混响室加载效应的等效吸收截面分析

从理论上分析了等效吸收截面与混响室内场强的关系,得到了场强的极简表达式。与加载系数不同,等效吸收截面具备可加性,仅与加载件本身引入的损耗有关。通过研究混响室内的损耗机制,给出了混响室归一化场强的理论极限。理论分析与测试结果表明:当频率较低时,发射天线的吸收截面占主导因素,通过减小腔体自身损耗来提升场强已无必要;减小腔体自身损耗有助于腔体空载或低加载时场强的提升;当加载效应占主导时,减小腔体自身损耗不能显著提升场强。

考虑流体加载效应的板结构声辐射损耗因子和辐射效率的计算分析

采用有限元法和Rayleigh积分耦合方法对考虑流体加载效应的板的结构声辐射损耗因子和声辐射效率进行了计算分析,其中结构振动模态的声辐射损耗因子和声辐射效率分别基于模型降阶的结构模态参数识别方法和考虑流体附加质量的实模态进行计算。对板在空气和水中的声辐射损耗因子和辐射效率进行了计算,计算结果表明:板的奇奇振动模态的声辐射损耗因子远大于其他类型模态;板奇奇振动模态在空气中的声辐射损耗因子远小于水中的声辐射损耗因子,约差一个数量级;板在水中的声辐射损耗因子远大于板的结构损耗因子,空气的声辐射损耗因子与结构损耗因子相当;空气中的声辐射效率比水中的声辐射效率约高两个数量级。

潮汐触发地震的统计试验:海洋潮汐加载效应的作用

利用一组分布在全球的988个6级或6级以上地震的数据研究了潮汐触发地震的可能性。我们合成了潮汐应力变化的理论时程,包括在地震震中的固体地球和海洋潮汐加载及在每次地震发生时潮汐应力的相位角。Schwiderski将格林函数用于环绕全球海洋潮汐分布的地表点质点的负荷褶积,得到了海洋引起的负荷应力。该函数被用于对Dziewonski和Anderson的初步地球模型的重新计算。通过相位角分布的统计检验,我们发现了正断层类型地震的有效相位选择性;对于体应力分量(潮汐应力张量的迹)的显著性水平为0.54％,对于沿地震震源机制的张力轴上的应力分量为0.58％,并排除了地震发生是随机的、不考虑相位角的零假设。正断层类型地震的最大数量发生在张应力最大的时间上,意味着由固体潮产生的周压的减少对触发地震发生有作用,对于走滑和逆断层类型地震没观察到这种清晰的相位选择性。地震触发的断层类型相关的结果认为:在断层面上的剪切应力改变也是潮汐触发地震的一个主要原因。

三峡库首区重点断裂围限区蓄水的加卸载效应

通过对蓄水前后三峡库首区构造应力场进行三维数值模拟发现,相对于蓄水前,蓄水至135 m水位时,官渡口断裂-马鹿池断裂-牛口断裂围限区、秭归地理中心和九湾溪断裂带,出现了4个主应力下降区和共轭的主应力增长区,形成了差应力场;175 m水位与135 m水位相比,局部差应力场呈现逆向变化,即形成了加载效应与卸载效应的交替过程。这一过程,可能是水库诱发地震的诱震(或触震)因素。

弹塑性力学中加载路径效应的类比教学设计

弹塑性力学是工程类研究生必选的核心课程,具有高度的抽象性和复杂性。基于经典薄壁圆管拉扭问题,对三种典型应力/应变路径进行深入分析,秉承“多走一步,深入三分”的教学理念,在教材中“不一样”结论的基础上,探讨了加载路径效应中“不一样”的规律性、统一性和普适性,并将发现的规律性与社会心理学中的经典理论进行了类比,提出了塑性强化材料应力路径的“首因效应”和应变路径的“近因效应”。塑性力学理论与社会心理学理论之间的强烈反差对比与完美的和谐统一,成功地激起了学生学习的热情,同时帮助学生建立了有效的知识框架,取得了很好的教学效果。

川滇地区强震序列库仑破裂应力加卸载效应的数值模拟

通过建立较精细的川滇地区三维有限元模型,数值模拟了川滇地区主要活动断裂的强震活动对于其他活动断裂潜在强震孕育进程的库仑破裂应力加卸载效应.模拟结果显示在川滇地区主要活动断裂带的几何学展布形态和运动学性质的构造背景之上,川滇地区强震活动相互影响的主要特征是活动断裂面库仑破裂应力变化大多处于增大状态.其中,金沙江断裂带、小江断裂带、楚雄—建水断裂带、鲜水河断裂带和安宁河断裂带上的强震所产生的加载作用比较强,而丽江—小金河断裂带和腾冲—澜沧断裂带则较弱.1981～2000年川滇地区M≥6.5地震序列的模拟结果显示,后续地震全部位于已发生地震所引起的库仑破裂应力增大区之内.数值模拟结果显示,在川滇地区,一个强震发生之后,发震断层本身强烈卸载的同时,库仑破裂应力的加载效应在其他主要活动断裂带潜在强震孕育进程中占据了主导地位,强震活动之间相互作用的主要效应是应力加载,已发生的强震加速了下一个强震的孕育进程,进而导致一系列地震的发生,直至整个区域所积累的应变能处于较低水平之后,区域地震活动进入一个新的平静期.

硬脆性大理岩单轴抗拉强度特性的加载速率效应研究——试验特征与机制

加载速率效应是岩石材料力学特征的一个重要性质。通过对锦屏II级水电站硬脆性大理岩T2b开展单轴抗拉强度特性的加载速率效应试验,获得以下5点试验规律:(1)在巴西圆盘劈裂试验中,岩样的破坏过程基本可以归纳为应力集中区出现、应力集中区扩展、破坏面形成和岩样破坏4个阶段;(2)岩样的峰值抗拉强度随着加载速率的提高而呈对数增大;(3)应力峰值对应的平均垂直应变随着加载速率的增大而增大,而平均侧向应变随着加载速率的增大而减小;(4)对岩样电镜扫描图进行断口学分析表明,在较低的加载速率(0.000 255 MPa/s)下,岩样的破坏面中张拉破坏区域(即镜面区)所占的比例较大,剪切破坏区域(即锯齿区)所占的比例较小,且锯齿区分布均匀规则,而在较高的加载速率(2.55 MPa/s)下,岩样的断口中镜面区比例较小,锯齿区所占的比例较大,且锯齿区剪切脆断痕迹明显;(5)在0.000 255 MPa/s的加载速率下,岩样一般劈裂成2块,岩石破坏所消耗的能量较小,而在2.55 MPa/s的加载速率下,岩样破碎成多块,岩样破坏所消耗的能量较大。本文通过宏细观两方面的分析,并引入断口形貌学的分析方法,揭示了硬脆性岩石力学特性加载速率效应的试验特征和内在机制,为岩石破坏机制研究提供一条新的途径。

含雁行裂纹砂岩静态加载速率效应实验研究

为研究裂隙岩体的静态加载速率效应,以含预制雁行裂纹砂岩为实验对象,测试了不同加载速率下试样的力学性质、破裂模式、能量耗散及声发射响应特征,综合声发射定位和裂纹扩展演化录像,分析了裂纹扩展演化过程及加载速率效应机制。结果表明:(1)裂隙砂岩受载过程存在着明显的静态加载速率效应。随着加载速率的升高,试样峰值强度、峰值应变、起裂应力、峰值处积累的弹性能和声发射计数峰值均逐渐增大但增幅放缓,弹性模量呈现出先增大后减小趋势,累计声发射总计数则逐渐减小。(2)试样新裂纹的起裂萌生均对应着应力的局部下降、耗散能的突升及声发射的高值响应。(3)加载速率较小时,试样沿一条预制裂纹扩展、滑移而形成剪切型破坏;当加载速率较大时,试样最终破坏模式为裂纹岩桥贯通,并由裂纹外端沿与加载方向平行扩展而成的拉破坏。研究结果为深入认识煤岩动力灾害的力学响应机制及揭示其演化过程提供了有益的参考。

边界作用力变化引起的华北地区应力场分区加卸载效应

根据板块构造理论,结合华北地区应力场演化的历史进程,利用华北地区地壳构造应力场3D有限元模型,数值模拟华北地区动力边界作用力发生改变时,其内部构造应力场所发生的相应变化,定量研究印度板块和太平洋板块作用力变化所引起的应力场和能量场的分区加卸载效应。结果如下:太平洋板块作用力方向逆时针偏转时,导致华北北部地区相当规模的加载效应和华北东南部大面积的卸载效应;太平洋板块作用力方向顺时针偏转时,导致华北北部地区卸载效应以及东南部大面积的加载效应;印度板块作用力方向顺时针偏转时,造成山西中部和唐山-渤海地区的加载效应;印度板块作用力方向逆时针偏转时,导致华北地区东部和南部的加载效应以及中西部的卸载效应。

低含水量粘土的加载速率效应与蠕变变形

通过对低含水量藤森粘土(Fujinomori clay)试样的单向固结试验,研究了低含水量粘土的加载速率效应与蠕变变形。所采用的藤森粘土土样有湿润(含水量小于15%)、风干(含水量小于4.5%)与烘干(含水量小于1%)3种。试验中,应变率逐步改变,同时进行了蠕变及加、卸载试验以及小幅度的循环加载试验。试验结果表明:湿润土样、风干土样与烘干土样都有明显的加载速率效应与蠕变变形;在大范围的卸载-重复加载过程中,蠕变变形会由卸载初期的正变形逐步发展为后期的负变形,在这个发展过程中存在着中性点(即蠕变为零,或者无蠕变的点);藤森粘土的加载速率效应随含水量的降低有所降低,即湿润藤森土样的加载速率效应更明显。

预应力张拉引起的现浇结构支架加卸载效应研究

近年来纵横梁格体系在桥梁工程中得到了广泛应用,但是横梁内曲线预应力的张拉会导致部分支架受力过大。首先分析了预应力荷载下支架加卸载效应的力学原理,提出了支架加卸载系数的概念和计算方法;然后以赵家沟大桥纵横梁格结构为背景,研究了预应力荷载下刚性支架、刚柔混合支架的加卸载效应规律,使得施工支架设计更科学,提高了支架的安全性。

影响面加载程序设计

基于桥梁结构的影响面 ,针对公路活荷载的系列性和流动性 ,用 C语言编写了影响面活荷载加载效应计算程序。此程序的计算模型是 :1由影响面形成三角网 ;2根据荷载等级由规范确定车列 ,在影响面上的每个确定位置求车列的加载效应 ,并求出每个加载子域的最大值 ;3由各子域最大值求一列车或两列车或三列车……的最大加载效应值。算例表明 ,本程序方便灵活。

加载速率变化条件下砂土的黏塑特性及本构模型

分析并研究饱和的、风干的砂土在平面应变压缩试验条件下的弹黏塑性特征,尤其是黏性特性。加载速率效应、蠕变以及应力松弛都是砂土材料本身黏性的反映,而与超孔隙水压力的消散无关。试验不仅实现了应变率逐步变化加载过程,同时也实现了蠕变加载和应力松弛过程。试验结果表明,在加载应变率发生突变时,对砂土应力–应变关系有明显的影响,呈现出刚性很高、近似于弹性的特性,而后随着应变的进一步增加,在明显屈服之后黏性应力逐渐衰减至基本惟一的应力–应变曲线。类似现象同样也发生在蠕变加载或应力松弛后以一恒定应变率突然重新加载的情况。基于非线性三要素模型框架,针对所观察到的砂土黏性特性,提出一种弹黏塑性本构模型。该模型可以描述砂土在任意加载历史下的黏性效应,包括加载应变率发生任意变化时的应力–应变响应、蠕变以及应力松弛。最后,利用该模型对上述砂土平面应变压缩试验结果进行模拟,所提案的三要素弹黏塑性本构模型能够很好地模拟砂土的黏性特性。

基于加卸载响应比的冲击地压矿井急倾斜巨厚煤层推进速度研究

工作面推进速度过快易诱发冲击地压等动力灾害,探讨合理的工作面推进速度已成为冲击地压矿井安全高效开采亟待解决的关键。采用数值模拟、岩石力学试验和现场微震监测等方法,通过研究急倾斜巨厚煤层推进速度影响下工作面前方煤体经历的采动应力路径,分析推进速度采动应力路径下的煤样力学行为特征。完成了采动应力路径下煤样加卸载响应比的变化规律研究与急倾斜巨厚煤层工作面推进速度的合理确定,开展了现场工程实践验证。研究结果表明:急倾斜巨厚煤层工作面推进速度增加使得采动应力峰值增大,同时其采动应力路径的循环加卸载幅度增加,循环次数减小,主要影响区域范围增加,而作用时间减小。不同推进速度应力路径下的煤样强度呈非线性递增趋势,且其递增幅度逐渐增加,煤样破坏程度、声发射累计计数及能量均随应力路径所处推进速度的增加而增大。类比冲击矿压评价指标得到6.4 m/d应力路径下的煤样可视为冲击煤样,同时引入加卸载响应比,提出了基于采动加卸载响应比的冲击地压矿井工作面推进速度合理确定方法,形成了不同推进速度采动应力路径影响的加卸载响应比评价指标,确定了满足+425 m水平工作面的安全高效开采推进速度。现场微震实测结果验证了基于采动加卸载响应比确定工作面推进速度的有效性。

加载速率对煤岩抗拉强度参数影响程度研究

加载速率效应是岩石材料力学特征的一个重要性质。采用室内实验方法,对煤岩进行不同加载速率下抗拉强度的影响程度研究。结果表明,加载速率的变化影响煤岩的抗拉强度及破坏模式,煤岩抗拉强度较低,具有低强度高脆性的特征,且受加载速率影响很大。加载速率较低会造成煤岩破坏过程沿着内部缺陷、天然裂隙破碎,有明显的延性特征。而加载速率较高时,拉伸破坏过程伴随煤粉的产生,呈明显的脆性破坏特征。该结论对分析煤岩受拉破坏条件及煤层气开发工程具有参考意义。

不同加载速率和围压作用下沥青混凝土三轴压缩力学特性数值模拟研究

为研究加载机制下路面沥青混凝土的力学特性,利用颗粒流数值模拟软件PFC3D建立满足实际沥青混凝土粒径级配的数值模型,并对其进行三轴压缩试验,分析不同围压及加载速率下沥青混凝土的力学特性。结果表明:同一围压下,随着加载速率的逐渐增大,试样的峰值应力、峰值应变和弹性模量均呈逐渐递增的趋势,以围压0.5 MPa为例,加载速率由0.5 mm/s增加至2.0 mm/s,三者提升幅度分别为12.35%、8.11%和6.07%;同一加载速率下,试样的峰值应力、峰值应变和弹性模量均随围压的增大而增大,以加载速率0.5 mm/s为例,围压由0.5 MPa增大至2.0 MPa,三者提升幅度分别为44.41%、33.78%和14.98%。数值试验结果显示,沥青混凝土具有明显的加载速率效应和围压效应。

水平多向荷载下桩-土相互作用初探

利用香港科技大学离心机双向振动台,进行了群桩基础模型的水平单向和双向振动试验;振动过程中的桩身弯矩响应表明,群桩基础在单向振动中表现出的对称性在双向振动下不复存在;并进行了桩-土相互作用的颗粒流数值模拟,初步探寻了试验观测到的"垂向加载效应"的产生机制;同时通过简单的推导,指出了当前桩-土相互作用分析方法的局限性。在试验、数值和理论分析方面对水平多向荷载下的桩-土相互作用进行了初步研究,为今后的进一步研究提供了重要参考。

真三轴静载作用下混凝土的动态力学性能研究

研制了一种真三轴静载作用下混凝土、岩石动态实验系统。该系统采用液压伺服控制系统可对试件施加三向独立的100 MPa静载、采用霍普金森杆(SHPB)冲击加载可对试件施加1 GPa以下的冲击动载;同时,立方体试件六个面的动态信号可由六根杆上的应变片记录。由此,研究了C30混凝土材料在不同的真三轴静载条件下的动态压缩性能,得到了三向独立的动态应力应变关系、动态体积应变、动态Drucker-Prager强度参数等。尼龙和花岗岩试件作为对比材料,进行了初步探讨。

钢结构防动载断裂选材的定量判据

分析了目前钢结构防断选材中应用的脆性转变温度方法的局限性,扼要介绍了材料断裂韧度的温度效应和加载速率效应.在钢材断裂特性分析的基础上提出了平面应变型断裂临界温度的概念,构建了断裂特征分析图,从而为钢结构防动载断裂选材提出了一个新的定量的判据,并以船只设计选材为例,阐明了该判据的应用.

考虑载荷大小变化次序的球轴承寿命修正模型

为建立考虑载荷大小变化次序的球轴承疲劳寿命模型,在Miner理论和改进的Lundberg-Palmgren理论的基础上,引入了一种新的疲劳损伤累积理论,并考虑了材料疲劳极限应力对寿命的影响。以深沟球轴承6205为例,采用高速滚动轴承性能预测分析软件中的拟动力学计算模块,分析了等效载荷法和修正寿命模型中载荷类型、载荷均值、载荷振幅、载荷频率、转速等因素对寿命的影响规律。计算结果表明:相比于等效载荷法,修正的寿命模型能更全面地反映上述5种因素对轴承疲劳寿命的影响程度。