季节性循环冻融下岩质边坡稳定性分析

为探究循环冻融对岩质边坡稳定性的影响,以中国东北某矿山受季节性循环冻融影响的岩质边坡为研究对象,考虑-5℃、-10℃、-15℃、-20℃4种冻融温度梯度,探究1,3,5,7次循环冻融下岩体力学特性劣化规律,并基于MSDP准则开展岩质边坡稳定性评价。研究结果表明:随着冻融温度梯度降低和循环冻融次数增加,试样内部冻缩加剧,试样抗压强度降低2.9%~20.3%,抗拉强度降低6.1%~24.8%,内聚力和内摩擦角分别降低6.5%~13.7%、2.2%~17.3%;当冻融温度梯度固定时,试样拉压力学性能随循环冻融次数增加出现大幅度降低,再次回升后趋于稳定,3次完整循环冻融下试样力学特性降幅最大。疲劳损伤作用下试样内部裂隙不断扩张发育,间断形的裂纹逐渐衍生贯通,裂纹数量随循环冻融次数的增加而增多,细观角度分析冻融对岩体强度劣化的实质是循环冻融下产生的疲劳损伤。基于MSDP准则下求算出的安全系数小于常规极限平衡法求算的安全系数。冻融温度-20℃、循环冻融7次时安全系数最低,循环冻融作用下,试样内部发生了不可逆的结构性损伤,试样强度劣化后抗滑力下降,边坡安全系数随之降低。计算结果可为循环冻融作用下岩质边坡稳定性评价提供参考。

Preparation of gradient biomaterial used for artificial mechanical heart valve

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＳｉｎｃｅｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｈｅａｒｔｖａｖｌｅ（ＡＭＨＶ）ｍａｄｅｏｆｍｅｔａｌｃｏａｔｅｄｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｐｏｓｓｅｓｓｅｓｂｏｔｈｔｈｅｆａｖｏｒａｔｅｍａｃｈｉｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅ...

间断级配散粒土侵蚀过程及强度演变机理研究

旨在探究相同应力条件下不同密实度间断级配散粒土管涌侵蚀机理及其侵蚀后强度变化特性,制备干密度为1.80,1.84,1.88 g/cm^(3)的3种土体试样,通过管涌三轴试验深入地探讨了干密度对其破坏临界水力梯度、累计涌砂量、体积变化量及侵蚀后强度变化的影响规律。研究表明:试样破坏临界水力梯度随其干密度增大而增大,且利用Terzaghi公式(F1)、毛昶熙公式(F2)及水利水电科学研究院公式(F3)对其渗流临界水力梯度进行分析,发现在该应力环境下各公式计算结果与试验结果均较接近(优劣度为F2>F3>F1)。试样累计涌砂量与体积变化量均与其干密度呈负相关性变化趋势,其涌砂速率随管涌侵蚀不断发展而逐渐衰减;土的强度受干密度与侵蚀率二者影响,表现为侵蚀后土体强度折减程度随侵蚀进行而逐渐增加,随干密度增大而减小。

铜及其合金梯度结构制备及性能研究进展

高性能铜及铜合金由于其高导电性、高导热性、高强度、高耐蚀及可镀性、易加工性等系列优良特性而成为多个领域开发中必不可少的材料。研究发现,梯度结构的存在可有效提高铜及铜合金的强度,同时保持原有的塑性。区别于传统铜及其合金,表面细晶到心部粗晶的逐渐过渡及位错缺陷等的相互作用使梯度结构铜表现出更好的强塑性协同效应,正是这种异质性促使材料性能进一步提升。然而,基于梯度结构材料的异质性,传统铜及其合金的变形机制、制备技术及仿真模拟等并不适用于梯度结构铜及其合金,这使得梯度结构铜及其合金的实际生产应用受到极大限制。鉴于此,本文从梯度结构的制备工艺其性能改善方面综述了现有梯度结构铜及其合金的研究进展,梳理了诸多领域内梯度结构铜及铜合金材料的发展及现状,并分析了梯度结构铜合金材料的研究趋势与应用需求。

基于强度梯度的传动轴热处理-硬度梯度匹配研究

以某汽车等速万向传动中间轴承受扭转载荷为例,提出了基于强度梯度的热处理-硬度梯度设计方法,即根据结构危险截面最大应力及其梯度分布得到理想强度梯度分布,再由硬度-强度转换关系得到理想硬度梯度分布,最后根据理想硬度梯度分布结合材料端淬曲线进行实际硬度梯度匹配。分别对采用40Cr、UC2和38B3三种材料的传动轴进行硬度梯度匹配,并对硬度梯度匹配后的传动轴进行了静强度试验。试验结果表明,采用不同材料的传动轴经热处理-硬度梯度匹配后,其静强度均能满足试验要求。

液相色谱中线性溶剂强度模型的快速建立

目的通过一组单线性梯度洗脱实验获取线性溶剂强度模型的参数值,为色谱图的预测提供所必须的参数值。方法首先,在实验中固定流动相组成的起始和结束值,通过改变梯度洗脱的时间,从而改变梯度的斜率(B)。测定溶质在这些梯度条件下的保留时间,计算其流出色谱柱时所对应的流动相组成(φR)。然后,将描述φR与B之间关系的数学公式对实验数据进行非线性拟合,从而获取线性溶剂强度模型的参数值。拟合基于Levenberg-Marquardt算法,通过Excel中的Visual Basic for Applications(VBA)语言编程实现。结果计算机程序的可靠性通过实验进行验证。以12种芳环化合物为分离的对象,以C18柱为固定相,含1%乙酸的甲醇-水溶液为流动相,应用所编写的程序对单线性梯度洗脱实验数据进行处理,获取溶剂强度模型的参数值。然后,根据所得到的参数值预测多线性梯度洗脱条件下的色谱图,得到的理论色谱图与实验色谱图吻合。结论所建立的方法可快速准确地获取线性溶剂强度模型的参数值,具有良好的实用价值。

基于归一化磁源强度的磁目标实时定位方法

标量三角剖分与测距(STAR)方法利用磁梯度收缩特性实现运动状态下对单个磁偶极子目标的实时定位,且对运动平台的姿态不敏感。然而,磁梯度收缩量(C_(T))引入的非球面误差会限制其定位精度。针对该问题,提出了一种新的磁偶极子目标线性定位方法,利用归一化磁源强度(NSS)代替C_(T),消除了非球面误差的影响。为了分析该方法对不同方位磁目标的定位性能,建立了全向仿真分析模型。仿真结果表明,该方法的实时性与STAR方法相当,在标准差为10 nT的高斯白噪声影响下与STAR方法的最大定位误差分别为0.18 m与1.5 m。现场实验结果表明,当探测距离为1.284 m时,该方法在纬线轨迹上的平均定位误差仅为0.094 m,比传统STAR方法低56.7%;在经线轨迹上的平均定位误差为0.097 m,比传统STAR方法低30.7%。

高压开关用功能梯度型灭弧喷口复合材料制备与性能

为满足断路器灭弧室安装、动作时对灭弧喷口不同部位的性能需求,提升灭弧喷口的综合性能,设计了两段式功能梯度型灭弧喷口,对该功能梯度型灭弧喷口的制造技术进行了系统的研究,并对其材料性能进行了验证。首先利用Ansys有限元分析软件,建立了两段式功能梯度型喷口毛坯模型,进行梯度喷口毛坯烧结过程仿真计算,从理论上优化了功能梯度喷口毛坯烧结工艺,获得了能够兼顾两种配方体系性能的烧结工艺;在成型工艺阶段,设计了专用平整工装,保证了功能梯度型喷口界面处的平整度;最终采用最优压制工艺和烧结曲线制备了功能梯度型毛坯并进行了力学、电、热等性能测试,测试结果表明所制备功能梯度喷口毛坯的BN/聚四氟乙烯(PTFE)侧、MoS2/PTFE侧和界面处的力学、电、热性能均满足断路器产品对喷口的技术要求,界面处的各项性能较优保证了喷口的基本性能,同时BN/PTFE侧具有较优的耐烧蚀性能,MoS2/PTFE侧具有较优的力学性能,符合设计初衷。研究成果为大容量断路器的研发提供思路和技术支撑。

基于集成学习的铁尾矿取代水泥的强度活性指数预测模型对比研究

为准确预测铁尾矿取代水泥的强度活性指数(简称铁尾矿强度活性指数),基于试验数据,对不同集成学习方法建立的铁尾矿强度活性指数预测模型的预测性能进行评估,并与其他单一的机器学习预测模型进行对比。预测模型中所考虑的参数有水固比、颗粒尺寸、二氧化硅含量、氧化铁含量、氧化镁含量、氧化铝含量、氧化钙含量、三氧化硫含量、其他化学成分含量和铁尾矿掺量。结果表明:集成学习方法中,极端梯度提升模型的预测性能及精度最好,其次是直方图梯度提升模型、梯度提升模型,均要优于单一的机器学习模型(支持向量机模型和线性回归模型)。随机森林模型的预测精度优于线性回归模型,但稍逊于支持向量机模型。在实际应用过程中,可尽量选择含有三氧化硫、氧化铝、氧化镁和氧化铁的铁尾矿,因为相比其他物质,含有此类物质的铁尾矿有益于取代水泥,从而增加铁尾矿的强度活性指数。研究可为铁尾矿在基于水泥基材料领域的应用奠定基础。

混凝土二次搅拌的机理分析

针对混凝土强度破坏常发生在水泥石与骨料界面的情况,指出传统混凝土搅拌工艺在提高水泥分散性、水化程度以及平衡混凝土界面过渡区强度梯度等方面存在的不足,提出用新的二次搅拌工艺改善混凝土界面区的结构和性质,可提高混凝土性能。剖析了二次搅拌的机理,并与传统搅拌方法进行了对比。结果表明:二次搅拌改善了混凝土界面的微观匀质性;减少了水泥颗粒的团聚现象,提高了水化程度;改善了混凝土界面区的水化物分布状态,综合提高了混凝土各项性能。

残余应力影响冷拉拔钢丝强度梯度的数值仿真

针对通过剥离表面材料和后续单向拉伸试验得到的冷拉拔钢丝的局部强度沿半径方向分布不均匀,存在一定的强度梯度的问题,利用ABAQUS构建了二维轴对称的冷拉拔有限元模型,计算分析了拉拔后残余应力的分布规律。将数值结果赋予拉拔后续的单向拉伸模型,对比无残余应力的模型,残余应力的存在显著降低了钢丝的弹性模量和屈服强度,但对均匀硬化阶段影响较小。去除钢丝表面材料后残余应力会自平衡,但不会消失,导致后续单向拉伸行为明显不同。随着去除材料的增加,钢丝的弹性模量逐渐增加,而屈服强度不断降低。因此,残余应力的存在一定程度上增大了冷拉拔钢丝的强度梯度。

配钢管高强混凝土芯柱的异强组合短柱轴压性能

以套箍指标、钢管内外混凝土强度等级、钢管外围混凝土配箍率、组合柱纵筋总配筋率和组合柱截面含钢管混凝土率为主要参数,设计36根配钢管高强混凝土芯柱的异强组合短柱(SGCC)构件;借助ABAQUS有限元软件,选取合理的材料非线性本构模型及网格尺寸,建立18根试验试件的有限元模型并分析轴压性能,比较有限元数值解与试验数据;提取36根组合短柱应力—变形云图和轴力—应变全过程曲线,考察轴压承载力、弹性阶段刚度和延性等参数的变化规律;根据有限元数值解,引入轴压承载力折减因数,基于叠合原理建立SGCC轴压承载力简化计算公式。结果表明:SGCC钢管高强混凝土套箍指标、钢管外围混凝土配箍率和组合柱截面含钢管混凝土率对组合柱轴压承载力和延性影响显著。该结果为SGCC框架体系的工程应用提供指导。

用圆孔平台巴西圆盘确定岩石拉伸强度的非局部应力方法

对用圆孔平台巴西圆盘确定岩石拉伸强度的方法进行了研究。用有限元法分析了试件加载直径上的双向应力分布。由于加载直径靠近孔边处存在较大的拉伸应力梯度,如果以加载直径与中心圆孔相交点的最大拉伸应力来确定岩石的拉伸强度σt,拉伸强度的试验值会随着中心圆孔与圆盘半径之比r/R的增加而减小。采用非局部应力方法,考虑双向应力状态作用下发生破坏的Griffith强度准则的等效应力σG,在加载直径上选取材料特征尺寸,让σG"在特征尺寸上积分后取均值后得到岩石的拉伸强度σt。利用该方法得到的圆孔平台巴西圆盘测得的σt值不随r/R的变化而变化,其平均值大约为平台巴西圆盘测试值的1.23倍左右。

具有梯度结构的涂层硬质合金刀片

研究了Co和Ti(CN)含量对梯度硬质合金的力学性能、梯度结构的影响。测试了梯度硬质合金刀片的切削性能。结果表明随着合金钴含量的增多,合金梯度层厚度增厚,梯度结构越明显;合金的强度提高,磁饱和提高,磁力、硬度和密度减小。随着合金Ti(CN)含量的增多,合金梯度层厚度有变薄的趋势;随合金的硬度提高,合金的强度和密度减小。切削试验表明具有梯度结构涂层硬质合金刀片的切削性能比无梯度结构涂层硬质合金刀片的切削性能优良。达到同一磨损高度hB=0.15mm时,前者的切削寿命较后者提高了近一倍。同时随着合金钴含量的增多,硬质合金刀片的切削性能提高。

配钢管高强混凝土芯柱的异强组合柱抗震性能研究

为研究配钢管高强混凝土芯柱的异强组合柱(SGCC)的抗震性能,以钢管内外混凝土的强度(fcc、fco)、组合柱内钢管高强混凝土芯柱的套箍系数(θ)、钢管外围混凝土配箍特征值(λv)、轴压比(n)为主要参数,设计了11根SGCC。采用ABAQUS软件建立其有限元模型,并对10根类似试件开展验证分析,将仿真分析结果与试验结果进行对比,验证了模型的合理性。基于此开展11根SGCC试件的参数分析,探究了不同参数对试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化、抗力衰减和延性等抗震性能指标的影响规律。结果表明,fcc、fco、λv和n对试件抗震性能的影响相对较大,本文分析结果可为该类构件的抗震设计提供一定的技术支撑。

现代产品主动再制造理论与设计方法

再制造是再循环的最佳形式,但被动再制造毛坯数量和质量上的不确定阻碍了再制造工程的产业化。针对目前研究中仍存在的问题,提出主动再制造的概念,在分析产品再制造与其寿命周期的关系基础上,阐述主动再制造理论,介绍主动再制造中的相关概念,归纳主动再制造的主要特征。同时为了更加合理地实现主动再制造,针对产品中零部件间的关系,进行主动再制造设计的探讨,建立主动再制造设计理论与设计方法框架,阐述主动再制造设计的基础理论和基本流程,并且对应于主动再制造设计中的产品级设计、零部件级设计和结构级设计分别提出了寿命匹配、结构功能梯度和冗余强度,并进行了综合分析。以发动机曲轴-连杆系统为例,进行了主动再制造设计,结果表明,提出的设计理论与设计方法是有效、可行的。

组分梯度复合对水泥基材料力学性能的影响

利用梯度结构的概念提出了水泥基梯度功能材料的结构模型,初步研究了界面组分梯度分布和纤维梯度分布对混凝土,纤维增强混凝土和纤维增强砂浆力学性能的影响。结果表明:采用不同配比的分层配料、振动成型的方法,可以基本保证组分呈梯度连续变化;界面组分的梯度变化可以明显改善界面粘结而提高强度;纤维的梯度变化更符合受力状态,与纤维均匀分布相比,可以明显提高强度,并可以节约纤维用量。显示了水泥基梯度功能材料良好的发展前景。

羟基磷灰石/钛生物功能梯度材料种植体与骨的结合强度

采用动物兔活体植入与剪切强度试验考察了羟基磷灰石(HA)/Ti生物功能梯度材料(FGM)种植体与头骨基体的结合强度。结果表明,HA-TiFGM种植体/骨结合强度随植入时间延长迅速增高,其强度值与纯HA植入体相当而大大优于纯Ti种植体;植入3个月时,HA-TiFGM与周围骨组织的结合强度可达6.49MPa。剪切断口形貌表明,FGM种植体断裂发生在界面的新骨一侧,说明其界面结合强度甚至超过了新生骨组织本身的剪切强度。

基于压差梯度的平流层飞艇艇囊应力计算和仿真

平流层飞艇体积庞大,艇囊表面曲率小,因而蒙皮材料的局部应力集中极易导致飞艇艇囊蒙皮发生过大变形而迅速超压损伤破坏.基于飞艇艇囊内外压力压差梯度载荷条件,建立飞艇艇囊蒙皮受内外压差真实工况下环向与轴向应力的理论计算模型,构建飞艇蒙皮应力分析的Von Mises强度准则.并采用ABAQUS有限元软件非线性仿真艇囊蒙皮分别在超压300,500,800Pa载荷下的各点环向的Von Mises应力状况.仿真结果与理论模型计算的应力值基本保持一致,飞艇艇囊蒙皮环向Von Mises应力呈现随压差梯度增大而递增的规律,而轴向Von Mises应力大小由环向Von Mises应力、蒙皮局部经纬向曲率共同决定,且两方向的Von Mises应力均与超压载荷大小成正相关关系,为飞艇艇囊蒙皮超压应力评估和强度计算提供基础性研究.

基于梯度强度立柱的客车侧翻安全性多目标优化设计

提出一种新型梯度强度立柱结构,使侧翻时客车立柱不同位置的强度与受力匹配.对梯度立柱分析表明:新型梯度强度立柱结构明显提高了客车侧翻安全性能.结合最优拉丁方实验设计和径向基近似技术,构建了设计响应的高精度近似模型,并采用多目标遗传算法对其寻优.优化结果表明:通过对梯度强度立柱结构的强度与壁厚的合理匹配,不仅使得客车的侧翻安全性得到较大的改善,而且达到了客车轻量化设计的目的.