熔喷气流场中的纤维运动模拟与分析

为探究纤维在熔喷气流场中的牵伸运动过程,对熔喷气流场和纤维牵伸过程进行数值模拟。分析了熔喷气流场的分布特点,采用欧拉-拉格朗日法建立了熔喷纤维牵伸力学模型,获得熔喷纤维在气流场中的运动轨迹、牵伸倍数等信息;利用高速摄影机捕获了纤维在熔喷气流场中的运动轨迹并验证了模拟结果。结果表明:熔喷喷嘴下方存在气流回旋区,气流场分为射流单独流动区、射流汇合融合区和射流合并区;熔喷纤维的牵伸倍数先增加后减小,纤维运动在射流单独流动区出现鞭动,在射流合并区中存在纤维折叠成圈现象;射流汇合融合区是纤维细化的主要区域,该区域内纤维鞭动增加,牵伸倍数最大;验证实验中纤维运动中的鞭动、折叠成圈和运动轨迹与模拟结果一致。

钢管钢骨混凝土轴压短柱受力全过程分析

目的分析轴心受压下组合柱的全过程曲线,探讨钢管钢骨混凝土轴压短柱的静力性能.方法修正核心混凝土本构关系模型,采用合成法编制钢管钢骨混凝土轴压短柱的非线性分析程序,利用由此得到的全过程曲线分析配骨指标和套箍指标对轴压短柱力学性能的影响.结果根据非线性程序得到的计算结果与试验结果吻合较好,由全过程曲线可知,当套箍指标θ>1.0时,钢管对混凝土的3向约束作用明显增强,轴心抗压强度明显提高;当配骨指标P>0.8时,曲线的后期承载力缓慢上升.结论增加钢管的套箍指标可提高核心混凝土的抗压强度,进而提高承载力;增加钢骨的配骨指标可改善组合柱的后期延性.

圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系分析

目的深入了解圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱的静力性能.方法以试验研究为基础,依据圆CFRP-钢管约束混凝土在轴压力作用下的应力-应变关系,采用纤维模型法模拟圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系;分析了钢管约束效应系数和CFRP筒约束效应系数对圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响.结果计算值与试验值吻合良好且偏于安全.结论总结了典型的圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系曲线特点,该曲线可以分为4阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性增强阶段和软化阶段;该方法也可用于圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系分析.

圆CFRP-钢管混凝土偏压构件荷载-变形关系分析

目的深入了解圆CFRP-钢管混凝土偏压构件的静力性能.方法以试验研究为基础,依据圆CFRP-钢管约束混凝土在轴压力作用下的应力-应变关系,采用纤维模型法模拟圆CFRP-钢管混凝土偏压构件的荷载-变形关系;分析了长径比和偏心率对圆CFRP-钢管混凝土偏压构件力学性能的影响.结果圆CFRP-钢管混凝土偏压构件荷载-变形关系曲线可以分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和软化阶段.结论计算值与试验值吻合良好且偏于安全.

植物根系固土力学机制模型

由于在边坡加固、生态环境保护等方面具有很多优越性,植物固土护坡技术近年来广泛应用于固土护坡工程中。植物固土护坡的力学效应主要体现在植物的根系上,包括植物浅根将岩土体变成加筋复合材料的加筋作用,以及深根将浅层岩土体风化带锚固到深层稳定岩土上的锚固作用。为了揭示并评价植物固土护坡的力学效应,需要具有实际应用价值的根系固土力学机制模型。本研究在分析植物根系固土力学机理的基础上,探讨了3个植物根系固土力学机制模型:Wu氏模型、能量法模型和纤维束模型的应用条件、模型的优缺点、适用范围及其环境适应性等,并展望了植物根系固土力学模型发展的趋势和方向,从模型角度深化植物根系固土力学机制理论研究,为全面揭示植物护坡的力学机理提供理论基础,为水土保持工程植物措施提供科学依据和理论指导。

植物根系固土作用模型研究进展

植物根系固土作用模型研究已历经近40年,从简单的极限平衡模型到复杂的有限元和离散元数值模型,已发展到10余种。总结这些根系固土作用模型不仅对揭示根系加固土壤作用的力学机制和分析林地边坡的稳定性具有重要意义,对根系固土作用模型未来的研究方向也具有积极指导意义。笔者对根系固土作用模型分2部分进行综述,第一部分主要介绍根系固土作用的理论模型,包括:Wu模型、倾斜根系模型、位移模型、纤维束模型、根束增强模型和能量模型,以及这些模型的应用条件、模型优缺点、适用范围等。第二部分主要综述根系固土作用的数值模型,包括:有限元数值模型、离散元数值模型和造林边坡稳定性分析数值模型,并详细比较了有限元与离散元数值模型的优缺点和在造林边坡稳定性分析上的应用。最后探讨了目前根系固土作用模型研究中存在的不足以及未来的发展方向。

钢管钢骨高强混凝土偏压承载力非线性分析

目的研究钢管钢骨高强混凝土偏压构件的静力性能.方法采用纤维模型法模拟组合柱的荷载-变形关系,分析长细比、偏心距、配骨指标和套箍指标对组合柱力学性能的影响.结果确定了钢管钢骨高强混凝土偏压非线性分析程序;荷载-变形曲线可以分为弹性、弹塑性和塑性三个阶段,长细比、偏心距对极限荷载的影响较显著,配骨指标的增加改善了构件的延性.结论纤维模型法计算结果与试验结果吻合较好,计算程序的确定促进了其在工程实践中的应用.

从CT数据到带纤维走向的全心脏有限元模型的建立

心脏计算机模型是研究生理/病理心脏功能及心律失常治疗方法的有力工具,心脏有限元解剖模型是构建各种心脏模型的基础。从病人的临床影像数据建立个性化的心脏有限元模型,可为临床诊断治疗提供极大便利。研究一种由人体胸腔CT影像数据建立全心脏有限元模型的方法,具体步骤包括:基于胸腔CT影像,通过MIMICS建立心脏解剖面片模型;根据HyperMesh修复面片模型,得到心脏实体有限元模型。由于心肌纤维走向与心脏的电/机械活动密切相关,在从影像数据重建心脏解剖结构之后,又特别研究心肌纤维走向确定方法。首先,利用规则库方法(rule-based approach)确定心室肌纤维走向;之后,在使用规则库方法的基础上,利用结构张量分析(structure tensor analysis)进行平滑滤波,得到心房肌纤维走向。为验证心肌纤维走向的正确性,分析使用该方法计算得到的巴克曼束、左心房后部、左上心房后部、房间沟等几个典型部位处心肌纤维方向与X轴的夹角,分别为4.97°±4.84°(均值±标准差)、111.99°±3.72°、178.89°±3.73°、86.48°±4.01°,符合文献报道的心肌纤维走向的观测结果。所提出的方法可从心脏影像数据构建包含心肌纤维走向的心脏有限元模型,为各类心脏建模仿真研究打下基础。