岩石类材料的能量基率相关弹塑性损伤模型

岩石类材料的动态本构模型研究是岩石动力学理论研究的基础问题。相比于其他的非线性理论,损伤力学理论已证实可成功地模拟岩石类材料的应变软化和渐进破坏等特征,可用于解释其静、动态破坏机制。现有的通过理论推导得出的动态本构中大部分并未考虑损伤因素,而通过维象学试验方法建立起的动态本构则缺乏损伤力学理论基础。为此基于弹性余能等效原理和损伤力学的基本概念,并结合动态试验,推导建立了岩石类材料的率相关弹塑性损伤模型。并通过与文献中的试验资料对比,证明了模型的有效性,为岩石类材料组成的结构的动力响应研究奠定了基础。

救援车托牵机构插拔轴控制系统

救援车包含起吊、托牵、拖救、自发电等功能,用于救助发生故障或倾翻、淤陷等情况,丧失了行驶能力的车辆,可以通过牵拉将故障车辆拉出陷入的恶劣环境,也可以通过托运将故障车辆送回修理地点。托牵装置是救援车重要的部件之一,该装置的托牵能力、操作方便性、安全性等直接决定了救援车的救援能力,而插拔销机构是托牵装置性能的关键。为提高可靠性、安全性以及人性化水平,设计了插拔轴控制系统。

建筑结构爆破振动响应应变率大小讨论

为了计算应变率对材料性质的影响,需首先讨论应变率大小的求解问题。首先推导了简单应力波作用下一点应变率的求解公式,并提出了利用爆破测振的实验数据求解应变率的方法。根据现场爆破测振的数据,求解出不同结构构件中质点的应变率时程曲线和最大应变率。并根据爆破安全规程中规定的一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物的爆破振动安全允许速度值计算出其对应的最大应变率。计算结果表明最大应变率的值保持在10-3量级以上,属于中等应变率,一般应变率效应不能再忽略。

LS-DYNA用户自定义材料模型开发与验证

当DYNA材料库中不包含所需要的材料模型时,用户可以自定义材料,生成新的DYNA求解器,进行问题的求解。其中需要采用数值算法求解本构方程组时,半隐式的图形返回算法体现了其良好的使用性。通过对一个简单的理想弹塑性模型的求解公式的推导,进一步阐述了这种方法以及编写材料程序的基本过程,并采用单单元模型验证了所编写程序的正确性。

松嫩平原百年(1901—2009)生长季干旱趋势分析

长序列干旱时空变化能准确地反映区域气候干湿变化趋势基于1901—2009年松嫩平原气温、降水等气象要素,采用干燥度数、气候倾向率、M-K突变检验、空间分析等方法分析松嫩平原生季百年序列干湿变化的时空特征及原因。结果表明:1)松嫩平原长季干燥度呈现全区减小趋势,地表趋向湿润,且具有自西向东递的空间特性;2)干燥度气候倾向率空间分布为-0.019×10-10.004×10-1 a-1,松嫩平原西部干燥度下降趋势显著;3)干燥度代变化较明显,且1926年为由干旱向较湿润转化的突变点;4)降水量决定地表干燥度变化的主要因素。

基于响应曲面法的脱硫石膏基胶凝材料体系配比优化

为了改善脱硫石膏基胶凝材料强度低的缺点,实现脱硫石膏高值化利用,基于响应曲面法进行改性脱硫石膏复合体系优化设计。以生石灰粉煤灰水泥为改性剂,部分取代脱硫建筑石膏,制备改性脱硫石膏胶凝体系,研究不同改性剂及交互作用对复合胶凝材料1、 28 d抗压强度的影响,建立响应面预测模型,并进行试验验证。结果表明:不同改性剂质量分数分别为生石灰5.53%、粉煤灰9.17%、水泥15.32%时,复合材料性能最优。该配比下,复合材料1、 28 d抗压强度分别为5.50、 20.30 MPa,较纯脱硫石膏体系分别提高48.65%和67.77%。实测值与预测值偏差仅为0.90%和0.74%,表明响应曲面法预测精度高,方法可行。

发挥校企两个积极性,采用“3+1”的办学模式培养优秀工程技术人才——科学总结东南大学无锡分校的教学改革与实践

当前,我国正处于工业化进程的中期,走新型工业化道路,全面提高国际竞争力,要求培养和造就一大批创新能力强,适应我国经济发展所需要的各类工程技术人才。教育部决定实施＂卓越工程师培养计划＂,走建设中国模式的工程教育之路。通过高校和企业的密切合作,着力提高学生工程意识、工程素质和工程实践能力,培养大批各种类型工程师。值此时刻,我们将东南大学无锡分校以往教育实践进行科学总结。根据当前市场经济时代的具体情况,吸收其精华,开展校企合作办学,充分发挥两方面积极性,互赢互利,共同努力,逐步提高,以期达到培养工程教育与产业结合的应用型工程技术人才。

黑龙江省20世纪森林变化及对氧气释放量的影响

随着对大气环境质量研究的深入,大气中氧气含量变化也引起了关注。森林是固碳释氧的重要生态系统,黑龙江省近百年来,森林面积减少了37.163%,估算由此导致的森林氧气释放量变化,对研究大气氧气含量变化具有重要意义。以黑龙江省1900年、1949年、1986年和2009年为时间断面,采用C-FIX模型及碳氧平衡方法,模拟并分析了20世纪黑龙江省森林氧气释放量及其变化。结果表明:(1)黑龙江省20世纪森林面积减少了106667.570 km2,森林覆盖率减少了23.568%。除樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)林、针阔混交林面积有所增加外,其它树种的森林面积均减少,其中云冷杉(Picea asperata and Abies nephrolepis)林及红松(Pinus koraiensis)林面积减少超过80%,空间上以松嫩平原及三江平原减少最为显著;(2)森林年氧气释放量百年来减少了5621.560万t,减少近三分之一,其空间变化明显,西南部森林氧气释放量由百年前的最高区域变为最低区域,三江平原释放氧气的森林区域明显减少;(3)百年来各行政区森林年氧气释放量除伊春微弱增加外,其余均呈减少趋势。其中大庆市、齐齐哈尔市减少显著,减少了90%以上;(4)控制实验表明,森林面积变化导致黑龙江省区域森林年氧气释放量减少了50%。人类活动引起的森林面积减少,是导致黑龙江省森林氧气释放量减少的主要因素。

劈裂注浆复合土体三维等效弹性模型理论研究

劈裂注浆可以有效改善土体的变形参数,大大降低土体在受力状态改变时的变形量,对劈裂注浆后复合土体的等效变形参数进行研究十分重要。在综合分析劈裂注浆扩散机制和工程应用实际的基础上,基于均质化理论提出了劈裂注浆后复合土体的三维单元体几何模型,按等效原则给出了浆-土体积及受力分配关系模型图;接着基于横向各向同性本构关系推导了模型的等效弹性模量和等效泊松比的解析解。然后采用有限元方法取得了模型特定条件下的等效弹性模量和等效泊松比,并与解析结果进行对比分析。最后把模型和相应的解析结果引入Flac^(3D)岩土工程专业分析软件,结合一个热力隧道工程实例对隧道劈裂注浆后关键位置的沉降进行预测分析,并与实测值进行了对比。研究表明:对所提出的计算模型,解析计算与有限元方法计算结果吻合度较高,说明了解析结果的正确性;基于该模型及其解析结果得到的隧道开挖后的沉降预测值与实测值具有良好的一致性,说明所提出的模型和相应的解析计算方法具有一定的可靠性和实用性。

多维爆破地震动作用下框架结构动态响应有限元时程分析

爆破震动的幅值、频率与持续时间是影响结构爆破震动响应与破坏的重要参数,爆破安全规程规定地面建筑物的爆破震动判据采用质点峰值震动速度和主震频率,但没有指明是三向速度的合速度还是单向速度,给爆破震动判据应用带来不便。采用有限元时程分析讨论了不同爆破震动频率速度荷载作用下结构的动态响应,指出在较高频率的爆破震动荷载作用下,框架结构对竖直向地震波响应较大,易在竖直向地震波作用下产生破坏,并可以将三维爆破震动中最大震动速度幅值作为爆破震动安全标准值;在较低频率的爆破地震荷载作用下,震动的水平荷载引起结构的破坏是主要的,应考虑水平最大荷载的爆破震动安全标准值。即结构抗震的安全标准在高频时以垂直荷载速度峰值为准;在低频时以水平荷载速度峰值为准。

爆破地震作用下结构的损伤及动力响应分析

针对建筑结构爆破地震响应研究中材料模型和结构模型过于简化的问题,采用已建立的岩石类材料的正交各向异性动力损伤本构模型,将其编制成动力有限元软件LS-DYNA的用户自定义子程序,模拟计算一个二层两跨典型砌体结构在不同爆破地震波作用下的动力响应,并分析了爆破地震波三要素对建筑结构的损伤及动力响应的影响,结果表明:地震波幅值的增加,可明显加剧结构的损伤,损伤可大幅增加结构应变响应;结构存在一个危险的频率段,并且这个频率段应在结构高阶振动模态对应的频率中;结构的损伤和动力响应还与震动波形有密切关系;当结构受迫震动阶段产生损伤时,爆破地震波持续时间对结构响应影响就很大。

爆破震动非一致激励作用下建筑结构响应研究

爆破地震动与天然地震动相比,具有震动频率高、强度衰减快、震动持续时间短等特点,结构受到的爆破震动激励是非一致的,而目前对于结构在爆破震动非一致激励下的响应研究很少。为此,采用Lagrange插值,实现现场爆破测震数据的非一致激励加载,进而利用动力有限元软件LS-DYNA,模拟并分析一个四层普通砖混结构于不同激励方式(一致激励、多点激励、非一致激励)下结构响应的差异,分析了同一种激励方式下,爆破震动荷载信号震幅、主频的变化对结构响应的影响。此外,还研究了非一致激励条件下结构各层楼板震动的峰值速度之间的变化规律。研究结果表明:同样荷载同种激励方式下,墙体易首先发生破坏;较高频率震动荷载宜采用非一致激励;结构中各层楼板的峰值速度基本随着楼层的增加而增加。

基于动力有限元方法的典型砌体结构爆破振动安全标准的探讨

采用动力有限元方法,参照爆区现场的一实际三层砌体房屋结构,建立三维空间实体模型,并将底层的爆破地震波监测信号加载到砌体结构模型的基底,求解出有限元模拟的砌体结构其它各层的爆破振动响应值,并与监测结果进行了比较分析。对常见的2层~4层砌体结构房屋,各取一种典型结构在底部节点垂直方向上施加不同主频的爆破地震波进行动力有限元建模并模拟开裂过程,通过定义结构单元的临界失效状态来寻求典型砌体结构房屋的爆破振动安全标准值,并给出了2~4层典型砌体结构房屋在各主频段爆破地震波作用下的爆破振动安全标准。结果表明,现行的《爆破安全规程》中基于工程经验及宏观调查资料基础上制定出的爆破振动安全标准过于粗糙和笼统,对于同类建筑,没有考虑到结构个体的振动特性差异,并不能保证所有结构物的安全,不具有普适性。

基于小波包技术的爆破地震效应计算模型及安全判据研究

采用小波包分解和重构的方法,将复杂的实测爆破地震波速度信号转化为多个简谐波的叠加,将爆破速度荷载作用下结构的动态响应问题转化为一系列简谐荷载作用下的动态响应问题。通过提出速度因子的新概念并反映在爆破地震效应计算模型中,考虑了结构动态响应中瞬态响应的影响。同时爆破地震效应计算模型中又融入了归一化的能量比例,在考虑爆破荷载频率的影响时仅需考虑占有相当能量比例的优势频率的综合作用。然后,在该计算模型基础上提出了一个新的爆破地震效应安全判据。该判据能反映出爆破激励荷载作用下结构速度响应大小与结构特性、爆破荷载幅值、频率(包括多个优势频率)、持续时间及能量比例等参数的关系。最后结合实际工程案例,通过使用基于小波包技术的爆破地震效应计算模型与时程分析法,分别求解出速度响应幅值并将结果进行对比,验证了所建模型的可行性。

注水井可投捞堵塞器

针对常规水力投捞堵塞器存在投送定位不准、中途易遇阻、封堵油管可靠性差等问题,研制了注水井可投捞堵塞器。该堵塞器利用钢丝拉力和堵塞器缸体内液压的双重作用,实现堵塞器卡瓦机构锚定油管内壁,使胶筒完全密封。室内试验表明,该堵塞器可承受压差35 MPa,耐温70℃,顺利实现丢手、密封、打捞。现场38口注水井的试验表明,可投捞堵塞器配合带压作业装置,实现了对分注管柱检串作业全程油管内封堵,累计减少放水量6.6×104m3,节约费用208万元;平均单井缩短占井时间17 d,累计提前恢复水量3.7×104m3,有效地保持了油藏注采平衡。

混凝土正交各向异性动态损伤本构模型研究

为建立混凝土的正交各向异性动态损伤本构,首先采用动力放大系数的形式考虑材料的应变率效应,然后基于Sidoroff能量等价原理,建立动态条件下单元体的损伤刚度矩阵。同时在损伤演化模型中,采用Mazars损伤模型描述主轴方向的损伤变量。另外采用适用于正交各向异性的Hoffman屈服破坏准则,并考虑损伤及动力放大系数对强度的修正。以建筑结构受爆破震动荷载作用的实验资料,对本模型进行验证。

爆破振动峰值速度计算的优化研究

基于非线性数值分析思想,提出一种提高爆破振动峰值速度计算精度的方法,并借助MAT-LAB编程对其内部参数进行拟合求解。工程实践证明,此种优化方法明显优越于传统的萨道夫斯基经验公式和线性分析方法修正的萨氏公式,使爆破预测精度得到提高,进而为工程的防震减灾提供了更加可靠的依据。每个工程场地都存在一个最佳的装药量与爆心距指数比,建议修正《爆破安全规程》(GB6722-2003)所采用的萨氏公式中装药量与爆心距之间固定指数比的规定。此外,文中提出了一个适用于多排孔延时爆破振动速度预测模型的依据公式。

深部巷道受跨采影响的稳定性分析及加固

徐州矿务集团旗山煤矿13311工作面回采期间,需跨采(纵跨)-850m东西翼轨道联络大巷。通过FLAC分析得出,该巷道受跨采扰动影响后,硐壁的相对位移明显增加,塑性区也明显扩大,巷道顶、底部破坏尤其严重。采用锚杆、锚索与注浆联合加固技术加固后,顶板下沉量控制在25mm以下,两帮移近量120mm以下,底鼓量300mm以下,满足了现场使用要求。

新型注水井油管桥塞的研发及评价试验

针对常规水力式油管桥塞存在承压能力低、定位不准、封堵油管可靠性差以及不可打捞等问题,研发了高压注水井可投捞油管桥塞。该油管桥塞设计了径向扩张式双密封胶筒,极大地提高了承压能力;采用钢丝投送的方式对油管桥塞进行定位,实现了在油管内自由调节坐卡位置,保证了油管桥塞在油管内定位准确;坐封方式为机械震击,只有当上、下卡瓦同时锚定油管内壁后胶筒才被压缩,封堵油管,因此提高了封堵油管的可靠性;设计的打捞机构可实现坐封后的打捞功能。现场试验结果表明,该油管桥塞配合带压作业装置实现了高压注水井的检串作业,与前期泄压作业相比,单井节约费用9.8万元,同时减小了泄压作业对油田产能的影响,占井时间缩短21 d,提前恢复注水400 m3,有效保持了油藏的注采平衡,为带压作业技术的推广应用奠定了基础。

爆破振动信号波形预测模型的优化研究

依托临沂引水隧洞竖井爆破工程,通过Matlab语言编程对实测数据进行小波包分析,并利用修正萨道夫斯基公式(简称修正公式)对各个频带的信号进行了非线性预测分析,最终整合得到爆区内任意点的爆破振动信号波形的预测模型。分析发现,修正萨道夫斯基公式的预测精度明显高于传统的经验公式,且基于修正萨道夫斯基公式构建的多频带小波包系数波形预测模型的预测精度较高(幅值预测误差不足2%,主频预测误差6.5%),较单一衰减因子分析模型稳定。