后得出新混凝土梁、旧混凝土梁和Goodman弹性夹层三合一的叠合梁改进型单元刚度矩阵和等效节点载荷,从而为收缩徐变影响下的混凝土的内力计算提供了一种有效的新方法.文中还进行了实例验证分析,并从中得出了一些有益的结论.     

基于Riesz势空间分数阶算子的非局部粘弹性力学元件

将幂函数引入Eringen非局部线粘弹性本构,导出Riesz势形式的应力-应变关系.利用该关系,构造非局部弹簧和非局部阻尼器两类元件;利用元件的串联和并联,建立非局部Kelvin和非局部Maxwell粘弹性模型,推导模型的松弛模量和蠕变柔量.进一步,给出非局部粘弹性模型在生物组织超声波耗散建模中的应用.     

运动学中点的合成运动分析方法

本文就运动学中点的合成运动分析方法进行了梳理与研讨。采用广义坐标方法推导了动参考系作一般运动下点的速度与加速度合成公式,并与教材中的表达式进行了对比。此外还采用本文提出的基于牵连点运动的分析方法,对点的合成运动进行了详细的研究,并重点讨论了两种分析方法的特点与应用。

     

螺栓连接的梁–弹簧模型及各齿承载分布

螺栓各齿承载分布严重不均,内外螺纹啮合的第一齿承载较大且齿根存在应力集中,易造成螺栓杆横断失效。本文通过对螺栓连接的受力变形分析,建立梁–弹簧模型,推导了理论模型的力学方程组,并基于此模型编程计算,求解得到螺栓连接件在使用过程中各齿承载的分布情况和齿根应力集中系数。最后进行有限元仿真,对比理论模型和有限元的结果,两者误差在工程可接受范围之内。研究表明,螺栓连接的组合梁–弹簧模型是合理有效的。

     

梯形重力坝的应力函数解及其有限元验证

弹性力学教材中通过取三次多项式应力函数给出三角形横截面的重力坝应力场,但工程中重力坝的横截面几乎均为梯形,其坝顶并非三角形尖顶。将应力函数的半逆解法与锲形体的应力函数相结合,寻找出适用于梯形重力坝的应力函数,根据梯形重力坝力的边界条件,并利用圣维南原理,给出了梯形重力坝的应力场解析式。用有限元计算给出了梯形重力坝应力场的数值仿真结果。应力场解析式与有限元仿真结果非常吻合,说明了梯形重力坝应力场解析式的正确性。梯形重力坝应力场解析式对水利工程中重力坝的结构强度及设计具有重要的理论指导意义和应用价值。

     

理论力学教学案例——外推式平开窗的运动分析

外推式平开窗的打开和关闭由窗扇上下与窗框连接的连杆机构实现,其窗扇的运动分析是理论力学教学中一个典型的实践案例。本文给出了这一实例的简化模型和问题的描述,利用直角坐标法和基点法,对窗扇边缘点的运动方程、轨迹、速度和加速度进行分析,并从动力学角度讨论了如何开窗最省力。

     

乐山泥岩的水土曲线和崩解特征试验研究

红层软岩的崩解性引发显著的软岩风化破裂现象,经常导致坡体不稳定、岩石崩落等不良地质现象。为深入理解泥岩的水土特征曲线（soil and water characteristic curve,SWCC）和浸水崩解特征,以乐山红层泥岩为例,采用滤纸法、浸水法等试验方法系统研究了泥岩的SWCC以及其在水中崩解的特征,构建了适合于该地区的SWCC模型,并讨论了浸水时间对泥岩崩解质量、颗粒级配的影响。结果表明：（1）泥岩的SWCC呈单峰曲线,随着含水率的减少,基质吸力增大。（2）通过与4种典型率定曲线的拟合比较,基质吸力拟合结果表现出良好的相关性（R²≥92%）,其中Fredlund &; Xing模型能够更准确地反映该地区泥岩的SWCC（R²=96%）。（3）浸水试验表明,0~6 h为快速崩解期,6~12 h为慢速崩解期,12 h后为长期崩解期。干湿交替浸水可以加速泥岩在亲水初期的崩解速率,但在最终崩解量方面与持续浸水基本一致。（4）浸水崩解后,颗粒粒径变化主要集中在2～20 mm范围内,级配曲线D₆₀,D₃₀,D₁₀和C_u值随着浸水时间的增大而减少,表明泥岩颗粒粒径随时间逐渐减小。（5）该泥岩耐崩解指数拟合公式为${y}$=1.17e^–0.22x,拟合度良好（R²≥99%）,根据I_d2=0.76判断该地区泥岩崩解性为弱~中等崩解性。该成果可为该地区泥岩的水土特性和崩解特性提供重要的定量数据支持,以及为该地区工程建设提供理论依据。

     

基于FLOW-3D的砂性尾矿浆自然冲积分选计算

上游式尾矿库滩面的运行坡度与颗粒分区影响防洪安全与坝体稳定。为了准确量化滩面的尾矿颗粒沉积特征,针对粗颗粒砂性尾矿,提出了基于FLOW-3D泥沙冲积理论的计算方法。经尾矿浆自由沉降算例与试验验证,计算方法具有很好的可靠性,计算精度满足工程要求。设定流槽计算系统模拟滩面运行,计算不同入库浓度下滩面的沉积分选特征。结果表明：尾矿库干滩面的几何形态和颗粒沉积特征,与尾矿的级配、排放浓度密切相关。入库浓度越大,滩面形态越复杂,越易形成陡坎深坑,颗粒物沉积范围越小,分选性越差。