基于纤维梁柱单元的墩柱弹塑性性能数值分析模型

基于OpenSees开源平台,采用基于位移的纤维梁柱单元和零长度单元,建立了考虑钢筋混凝土墩柱塑性弯曲变形和粘结滑移效应的滞回推覆(Pushover)分析有限元模型,分析了塑性铰区单元长度对墩柱弹塑性性能数值模拟结果的影响,探讨了单元长度的合理取值,最后,基于美国PEER结构试验数据库中3个弯曲破坏的钢筋混凝土悬臂墩的拟静力试验结果,验证了数值模型的正确性。结果表明:采用基于位移的梁柱单元模拟钢筋混凝土墩柱弹塑性性能时,塑性铰区单元长度对其最大水平抗力和位移延性都有显著的影响;合理单元长度为等效塑性铰长度,而等效塑性铰长度可以采用Priestley等提出的经验公式计算。

基于有限元分析的塑性混凝土本构模型对比研究

塑性混凝土力学性能介于混凝土与土体之间,其本构模型选择尚无统一标准。本文采用有限元方法,结合实例工程,分别采用塑性损伤和硬化土两种本构模型对塑性混凝土进行模拟,系统对比分析两种本构模型的计算差异性。结果表明,两种本构模型的计算结果规律基本一致,塑性损伤本构模型表达式简单,计算结果偏保守、安全,而硬化土体本构模型计算结果准确度更高,但模型参数测定较为复杂,后续可基于硬化土本构模型对塑性混凝土本构模型进行改进。

中国塑性成形技术和装备30年的重大突破与进展

1994以来的30年,在国家重大需求的强劲牵引下,我国塑性成形技术与装备取得举世瞩目的巨大成就,研制出一大批世界第一的成形装备,实现了三大技术跨越,形成了规模最大的研究队伍,我国塑性成形技术总体水平进入世界先进国家行列,多个单项技术和装备达到国际领先水平。选择了其中8项最具代表性成果,并介绍其在塑性工程理论和技术上取得的重大突破以及对国家重大装备研制的突出贡献,分析了我国塑性成形技术与国际领先水平的差距。最后对我国塑性成形技术发展将呈现出的“三超两高”五大发展趋势进行了展望。

铝合金塑性成形粗晶现象的研究进展

铝合金经过热塑性变形或者塑性变形+热处理后,可能发生晶粒异常长大而形成粗晶。粗晶会大幅降低构件的力学性能、耐腐蚀性能和抗疲劳性能,因此必须得到有效控制。对铝合金塑性成形粗晶的研究主要集中在2×××、6×××、7×××系热处理可强化型铝合金以及5×××系热处理不可强化型铝合金,研究内容已经覆盖塑性成形工艺、热处理制度、微观组织演变、数值仿真模拟等方面。为了明晰铝合金塑性成形构件粗晶现象的研究现状,为相关研究提供参考,对铝合金塑性成形粗晶现象的研究进展进行了梳理。首先,分析了材料成分、变形温度、变形速度、固溶温度、固溶时间和模具结构对晶粒异常长大的影响;其次,从晶粒取向分布、应变诱导储能和第二相钉扎作用的角度总结了晶粒异常长大的机理;再次,归纳了包括改变坯料初始状态、合理的锻造技术和中间形变热处理等有效抑制粗晶产生的方法;最后对未来的研究方向进行了展望。

弹塑性多孔介质流固耦合新理论:混合耦合理论

在全球气候变化和双碳政策的大背景下,多孔介质中固体的变形和流体的输运问题变得尤为重要。然而,在多孔介质中建立流固耦合模型仍面临的挑战之一是需要考虑跨越宏观尺度到纳米尺度的耦合作用。本文利用基于非平衡热力学的混合耦合理论,提出了一个弹塑性多孔介质流固耦合新模型,在同一个理论框架内研究了弹性变形、塑性变形和液体渗流之间跨尺度的耦合,考虑了耗散过程中的熵产,并利用Helmholtz自由能连接宏观尺度上的力学变形和纳米尺度上的液体输运之间的相互作用。在应力-应变关系中采用了弹塑性刚度系数以反映塑性的影响。同时,经典的达西定律扩展为可考虑固体的塑性变形。通过与文献中模型的比较,验证了该模型的有效性。最后,数值分析表明在多孔介质的流固耦合中塑性变形具有比较显著的影响。

养阴宁神方对去势小鼠海马神经元突触的可塑性调节

目的观察养阴宁神方对雌性小鼠去势后认知功能的影响。方法将60只C57BL/6J雌性小鼠随机分为假手术组,模型组,雌激素组,低、中、高剂量组,每组10只。假手术组仅切开皮肤和腹膜,不摘除小鼠的卵巢;其余各组均进行双侧卵巢切除术。假手术组、模型组均给予等容量的生理盐水(0.1 mL/10 g),雌激素[雌二醇(estradiol,E2),0.09 mg/kg]组及低剂量组(9.459 g/kg)、中剂量组(18.459 g/kg)、高剂量组(36.99 g/kg)灌胃药液,均灌胃3周。记录小鼠术后伤口愈合时间,去势前、去势1周、去势4周进行水迷宫潜伏实验和穿梭实验测试小鼠的学习记忆功能。采用ELISA法测定血清E2含量;HE染色观察小鼠海马神经元的形态;尼氏染色观察海马神经尼氏染色阳性细胞的数量;共聚焦显微镜下观察小鼠海马神经元细胞超微结构情况。结果与假手术组相比,模型组伤口愈合时间延长(P<0.05);与模型组、雌激素组及低、高剂量组比较,中剂量组伤口愈合时间缩短(P<0.05)。去势1周,与假手术组比较,模型组、雌激素组及低、中、高剂量组逃避潜伏期延长、穿梭次数减少(P<0.05)。去势4周,与假手术组比较,模型组逃避潜伏期延长、穿梭次数减少(P<0.05);与模型组相比,雌激素组及低、中、高剂量组逃避潜伏期缩短、穿梭次数增加(P<0.05)。去势4周,与假手术组比较,模型组E2浓度明显降低(P<0.01);与模型组比较,雌激素组及低、中、高剂量组E2浓度明显增高(P<0.01)。尼氏染色显示,与假手术组比较,模型组尼氏阳性细胞数减少(P<0.01);与模型组比较,雌激素组及低、中、高剂量组尼氏阳性细胞数增加(P<0.01)。HE染色显示,假手术组,雌激素组,低、中、高剂量组锥体神经元增多,且突起明显;模型组锥体神经元较少、颗粒细胞较多。共聚焦显微镜下见,假手术组,雌激素组,低、中、高剂量组海马神经元囊泡和突触粗面内质网结构增多;模型组海马神经元囊泡和突触减少。结论养阴宁神方可能通过提高血浆E2水平、改善海马神经元突触形态和功能可塑性、增加去势小鼠的认知功能,从而发挥脑保护作用。

考虑软化和扩容的圆形巷道围岩Z-P准则弹塑性解

巷道围岩受应力作用表现出的软化、扩容行为对巷道的变形和破环有重大影响。为了研究软化、扩容特性对巷道围岩稳定性的影响,根据岩体的软化特性,建立理想的弹性软化模型,将围岩分为弹性区、塑性软化区和破裂区;基于Zienkiewicz-Pande准则和非关联流动法则,考虑围岩的软化、扩容特性,推导出含中间主应力的圆形巷道弹塑性解析解;将Z-P准则与M-C、D-P等准则进行比较,分析了软化模量、扩容等因素对巷道围岩的影响。结果表明:Z-P准则可良好地适用于发生软化、扩容的巷道;中间主应力系数为0.4时,围岩塑性区范围最小,围岩位移最小,塑性区内应力最大;软化模量越大,围岩破裂区半径越大;剪胀角越大,塑性区位移越大,破裂区半径越大;支护阻力越大,巷道塑性区范围越小,且提高支护阻力能有效控制巷道围岩的变形。

掏土孔应力扰动法下的塑性区范围研究

针对普通浅层掏土法下倾斜建筑回倾速度慢、沉降不均匀的问题,提出掏土孔应力扰动法。在岩石力学的弹性圈和塑性圈应力解中引入修正系数,得到掏土孔应力扰动法下的塑性区半径计算公式。在进行现场掏土孔周应力扰动试验时,采用地锚反压的形式模拟上部建筑荷载,利用长钉在掏土孔周围进行深度为50 mm的螺旋扰动,通过测量应力扰动前后的孔周土体应力并结合有限元模拟结果,得到实际塑性区范围,验证了塑性区半径公式的正确性。结果表明:当掏土孔半径为100 mm,应力扰动范围为孔径的1/2时,塑性区范围扩大30%~40%,掏土孔应力扰动法对于扩大塑性区范围、加快建筑纠倾速度具有工程应用价值。

超临界CO_(2)辅助热塑性聚氨酯/热塑性聚酯弹性体的发泡及其回弹特性

为克服热塑性聚氨酯(TPU)发泡后,其发泡材料回弹性不足、压缩强度低及收缩率大等问题,采用热塑性聚酯弹性体(TPEE)改性TPU,并以超临界CO_(2)为发泡剂,制备了TPU/TPEE发泡材料。研究了TPU/TPEE共混物的熔融及结晶行为、流变性能以及TPEE含量对TPU/TPEE发泡材料循环压缩性能、回弹性能、压缩永久变形及发泡性能的影响。差示扫描量热仪与落球回弹、压缩永久形变结果表明,TPEE的加入能使TPU分子链排列的有序性降低,回弹性提高;旋转流变仪结果表明,TPEE的引入可以有效改善共混物熔体的黏弹性,使得弹性作为主导,并显著改善发泡性能;循环压缩结果表明,加入TPEE可以进一步改善泡沫的压缩性能。当添加TPEE的质量分数为7%时,TPU/TPEE发泡体相对于纯TPU泡沫,发泡体落球回弹性提高了7.25%、压缩永久变形值降低了2.84%、压缩强度提高了326%。

不同围压及加载速率下的塑性混凝土动力特性研究

为研究塑性混凝土在三向应力状态下的动力特性与破坏规律,设计符合工程实践的配合比方案,借助动三轴试验仪开展了其在不同围压和不同加载速率条件下的强度、应力及应变规律研究。最后依据试验成果建立了基于Bresler-Pister三参数的强度准则。结果表明:塑性混凝土抗压强度与加载速率呈近线性正相关,材料抗压强度小于5.0MPa时对低加载速率更敏感,抗压强度大于5.0MPa时对高加载速率更敏感;不同加载速率下材料应力-应变规律基本一致,当应变达到1.47%~1.90%后其应力出现峰值,随后大幅度降低;不同围压条件下塑性混凝土抗压强度随围压的增加同样呈线性增长趋势,随着围压的提高,塑性混凝土峰值应力维持时间越长,材料抗裂性能越好;基于Bresler-Pister的强度准则公式其计算剪应力与三轴实测误差在1.61%~4.35%之间,基本反映了材料的变形破坏规律。

神经可塑性机制在卒中后认知功能恢复中的作用

卒中后认知障碍(PSCI)因其高发病率、高致残致死率而在国际卒中研究领域备受瞩目,但因其发病机制未完全阐明而限制了有效治疗手段。临床观察性研究表明,卒中后12个月内患者的认知功能呈不同程度的恢复,这一恢复与神经可塑性机制密切相关。深入了解神经可塑性机制对于制定最佳的卒中后神经系统修复策略并对受损脑功能进行补偿具有重要意义。本文首先介绍了卒中后自发神经可塑性机制,包括神经细胞的可塑性、突触神经环路的可塑性和脑网络的可塑性,及其与认知功能之间的关系,揭示了神经可塑性与脑功能恢复的动态和复杂性。随后探讨了增强神经可塑性的方法,包括药物治疗、康复训练、非侵袭性脑刺激和其他方法,提倡早期干预效果好。尽管一些新兴方法尚缺乏明确的临床依据,但初步研究中的疗效令人鼓舞,有望开启卒中后治疗的新篇章。

三向非等压应力场下围岩主应力差与塑性区分布关系研究

首先,以弹性理论为基础推导出考虑巷道轴向应力影响的主应力差解析式,通过变化水平侧压比、轴向侧压比研究完全弹性条件时不同应力场下主应力差分布形态演化规律。其次,推导出考虑轴向应力作用的围岩塑性区近似解,研究不同应力环境下围岩的塑性区形态演化规律。最后,对比分析主应力差及塑性区形态特征,研究二者分布形态的对应关系,并通过数值模拟验证理论分析的正确性。研究结果表明:在弹性理论下,三向应力场条件的主应力差值分布会呈现圆形、椭圆形、蝶形3种形态的演化规律;在考虑巷道塑性破坏的情况下,主应力差值在σx、σz较小一侧形成峰值壳,在较大一侧形成卸压壳。在不同水平侧压比及轴向侧压比情况下,围岩塑性区形态会呈现圆形—椭圆形、椭圆形—蝶形、蝶形恶性扩展3个阶段的演化过程。巷道主应力差的分布形态在一定程度上可以反映塑性区形态,主应力差和塑性区在相同应力条件下的形态特征具有逐一对应关系,且二者形态在很大程度上由水平侧压比决定,轴向侧压比对塑性区形态影响较小。160206回风巷在偏转式主应力差集中区形成非对称异化特征。本文基于分析及现场破坏情况提出的联合协同支护技术在现场应用效果较好。

调补心肾方通过活化PI3K/Akt/mTOR通路促进阿尔茨海默病5xFAD转基因小鼠突触可塑性相关蛋白的合成

目的探讨调补心肾方(党参、制首乌、枸杞子、黄芪等)对阿尔茨海默病5xFAD转基因小鼠突触可塑性的影响及机制。方法取5月龄雄性野生型(WT)小鼠和5xFAD转基因小鼠各18只,分别随机分为对照组(0.9%NaCl)、调补心肾方组(颗粒剂,4.18 g·kg^(-1))、安理申组(盐酸多奈哌齐,0.625 mg·kg^(-1)),每组6只。按照上述分组灌胃给药,每日1次,共60 d。采用透射电镜观察小鼠海马组织超微结构;Western Blot法检测小鼠皮层组织中Synaptophsin、PSD-95、p-NMDAR1、NMDAR1、p-CaMKⅡa、CaMKⅡa、PI3K、p-Akt、Akt、p-mTOR、mTOR蛋白表达水平。结果与WT对照组比较,5xFAD对照组小鼠海马CA1区突触的超微结构不规则,线粒体萎缩、减少,线粒体嵴断裂、消失,突触膜弯曲不规则,突触囊泡减少,突触后致密物(PDS)变薄甚至断裂;皮层组织中Synaptophsin、PSD-95、p-NMDAR1/NMDAR1、p-CaMKⅡa/CaMKⅡa、PI3K、p-Akt/Akt、p-mTOR/mTOR蛋白表达均明显下调(P<0.05)。与5xFAD对照组相比较,5xFAD调补心肾方组小鼠海马CA1区突触的超微结构有明显变化,线粒体数量增加,突触囊泡增多,突触膜完整,突触后致密物有增厚现象;皮层组织中Synaptophsin、PSD-95、p-NMDAR1/NMDAR1、p-CaMKⅡa/CaMKⅡa、PI3K、p-Akt/Akt、p-mTOR/mTOR蛋白表达明显上调(P<0.05)。结论调补心肾方可能通过活化PI3K/Akt/mTOR通路,促进突触可塑性相关蛋白合成,进而改善AD的认知功能障碍。

夹心杆系统中一维弹塑性波演化精细分析(Ⅰ):典型加载波的透反射

准确地剖析反射波与透射波的形成过程与影响机理是SHPB(split Hopkinson pressure bar)精细化试验设计与精准数据处理的核心前提之一。针对夹心杆系统,分析矩形、梯形与半正弦三种典型入射波加载阶段系统中一维弹塑性波的传播与演化,定量研究试件中弹塑性波的传播、两个界面上弹塑性的透反射及其系列透反射波的相互作用影响。结果表明:首先,弹塑性波特别是应力波在弹塑性交界面上的透反射中占主要地位,纯弹性波的透反射与传播反而影响较小;其次,当入射波加载区间有一定的宽度时,杆2中弹性波在两个界面上的多次透反射对反射波造成衰减的同时对透射波进一步强化,这种衰减使得半正弦波对应的反射波峰值并不是在0.5个无量纲时间时,而是有所提前;第三,与传统SHPB分析中弹性波在界面上透反射的初步规律不同,无论是矩形波、梯形波还是半正弦波入射时,试件材料的杨氏模量与密度改变虽然明显影响其弹性波的阻抗比,但对透反射波波形及其峰值强度影响并不明显。研究结果可为SHPB的精细化设计与数据的精准分析提供科学依据。

RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化计算模型研究

为了方便活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)等效矩形应力图系数与塑性损伤因子的计算与取值,对RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子的计算模型进行了理论研究。通过对现有的计算方法进行无量纲化转化,推导了决定计算模型的四个原函数条件;对一个实际的应力-应变关系进行了计算,将得到的结果进行了分析;并对受弯矩形梁非极限状态下截面内力和力矩的推定计算进行了演示。针对应力-应变关系式含有非整次有理分式的情况提出了曲线拟合方法;研究了拟合次数、拟合区间和拟合函数类型对拟合精度与稳定性的影响。比较了4种典型的RPC本构模型在同种材料下的应力-应变曲线系数与损伤因子取值模型曲线,结果显示:拟合曲线得到的取值模型与其他原始曲线得到的取值模型在曲线上具有较高的相似度,证明了曲线拟合方法的准确可靠性;最后给出了一种RPC受压应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化取值模型。

高熵合金的超塑性行为及其变形机制

高熵合金(HEAs)是一类通过调控原子尺度“化学无序”开发的新型材料,其凭借独特的结构、力学性能、功能及理化性能而备受关注,是新一代工程材料的优势候选合金体系。当前,突破其塑性变形能力和加工成形性能已是推动其在未来工业应用的关键驱动力。众所周知,超塑性是改善合金变形能力的有效途径,近年来围绕高熵合金开展的超塑性行为研究与日俱增;本文聚焦于不同相结构HEAs的超塑性行为研究工作,从超塑性行为、变形机制及其影响因素等角度,系统综述了HEAs的超塑性研究进展。

基于小冲孔试验的工业纯钛塑性强化与损伤效应研究

为了探究塑性变形对TA2的塑性强化与损伤效应,开展了不同塑性变形量下TA2的小冲孔试验。结果表明,在15%塑性变形量以内,小冲孔试验强度参量表明塑性变形对TA2起到了强化效应,屈服强度和抗拉强度均提高,强化率分别为12.8%和10.9%,屈强比基本保持不变;当塑性变形量达到15%,屈服强度增幅减小,而抗拉强度有所下降,致使屈强比不断增大直到趋近于1。因此在小的塑性变形范围内,有利于TA2的塑性应变强化,但当塑性变形量超过15%后,塑性变形产生的强化效应不再显著,而塑性损伤趋于明显,导致材料的韧性下降。最后,基于微观组织分析可以发现,在15%塑性变形量以内,强化的原因是孪晶组织作用;塑性变形量超过15%时,塑性损伤的原因一方面是在塑性强化过程中消耗了晶粒的部分可变形量,另一方面是在晶界处产生了大量滑移带的堆积,造成了材料韧性的下降。

基于触发式黏塑性元件的黏性土黏弹塑性动本构模型

基于黏性、弹性和塑性元件构造的动本构模型往往存在预测效果较差,不能完全反映黏性土的黏性、弹性、塑性的缺点。通过引入一种触发式的黏塑性元件Ψ,以残余变形为切入点,提出了一个考虑振动稳定和振动衰化现象的黏性土黏弹塑性动本构模型,并通过动三轴试验进行了验证。该动本构模型不但能够描述动荷载作用下黏性土残余应变的发展规律,且能合理地预测动应变的发展情况。结果表明,试样在动荷载作用下,存在元件Ψ的黏滞系数随振动周期增长而衰减的现象,且衰减情况和含水率密切相关。最优含水率是影响振动稳定和振动衰化现象的重要参数,当含水率小于最优含水率时,试样变形表现为振动稳定,此时元件Ψ黏滞系数的变化可以忽略不计;当含水率大于最优含水率时,试样变形表现为振动衰化,此时元件Ψ黏滞系数的变化不可忽略。

GH4169合金塑性加工成形与组织调控方法综述

针对高温合金零部件的精密成形制造由于工艺复杂、成形效率和精度低,其微观组织、力学性能及成形精度难以协同控制的问题,采用组织调控和成形工艺优化作为实现高温合金零部件成形成性一体化制造的有效手段。作为一种高温稳定相,δ相常出现于塑性变形及热处理过程中,其析出量与形貌影响合金的微观组织及力学性能。因为零件结构及服役条件的差异,所要求的组织、性能和采取的制备工艺也不尽相同。介绍了环类、盘类及叶片类3类典型的GH4169合金零件的塑性加工技术,同时引出δ相在其中起到的作用,继而对δ相的析出、球化和溶解等演化行为及其对合金变形行为和力学性能的影响进行了阐述与总结。

植物地下觅养性状对土壤富磷斑块塑性响应的研究进展

磷是影响植物生长的关键养分元素之一,地下细根觅养塑性是植物提高土壤磷吸收的重要方式。在自然环境条件下,土壤养分具有异质性或斑块状分布特点,特别是相对固定的养分(如磷)。植物如何调整地下觅养性状对养分斑块的塑性响应尚不清楚,特定细根性状预测地下觅养性状塑性响应更具有较大不确定性。本研究总结植物地下觅养塑性的影响因素,阐述细根(形态、构型、增殖、化学、生理)和菌根真菌性状对富磷斑块的塑性响应,从真菌侵染方式、根系形态结构、养分获取策略等方面分析地下觅养性状及其塑性响应在丛枝菌根和外生菌根树种间的差异。基于地下觅养的碳成本假设,指出细根形态塑性和生理塑性在许多情况下是资源竞争的结果。真菌菌丝的增殖塑性更能提高植物养分获取效率,但当根系和菌根真菌均存在于养分斑块时,根系增殖比真菌反应更敏感。本研究还探讨细根性状对地下觅养塑性的预测,指出细根直径是地下觅养性状变化的重要预测指标。围绕当前植物地下觅养塑性研究存在的不足,从地下觅养塑性框架、地下觅养机制、细根性状对植物养分获取塑性的预测、细根觅养塑性与防御塑性之间的关系等方面提出今后的研究方向,深入理解植物地下磷养分获取策略及其对环境变化的适应机制。