基于离散元-有限差分耦合的轨枕垫对有砟道床横向阻力的影响机制

轨枕垫(USP)因其良好的减震性能已广泛应用于铁路轨道结构,现有研究大多集中于USP对轨道结构刚度和振动响应的影响,但对有砟道床横向阻力影响的研究很少。为深入分析USP对道床横向阻力的影响并揭示其作用机理,建立轨枕-USP-有砟道床-路基三维系统的精细化离散元-有限差分(DEM-FDM)耦合数值模型,采用典型重载铁路有砟道床横向阻力现场实测结果对模型进行标定和验证,进而模拟分析不同工况组合下USP对轨枕不同位置处(枕底、枕侧和枕端)的横向阻力、道砟颗粒运动和粒间接触力等宏微观指标的影响机制。研究结果表明:在相同的轨枕横向位移下,相较于无USP的轨枕,带USP的轨枕其枕底道砟颗粒运动范围更大,横向阻力也更大,且横向阻力增加部分主要来源于枕底USP的不平整性;USP刚度越大,道床横向阻力也越大;采用USP可增加枕底的横向剪应力和最大法向接触力,且两者数值均随USP刚度的增大而增大。

基于离散元-有限差分耦合的摩擦型轨枕底部凹槽形状对有砟道床横向阻力的影响机理

摩擦型轨枕可有效增强有砟道床横向阻力,但目前没有相关设计规范,摩擦型轨枕底部凹槽对横向阻力的增加机制尚不清晰。为深入分析不同凹槽形状对道床横向阻力的影响并揭示横向阻力的增强机理,基于横向阻力现场测试和离散元-有限差分耦合方法建立三维轨枕-有砟道床-路基数值模型,从宏、细观层面研究5种不同轨枕底部凹槽形状对横向阻力的影响。研究结果表明:与普通型轨枕相比,不同摩擦型轨枕的横向阻力增幅存在较大差异,范围为35.1%~80.2%,且横向阻力随凹槽侧面积的增加而呈对数增加;由于底部凹槽对道砟颗粒的约束作用,轨枕底部与道砟颗粒的接触数增加,凹槽附近的接触力增大,接触力链分布更密集;摩擦型轨枕周围颗粒的位移和旋转受到更强的约束;摩擦型轨枕各向异性在轨枕出现位移后向水平面转变,这是增强横向阻力的主要细观因素。建议在有砟轨道的设计中,采用具有不连续槽的摩擦轨枕,并考虑以最大化凹槽侧面积为目标进行设计。

月面手动插旗过程的离散元-有限元耦合分析

在月球表面插入旗帜对人类探索宇宙具有重要意义.本文采用离散元G有限元耦合算法对手动插旗过程进行数值分析,首先,建立月壤的离散元模型、旗杆的有限元模型以及月壤与旗杆相互作用的离散元G有限元耦合模型;然后,对旗杆的结构进行优化设计以提高其稳固性;最后,提出三种不同的插旗方式并讨论不同插旗方式下旗杆的动力特性.研究结果表明,离散元G有限元耦合算法对月面插旗过程的模拟是有效的;底部尖锐度及稳定支架开叉角度的合理设计有利于增大旗杆的入壤深度和旗杆的稳固性;增大直接插入法中轴向力、提高敲击插入法中敲击力和敲击频率均可以增加旗杆的入壤深度;旋转插入法中旋转速度和旋转频率对插入过程影响较小.以上研究可为月面手动插旗提供有效的方案和理论参考.

用边界元-有限元法研究高架结构辐射噪声

高架结构是城市轨道交通的重要部分,其引起的结构辐射噪声问题引起了越来越多的关注。基于边界元Helmholtz积分公式和有限元流固耦合系统理论,推导了结构振动加速度与辐射声压之间的声传递向量,该传递向量可通过单元辐射叠加法求得,结合采用直线电机车辆的北京首都机场快轨线某段高架桥梁段现场试验结果进行了比较分析。结果表明:使用该方法计算的声压结果与实测结果的声压频谱分布及变化趋势吻合较好,该方法可用于城市轨道交通高架结构辐射噪声的预测研究。

基于离散元-有限差分耦合的滚石冲击棚洞垫层动力响应研究

在棚洞结构顶部覆盖一层砂土缓冲垫层能有效减小滚石对棚洞顶板的冲击力,以往多采用有限元方法开展研究,无法考虑砂土垫层离散特征,研究手段有待改进。以棚洞垫层物理模型试验为原型,考虑砂土颗粒离散性和棚洞混凝土结构的连续性,采用离散元-有限差分耦合算法,其中离散元模拟砂土垫层,有限差分法模拟棚洞混凝土结构,在充分发挥两种模拟方法优势下,开展滚石以不同角度、不同速度冲击棚洞垫层的动力响应数值模拟研究,通过对受冲击棚洞支座反力、棚洞顶板位移、滚石冲击力分析,揭示棚洞结构的动力响应特征。研究结果表明:冲击角度和冲击速度对支座反力影响显著,冲击角度增大,支座反力随之增大。相对而言,在较小冲击角度下,支座反力受冲击角度的影响较大,而较大冲击角度下,冲击速度的影响则更明显;冲击力方面,伴随冲击角度和冲击速度增大,滚石冲击力随之增大,较大冲击角度下,角度的增大对冲击力的提升更加明显;棚洞顶板中心处竖向位移值随冲击角度和冲击速度的增大而显著增大,且在较小冲击角度下,冲击角度对顶板位移的影响更大,而较大冲击角度下,冲击速度的影响更为显著。

身体锻炼治疗抑郁症的元-元分析

目的:身体锻炼作为良好的健康促进方式是普遍的共识,并且已被推荐为抑郁症治疗手段,但已有的文献用于处方开具还需要依据循证医学的规律进行全面的总结和详细说明,故对身体锻炼治疗抑郁症效应的元分析文献进行系统综述。方法:基于循证医学研究范式,按照对综述进行综述的思路,采用元-元分析量化计算程序获得更高质量和更全面的数据,首先系统搜索并筛选出7篇符合要求的高质量元分析文献,随后基于62项研究所包含的3 723名被试的数据进行效果量等指标的统计。结果:身体锻炼对抑郁症治疗有中等效应(SMD=-0.63;95%CI=-0.78～-0.48,P<0.000 01);进一步的亚组分析表明,太极、气功的锻炼形式最为有效,每周3次以上、每次锻炼30 min以上、小/中等强度、25～36次的锻炼疗程效应更好;相对其他抑郁种类而言,身体锻炼治疗重度抑郁症MDD效果更佳;与药物治疗、心理治疗和宣传教育等其他治疗手段区别不明显,但身体锻炼合并其他治疗手段的疗效优于单一手段。结论:身体锻炼能够有效治疗抑郁症,未来可以根据这些内容进行运动处方的实践。

洋甘菊中芹苷元-7-葡萄糖苷含量测定

目的测定洋甘菊中芹苷元-7-葡萄糖苷含量。方法在美国药典收载的HPLC方法基础上,适当调整色谱条件,采用UPLC法,测定新疆洋甘菊中芹苷元-7-葡萄糖苷的含量。结果两批洋甘菊样品中芹苷元-7-葡萄糖苷含量分别为5.2、5.8mg/g。结论 UPLC方法,可作为洋甘菊中芹苷元-7-葡萄糖苷含量测定。

大豆苷元-壳聚糖微球对去卵巢小鼠骨质疏松的药效研究

目的评价大豆苷元-壳聚糖长效微球对小鼠去卵巢骨质疏松的作用。方法建立小鼠去卵巢骨质疏松模型,测定给药后小鼠体质量和子宫重量系数,并取股骨进行石蜡切片HE染色观测。结果小鼠去卵巢后3周出现骨质疏松症状,所有实验组小鼠体质量无明显增重。与假手术组相比,去卵巢后子宫重量系数明显减小(P<0.01);肌肉注射高剂量大豆苷元-壳聚糖微球1次后,第3周和第5周子宫重量系数有较大幅度的增加(分别为P<0.05,P<0.01),明显高于每日灌胃大豆苷元混悬液组。与模型组相比,微球给药组可见骨小梁分布较密,骨皮质呈不明显蚕食样改变,骨髓腔较密实;而大豆苷元混悬液灌胃给药组无明显差别。结论与大豆苷元混悬液灌胃给药相比,大豆苷元-壳聚糖微球经肌肉注射有明显的改善骨质疏松症状作用,提示其在体内生物利用度得到提高。

基于二次场的可控源电磁法三维有限元-无限元数值模拟

本文提出了一种新的混合有限元-无限元三维可控源电磁法(CSEM)问题快速高精度正演模拟算法.首先从电场双旋度方程出发,推导了水平电偶极子源的二次场边值问题,采用无限元代替截断边界条件和有限元离散内部计算区域的新策略,达到减小计算区域的目的,基于并行直接求解技术,实现多源CSEM问题的快速精确求解.其次,通过层状解析模型测试,一方面验证了新算法的正确性,另一方面通过与其他三种已知CSEM问题求解策略进行对比,表明了本文提出的基于二次场有限元-无限元算法具有离散区域小、求解速度快和计算精度高等优点.最后,通过3D模型计算,清晰直观地模拟了场源阴影效应,为野外数据的处理与解释提供指导.

一种计算轴对称磁场的边界元-有限元混合法的研究

由静磁场的基本方程和有限元的原理出发,研究了一种新的计算带非饱和磁介质轴对称磁场的边界元-有限元混合法,编制了计算电磁聚焦成象系统聚焦磁场的程序。这种方法解决了单纯使用有限元法的边界封闭问题,为成象系统及其它磁透镜的工程设计提供了一种有效方法。

基于有限元-无限元耦合的2.5D直流电阻率数值模拟

为了解决传统有限元截断边界所引起的问题,提出一种新的2.5D直流电阻率有限元-无限元耦合数值模拟方法。首先推导无限元2.5D单元映射函数,然后提出一种无限元形函数,将其与传统有限元相结合,取代传统的混合边界,使得电位在无限域内连续并在无限远处衰减为0 V,最终形成的刚度矩阵稀疏对称并与场源位置无关。研究结果表明:在相同的网格剖分下,有限元无限元耦合方法比传统有限元法能够在边界测点处得到更高的计算精度,能够在较小的计算范围内得到更优的计算结果,从而有利于减少节点数,提高计算速度;由于系数矩阵不随场源位置改变,有利于加速反演计算。

RP-HPLC法测定大豆苷元-3′-磺酸钠含量

目的:建立反相高效液相色谱法测定大豆苷元-3′-磺酸钠及其胶囊的含量。方法:采用 Hypersil ODS(250 mm×4.0 mm,5μm)色谱柱,甲醇-10 mmol·L^(-1)磷酸二氢钾溶液(35:65)为流动相,对羟基苯甲醛为内标物,流速0.8 mL·min^(-1),检测波长为254 nm,柱温:30℃。结果:大豆苷元-3′-磺酸钠在1～40μg·mL^(-1)范围内峰面积与其浓度呈良好的线性关系(r=0.9999);样品平均回收率为99.49%。结论:该方法专属性强,结果准确,重现性好,可用于大豆苷元-3′-磺酸钠制剂含量的质量控制。

基于薄片有限元-无限元耦合模型的地铁列车振动环境影响分析

鉴于地铁运营引发隧道及地层沿线路纵向的振动水平及特性不甚明确,应用薄片有限元-无限元耦合模型对地铁列车运营引发隧道基底、隧道壁及地表在垂直于线路的水平方向、铅垂方向及线路纵向三个方向上的振动响应进行高精度分析及比较。分析结果表明:(1)地铁列车运营引发横向、垂向及纵向三个方向6 Hz以下的低频振动在地表均衰减得极其缓慢,且地表三个方向的振动速度、加速度响应具有相似的频率成分;(2)列车运营引起隧道壁的纵向振动响应在1~100 Hz频段内较小,在该频段内的大部分频率点处,其响应甚至小于地表的纵向振动响应;(3)在隧道基底及隧道壁,由列车运营引发的纵向振动响应在1~100 Hz频段以内显著小于由其引发的垂向振动响应,但在地表,由列车运营引发的纵向振动响应具有同横向、垂向响应相当的量值。

高坝泄洪诱发场地振动传播问题的有限元-无限元耦合分析

高坝泄洪引起巨大水流脉动荷载产生的振动,沿河谷向上下游传播,结果会导致场地振动,对周围建筑物及居民正常生活造成不利影响。通过引入"有限元-无限元"理论,研究建立包含泄水建筑物、地基、周边场地土体以及无限半空间的有限元-无限元耦合模型,研究多振源联合激励模拟方法,分析高坝泄洪诱发场地振动的传播问题。结果发现,将同时采集到的引起场地振动的5处激励源视为5个独立的、不相关的等效荷载,通过无限元来处理边界条件,计算结果与原型观测结果更为接近。古河道区域场地振动强度相对较大,沿水平面传播初期强度变化不大,后期衰减迅速;其余区域振动强度较小,传播初期振动衰减迅速,随着距离的增加,衰减变得缓慢。振动能量初期大多为0.5~4.0 Hz的宽频振动,随着振动向下游传播,振动能量频带越来越集中,且低频能量衰减迅速。垂向传播过程中,覆盖层处的振动强度在同一个量级波动,振动频带较宽,振动传递至场地浅层泥岩层后振动强度迅速减小,频带逐渐变窄,且低频逐渐被土体过滤,传递至深部砂岩层后,振动强度可忽略不计。

基于联合有限元-离散元的混凝土重力坝破坏三维仿真模拟

水利工程中混凝土重力坝在地震等作用下的三维破坏形式以及破坏过程对大坝安全影响重大。本文建立了固体材料的联合有限元-离散元(Combined Finite-Discrete Element)三维数学模型,并引入Single/Smeared断裂损伤模型,模拟混凝土材料的破坏。数学模型经验证后,用于地震作用下混凝土重力坝破坏的三维数值模拟,结果表明,联合有限元-离散元方法能够有效模拟坝体的破坏模式和破坏阈值条件,且具有将坝体连续变形与不连续断裂有机结合的优点。通过一系列数值模拟工况的对比,分析了模型网格分辨率对破坏条件、破坏模式以及程序计算效率的影响,研究结果能够为大坝的抗震设计提供有价值的参考。

地铁振动预测的周期性有限元-边界元耦合模型

针对地铁列车运行引起的隧道结构和自由场中的振动响应问题,提出了一个在频率-波数域内的三维周期性有限元-边界元耦合的数值模型,此模型中隧道结构采用有限元法计算,自由场采用边界元法模拟。此模型采用Floquet变换,利用隧道和自由场在隧道轴线方向上的周期性,把无限长的隧道及自由场的网格划分限制在一个基本元内,这样使动力学数值计算的效率大大提高。利用此模型计算了在隧道底板上施加固定单位谐振荷载情况下隧道-自由场相互作用系统的动力响应,结果表明此模型可应用于地铁列车运行引起的隧道和自由场中的动力响应预测。

用物元-可拓分析实现电能质量综合评价

采用物元-可拓学基元分析及关联函数,结合熵权法,建立了电能质量的客观评价模型。采用关联函数对单项指标进行度量,克服了集合方法不能准确度量指标,以及模糊隶属函数无法度量超出单项指标范围的缺陷;采用熵权法计算指标权重,克服了主观确定权重评价方法缺陷。最后通过实际算例验证了该方法的可行性。

饱和地基轴对称竖向振动有限元-无限元耦合解

根据饱和土弹性波动方程和波的传播特性,建立了饱和地基轴对称竖向振动问题的一种有限元-无限元耦合解法并编制了计算程序;对可蜕化为单相弹性地基的气饱和土(干土)与渗透性很差的水饱和土地基,应用该方法计算了Lamb问题的地表竖向位移,其结果与既有单相弹性地基的理论解吻合良好.所提出方法可为求解层状饱和地基轴对称动力问题、研究饱和土中单桩复合地基动测技术等提供一种较为简便而可靠的分析手段.

云南元-磨公路某高堑坡灾害发生机制及防治对策

论文根据现场地质调查,应用地质力学分析方法,分析了元-磨公路K235＋160～600段高堑坡地质条件、病害发生机制和诱发因素.堑坡所在区域位于红河深大断裂与哀牢山深大断裂所夹持的哀牢山褶皱带内,属强烈侵蚀切割的低中山区,河流下切严重,河流阶地不发育.南溪河及其支流小曼萨河、叉河依附于不同时期生成的构造发育而成,堑坡位于小曼萨河注入南溪河的交汇部位小曼萨河的左岸.小曼萨河及南溪河所夹持的山体,尤其是堑坡所在的部位,已严重破碎、松弛,岩石似大块石堆垒状,坡面上的树木均明显地向小曼萨河方向倾倒.经地质力学配套分析,堑坡所依附的山梁形成于红河深大断裂生成期（γ4）,堑坡岩体受多期构造活动的作用,其中NW65°/SW64°及NW63°/SW35°两组倾向临空的构造面控制坡体的稳定.堑坡具备发生变形破坏的地质条件,分析认为由于组成坡体的岩土强度不足而引起既有构造面的大型坍塌.连续降雨及温差是诱发因素.基于目前国内边坡防治技术、施工能力,提出了以“治”或“避”为主的防治对策.

基于2.5维有限元-边界元分析轨道随机不平顺影响下的铁路地基振动

建立了完善的2.5维有限元-边界元耦合模型分析移动谐荷载作用下钢轨、扣件、轨枕、道砟、路基和地基等各部分的振动响应;利用既有的车辆-轨道-路基-地基耦合系统垂向振动解析模型得到轨道谐波高低不平顺引起的垂向动态轮轨力;在此基础上,结合轨道随机不平顺功率谱密度,提出了列车运行引起的地基振动功率谱计算方法。对比分析了地基表面测点垂向振动加速度级的理论计算与现场实测结果,证明了该模型的合理性。模型能有效地分析具有复杂横截面形状的轨道-路基-地基系统的振动响应以及多种轨道、地基减振隔振措施的影响,且具有较高的计算效率,适用于铁路线路设计阶段的方案比较研究。