L型隔板弧形双钢板组合墙板抗爆性能试验与数值研究

弧形双钢板混凝土组合墙板结构具有和拱结构相同的传力机理,可以充分发挥混凝土优异的抗压性能,极大地提高了结构的承载力。该文开展了L型隔板弧形双钢板混凝土组合墙板(L-shaped-Curved Double Steel Concrete Composite Wallboard,L-CDSCW)在近场爆炸作用下的试验研究,通过混凝土的损伤分析和结构变形分析探究其抗爆性能。基于ANSYS/LS-DYNA软件进行了L-CDSCW试件爆炸响应的数值分析,参数化分析了不同关键参数对L-CDSCW试件抗爆性能的影响规律。结果表明:近场爆炸作用下,L-CDSCW试件未出现倒塌或崩塌现象,具有较强的抗爆性能;增加钢板厚度可以减小混凝土跨中凹陷深度和混凝土塑性破坏;增加TNT当量和降低爆距会显著增加底部钢板跨中最大挠度,同时也会增加混凝土跨中凹陷深度和混凝土损伤。研究结果可以为弧形双钢板混凝土组合板的应用提供一定的技术参考。

近场爆炸下波纹双钢板混凝土组合墙板的损伤破坏及抗爆性能

相对于传统的钢筋混凝土墙板和平面双钢板-混凝土组合墙板(profiled double-skin composite wall,PDSCW),波纹双钢板-混凝土组合墙板(concrete-infilled double steel corrugatedplate wall,CDSCW)具有更高的轴向抗压承载力、更大的侧向抗弯刚度以及良好的抗冲击和抗震性能,在船舶和军事领域有广阔的应用前景。制作2种CDSCW试件,通过近场爆炸试验对比分析了2种试件的损伤模式及动态响应;采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了CDSCW和PDSCW的有限元模型,研究了近场爆炸下2种混凝土组合墙板的损伤机理和爆炸响应,并与试验结果进行对比分析;分析了混凝土厚度、钢板厚度、药量对CDSCW抗爆性能的影响。结果表明:近场爆炸作用下,相较于PDSCW,相同混凝土方量和尺寸(长、宽)的CDSCW具有更大的抗弯刚度、更强的抗变形能力以及更优的抗爆性能;增加波纹深度能有效提高CDSCW的抗爆性能,可为抗爆构件设计和相关工程研究提供参考。

黏性土中桩侧后注浆单桩抗压承载性能室内模型试验研究

后注浆技术的应用能有效减少桩周土体扰动和泥皮等造成的不利影响,从而提高钻孔灌注桩的承载力。目前有关后注浆技术的研究多集中于桩端后注浆,少有涉及桩侧后注浆,影响了桩侧后注浆技术进一步推广应用。根据桩侧后注浆工艺,开展单桩抗压室内试验,以研究桩侧后注浆量对单桩抗压承载性能的影响。结果表明:在荷载水平较大的工况下,相较于桩侧后注浆量为1 L的单桩,注浆量为2、3 L时单桩极限抗压承载力分别提高18.2%和66.0%,提高幅度与注浆量呈正相关,并且可以在很大程度上减小桩顶沉降量;桩侧后注浆桩桩身轴力在侧注浆点位附近减小较快,在整个加载过程中桩端附近处桩身轴力值均比较低,单桩受压表现为摩擦桩;水泥浆液同时存在上返和下劈扩散,在室内试验条件下,两者扩散高度均约为14倍桩径,在浆液扩散段桩侧摩阻力得到显著提高,且越靠近注浆点位提高程度越明显。

基于声子晶体的周期性基础机器振动波衰减性能分析

文章利用COMSOL多物理场程序计算不同参数周期性基础的衰减域特性,探讨周期性基础对机器振动波的衰减和阻隔作用。利用商业有限元ABAQUS软件建立周期性基础机器振动有限元模型,对不同厚度、材料的周期性基础模型进行频域分析,得到周期性基础的频散关系;通过时程分析研究周期性基础机器的动力响应和振动衰减效果。结果表明:当输入波的频率处于周期性基础频率带隙内时,可以有效地减小上部机器的动力响应;当输入波的主频处于周期性基础频率带隙外时,无法减小上部机器的动力响应;不同厚度和材料的周期性基础的带隙以及对于上部机器振动的减振效果不同。研究结果为周期性基础在工业厂房机器减振中的应用提供了新的思路和方法。

栓钉型弧形双钢板混凝土组合板的抗爆性能试验与数值分析

弧形双钢板混凝土组合结构由钢板、混凝土与连接件协同作用,具有更优异的抗震和抗爆性能,被应用于超高层结构、海洋平台和核电设施中。利用试验和数值分析方法研究了栓钉型弧形双钢板混凝土组合结构的破坏模式和损伤机理,参数化分析了爆炸距离、钢板厚度、拱高和栓钉间距对其抗爆性能的影响。结果表明:在爆炸荷载下,栓钉型弧形双钢板混凝土组合板整体表现良好,仍具有较高的承载能力。增加爆炸距离和钢板厚度能有效减小混凝土的损伤和组合板的跨中挠度;减小拱高,混凝土损伤区域从以压缩破坏为主逐渐转换为以拉伸破坏为主,混凝土损伤更严重,组合板跨中挠度变大;减小栓钉间距会增大混凝土塑性损伤程度,但组合板的跨中挠度减小。研究结果可为弧形双钢板混凝土组合结构的设计提供参考。

考虑温度作用的岩石统计损伤本构模型及验证

为了预测和评估深部高温岩体的稳定性,运用理论推导的方法研究温度作用下(后)岩石的本构关系。首先,基于已有的岩石统计损伤本构模型,考虑温度对岩石损伤变量的影响,引入了损伤变量修正系数、损伤起裂应力和起裂应变等参数;其次,假设微元体强度服从幂函数分布,并符合Hoek-Brown(H-B)强度准则,针对统计损伤本构模型无法反映峰前较强的微裂纹压密效应的弊端,引入了相应的模型修正系数;再次,建立了考虑温度作用的岩石统计损伤本构模型,并确定了模型参数的表达式;最后,对比不同温度作用下(后)的花岗岩在单轴和常规三轴压缩试验条件下所得的结果与文献中模型的计算结果,验证本文模型的准确性。研究结果表明:所提出的模型的计算结果与文献的试验结果在数值、分布规律和趋势上具有良好的一致性;对于全过程σ-ε曲线的各阶段,本文模型的计算效果较文献中本构模型计算效果更好,与试验曲线的贴合度更高,能够更好地反映高温作用下(后)岩石的损伤本构特征。该模型的参数具有常规性,适用于各类温-压组合作用工况下的岩石。

埋地局域共振超屏障衰减地震表面波研究

局域共振超材料突破了Bragg散射型周期结构在低频应用的困境,实现结构的小尺寸控制大波长,因此该文提出将谐振器单元沿深度方向周期性布置形成埋地超屏障,并探究其对低频地震表面波的衰减性能。基于局域共振超材料的有效质量概念和有效介质方法,推导了全共振半空间和有限埋深超屏障中Rayleigh波的频散方程,并编制相应的计算程序求解得到理论频散关系。采用有限元分析软件COMSOL MULTIPHYSICS建立全共振半空间和有限埋深超屏障的二维单胞有限元模型,通过特征频率分析求解埋地超屏障的数值频散关系,验证理论简化分析方法的有效性,同时利用数值方法研究了超屏障埋深对频率带隙宽度的影响。建立有限埋地超屏障和Bragg散射型周期波屏障的传输分析模型,通过频域分析和瞬态分析方法研究了两种波屏障在谐波激励和地震动下的动力响应。研究表明:埋地超屏障具有带隙起始频率低、设计灵活的特点,对表面地震动具有明显的衰减效果,有望作为一种新型隔震技术应用于工程实践。

基于LightGBM和遗传算法的二维层状声子晶体结构设计

声子晶体具有周期性人工复合结构,以其带隙特性在波传播控制上的应用潜力而广受关注,为工程减振降噪提供了新的解决思路,这类材料的设计问题是当下研究的焦点。本研究以二维层状声子晶体结构为例,提出了一种利用LightGBM和改进遗传算法设计的创新方法。首先在声子晶体的带隙预测上选用LightGBM算法,对结构的排列向量进行类别特征处理,并结合模拟退火算法进行超参数调优,在传统有限元法计算时间的1/3134内,达到了整体误差不超过2%的预测精度;其次在设计方法上集成了一种基于精英保留策略的遗传算法,以地铁运行造成的环境振动问题为例,确定以带隙宽度为优化的适应度函数,得到了对应结构带隙覆盖30~40 Hz频段的种群;最后,对优化结构进行有限元分析,其带隙特征与预期基本吻合。本研究为声子晶体结构高效优化设计提供了一种新的解决方案。

基于SPH方法的变压器网侧套管内部爆炸数值模拟及稳定性分析

网侧套管是变压器的重要组成部分,在使用过程中因绝缘击穿现象可能引起套管内部冷却油爆炸,给变压器箱体造成很大的安全隐患,因此开展网侧套管爆炸事故的定量评估具有重要意义。通过非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了二维变压器套管模型,采用光滑粒子流体动力学法对变压器套管在内部爆炸作用下的动态响应进行了模拟,分析了不同参数对套管破坏特征的影响规律。通过基于套管径向粒子速度曲线的稳定性判断方法,评估了各套管的失稳时间。结果表明:在内部爆炸作用下,套管管壁中部在内外壁拉压联合作用下率先产生破坏,在冲击波传播过程中套管整体损伤呈凸状变化趋势。过高的爆炸当量、冷却油的存在和初始裂纹缺陷对套管保持稳定有较大影响。爆炸当量的减小可以使套管破坏模式由双向剪切破坏向受拉破坏转变,整体稳定性也随之增强。当爆源位于引线外壁时,冷却油流体所辐射出的冲击波不仅使套管失稳时间有所提前,还会造成外壁膨胀破坏范围变大。应力集中现象和有效壁厚的减小使含初始裂纹缺陷套管剪切破坏失稳现象发展迅速。

接触爆炸作用下双波纹钢板混凝土组合板抗爆性能数值研究

相较于普通的双钢板混凝土组合板,双波纹钢板混凝土组合板具有更大的平面外抗弯刚度、抗压承载力与抗剪承载力,在超高层建筑、海洋平台等结构中具有广泛的应用潜力。首先建立了双波纹钢板混凝土组合板有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA非线性软件对双波纹钢板混凝土组合板的破坏模式和爆炸响应进行了数值分析,并与双钢板混凝土组合板接触爆炸试验进行对比,验证了数值分析方法的准确性。参数化分析了波纹对齐方式、波纹深度和波纹密度对双波纹钢板混凝土组合板抗爆性能的影响规律。结果表明,接触爆炸作用下,双波纹钢板混凝土组合板的抗爆性能优于普通双钢板混凝土组合板的抗爆性能,钢板采用螺栓间上凸下凹形式,以及增加波纹深度和密度可以显著提高组合板的抗接触爆炸性能。

初中数学教学中开展跨学科教学的策略探究

素质教育理念下,初中数学教学需要关注学生关键能力和品质的培养和发展,通过组织开展“跨学科”教学强化数学教育活动的综合性与实践性,以此培养学生的核心素养.文章以苏教版数学教学为例,提出“强化整合意识,挖掘跨学科契机”“活化跨界整合,丰富跨学科方式”以及“注重素质发展,设立跨学科活动”的策略,旨在提高初中数学教学的兼容性,促进各学科资源整合和数学知识的固化、迁移和升华,切实提高初中数学课程的育人效果.

冠状动脉造影术对急性心肌梗死患者左心功能恢复的影响

目的 探讨冠状动脉造影对急性心肌梗死患者左心功能恢复产生的影响。方法 选取108例急性心肌梗死患者,行急诊冠状动脉造影术明确梗死相关血管(IRA),对TIMI血流0~1级者行直接经皮冠状动脉腔内成形术(PTCA)或PTCA+支架,观察左心功能恢复以及心脏急性事件发生情况等。结果 108例急性心肌梗死患者中,其中单支21例、双支29例及三支血管病变58例,共有115支IRA(包括51支前降支,51支右冠状动脉和13支回旋支);随访时E/A、左心室射血分数(LVEF)高于入院时(P<0.05),舒张末容积指数(LVEDVI)、室壁运动积分指数、左心室收缩末容积指数(LVESVI)比入院时低(P<0.05);108例患者中IRA前向血流TIMI Ⅲ级15例,未采取任何干预,93例患者IRA TIMI血流0~I级者给予干预。结论 冠状动脉造影术在急性心肌梗死患者中的应用有助于左心功能的恢复。

考虑弹塑性卸荷的柱孔和球孔反向扩张解

为研究卸荷对灌注桩、隧道等复杂受力岩土结构的影响,建立了考虑弹塑性卸荷的圆孔反向扩张简化解模型。该模型在应力计算中采用了叠加法的思想,在反向塑性区采用了非关联的Mohr-Coulomb准则、塑性区大应变假设和忽略塑性区弹性应变的假设。研究表明,圆孔反向扩张过程可划分为弹性阶段和两个弹塑性阶段。当孔压重新加至初始值时,不论柱孔还是球孔其半径均未能恢复到初始值,且在孔周存在一定范围的应力薄弱区。与经典原位扩张解相比,当圆孔压力增至一定值后圆孔反向扩张的屈服面发展、圆孔应力变化及孔周应力场将与之趋于一致。忽略塑性区的弹性应变假设会使简化解的土体位移偏小,极限扩张压力偏大,但对应力相关量的计算没有影响。与Tresca解相比,所提模型考虑了内摩擦角的影响,更接近于土体实际。通过数值模拟建立了圆孔反向扩张的平面应变模型,其应力分析结果与理论模型基本一致。

层状土壤地震超表面对地震波的衰减性能

针对低频瑞利表面波,利用周期结构的带隙特性,设计了层状土壤上地震超表面波屏障。通过理论推导和有限元方法获得并比较了地震超表面中垂直谐振器的表面波频散关系,揭示了谐振器与瑞利波的耦合机理。此外,研究了有限长度超表面的衰减特性和力学行为,讨论了谐振器质量和超表面长度对表面波衰减性能的影响。在此基础上设计了频率递减的梯度地震超表面,并进行了频域和时域分析。结果表明:有限元模型的数值解与解析解吻合较好,一阶表面模式在共振时会与谐振器发生强耦合,其余的高阶表面模式会穿过均匀介质中存在的表面波带隙;有限长度超表面在谐振频率处可以显著减小输出表面的地震动;合理增加谐振器质量或超表面长度可以实现表面波宽带衰减;梯度地震超表面拥有更宽的衰减区和更显著的衰减效应。

基于机器学习的钢筋混凝土板在爆炸作用下的最大位移预测模型

钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)板作为工程结构的主要受力构件,在遭受意外爆炸或恐怖袭击时极易发生破坏,甚至引起结构的整体倒塌,因此,了解和预测混凝土板在爆炸作用下的动力响应,对增强工程结构的抗爆防护能力、减轻生命和财产经济损失具有非常重要的意义。收集整理了国内外文献中普通RC板爆炸试验和基于试验进行参数化分析的数值模拟数据,采用机器学习回归算法中的支持向量机和高斯过程回归两种算法等对近场爆炸作用下RC板的最大位移进行预测;运用改进的偏差-方差分解原理对模型的泛化性能进行分析,同时将机器学习模型与现有的预测方法进行对比;最后,采用置换特征重要性和Sobol全局敏感性分析方法,从局部和整体对模型特征进行解释,增加模型的可靠性。结果表明:支持向量机和高斯过程回归两种机器学习方法的泛化性能都较好,并且高斯过程回归算法的预测效果优于支持向量机算法。对比现有预测方法发现,机器学习方法更优,具有较高的预测精度和计算效率,且得出了不同输入参数对模型输出结果的影响,实现了对输出结果的可解释性,进一步验证了其可靠性。研究结果可为机器学习在爆炸领域的应用提供参考。

考虑中主应力的常用破坏准则适用性研究

针对岩土工程中常用的考虑中主应力效应的5种破坏准则,推导各准则考虑中主应力影响的内摩擦角表达式,建立真三轴应力下内摩擦角与中主应力系数的关系,探讨中主应力的影响规律。与砾石料、密砂和黄土3种材料的真三轴试验结果进行比较,并采用标准差量化方法,探讨各准则对中主应力的反映程度及其适用性。研究结果表明:5种破坏准则均不同程度地反映中主应力效应,Drucker-Prager准则计算拟合效果较差,修正Lade-Duncan准则拟合效果较好,其余3个准则拟合程度相当,对于不同的材料应选用不同的破坏准则。

完整指数函数拟合单桩荷载-沉降曲线的分析

不同于以往确定完整指数函数参数的方法,提出了确定完整指数函数参数的差分形式最小二乘法;然后结合现场试验,对完整指数函数拟合荷载-沉降曲线的规律进行分析,探讨用指数函数最大曲率点判定桩的极限承载力及其相应沉降的合理性;最后针对未加载至破坏的单桩竖向静载荷试验,研究用完整指数函数预测竖向荷载作用下单桩的极限承载力及其相应桩顶沉降的可行性,提出了预测单桩极限承载力的条件和预测单桩破坏时桩顶沉降的合理性和局限性.

砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载特性研究

水平荷载引起桩体水平位移,导致桩侧摩阻力发生变化,从而影响单桩的竖向承载特性;竖向荷载影响桩周土体抗力,并随着桩身挠曲变形而产生附加弯矩,从而影响单桩的水平承载特性。利用室内模型试验研究了砂土中单桩在竖向和水平荷载共同作用下的受力和变形特性。试验结果表明:预先施加竖向荷载有利于单桩水平承载力的提高和水平位移的减小;预先施加水平荷载对桩身上部桩侧阻力的发挥有减小作用,但水平荷载的增大对桩端阻力的发挥有促进作用,总体上表现为预先施加水平荷载削弱了单桩的竖向承载力;单桩水平荷载引起的最大弯矩位置在地面以下约5d^7d处,水平荷载对桩身弯矩和桩侧摩阻力的影响主要集中在地面以下0~10d的深度范围内。结合已有研究成果和理论分析,验证了试验成果的合理性并从理论上分析了砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载机理。

试桩未达破坏时单桩极限承载力的估算方法

对常用几种估算未达破坏试桩的单桩极限承载力方法进行了总结、讨论，从理论上证明了麦随基威克司法（作图法）的合理性，在此基础上，编制了程序．计算结果表明，该方法具有较高的精度．

考虑法向应力历史的黏土-混凝土界面弹塑性分析

土与混凝土接触界面剪切力学特性研究对桩基础设计至关重要,非挤土桩施工过程中由于成孔卸荷或桩身混凝土凝结造成界面附近土体径向卸荷,径向荷载的变化势必改变桩土界面的荷载传递规律。通过大型结构剪切试验发现:法向应力的变化历史对黏土–混凝土接触面剪切变形特性和强度参数影响明显。为给钻孔灌注桩桩土接触界面数值模拟提供合理的剪切力学模型,以接触界面积累的能量为硬化参数,假定接触界面剪切过程为界面积累能量对外做功的过程,考虑法向应力历史对剪切刚度的影响,提出考虑法向应力历史的黏土–混凝土界面模型,并介绍各模型参数的确定方法。模型原理清晰,参数物理意义明确。通过大型直剪试验成果数据对界面模型进行验证。结果表明:提出的模型能准确地再现和预测不同法向应力历史条件下的黏土–混凝土接触界面的力学特性。