考虑动应力-动应变关系及剪切波速相似的模型软岩配制方法

根据振动台模型试验的相似设计原理,结合某地下工程底部软岩性质,利用重晶石粉、黏土、石膏等材料,研制了一种可以有效模拟原型软岩动力特性的相似材料。开展正交试验,通过对数据进行极差和方差分析,得到重晶石粉、黏土、石膏等原材料含量对相似材料密度、初始剪切模量及参考应变的影响规律,并基于正交试验结果,进行软岩相似材料的最终配比试验。结果表明:相似材料中重晶石粉对相似材料的密度起主要控制作用,参考应变值随石膏含量的增加而增大,随黏土含量的增加而减小,相似材料的初始剪切模量随黏土含量的增加而减小,随重晶石粉和石膏含量的增加而增大。配制的软岩相似材料可以很好地模拟原型软岩动应力动应变关系和剪切波速特性。

钻孔应变观测原位标定方法研究进展

钻孔应变观测的原位标定是制约钻孔应变定量观测理论与技术发展的基础性问题。为推进钻孔应变观测在地球动力学研究中的应用,从标定模型、参考应变信号等方面系统总结钻孔应变观测原位标定方法研究的最新进展,指出钻孔应变观测原位标定中存在的主要问题,并展望今后的发展方向。

考虑多因素耦合效应的冻结兰州黄土动力学参数研究

为了探究多因素耦合效应对冻结兰州黄土动力参数的影响,以分布在我国西部季节冻土区的兰州黄土为研究对象,通过动三轴试验研究了不同围压(0.1、0.2、0.3 MPa)、温度(−1、−3、−5℃)、含水率(14%、16%、18%)及加载频率(1、2、4 Hz)影响下冻结兰州黄土的动力参数变化特征。基于试验结果,分析了冻结兰州黄土最大动弹性模量、等效黏滞阻尼系数、参考应变幅值在温度、围压、含水率、加载频率等多因素耦合影响下的变化规律。结果表明,温度、含水率、加载频率和围压等耦合因素对冻结兰州黄土动弹性模量、参考应变幅值和等效黏滞阻尼系数的影响程度有差异。可以发现,冻结兰州黄土动弹性模量和参考应变幅值随温度变化的影响最显著,等效黏滞阻尼系数随加载频率变化表现最敏感。基于试验数据,对影响冻结兰州黄土的4种因素进行归一化和无量纲化处理,采用多元回归分析方法提出了冻结兰州黄土动力学参数的预测公式,有助于快速预测冻结兰州黄土在多因素耦合效应影响下的动力学参数变化特征。

考虑动本构关系相似的模型土设计及相似判定体系研究

模型土的设计是土与结构相互作用(SSI)振动台试验的重要组成部分。对当前振动台试验模型土的设计方法进行简要介绍,分析当前设计方法的不足。基于土体动应力-动应变关系的骨干曲线方程推导出控制原型土与模型土动力特性相似关系的指标,提出利用土体的剪切模量比maxG/G随剪应变?的变化关系曲线和参考应变r?的相似比作为模型土设计的控制因素。开展模型土的动三轴试验,得到了模型土maxG/G-?关系曲线和r?值,对模型土与原型土maxG/G-?关系和r?值相似性进行了比较,并建议将曲线相关系数、曲线不均匀系数和曲线的曲率系数作为原型土和模型土maxG/G-?曲线相似度高低的评价指标。研究结论对于振动台试验中模型土的设计具有指导意义。

具有体积约束的连续体结构拓扑优化仿生方法

基于Wolff法则的连续体拓扑优化仿生方法是将待优化的结构被看作是一块遵从Wolff法则生长的骨骼,把寻找结构最优拓扑的过程比拟为骨骼的生长过程.为了解决具有非应变约束的连续体拓扑优化问题,引入浮动参考应变区间.该文以具有体积约束的最小柔顺性连续体为例,分析了浮动参考应变区间法的可行性,即在生长过程中,设计域内各点处的材料更新由当前参考应变区间确定,而参考应变区间的更新由当前结构体积率与约束体积率确定.数值结果表明该方法可行.

具有不同拉压性能材料的连续体结构拓扑优化

采用浮动的拉伸与压缩生长参考区间法讨论材料的拉伸与压缩性能差别对最优拓扑的影响.材料的拉伸与压缩性能差别包含两个方面,其一,基础材料的拉伸杨氏模量与压缩杨氏模量存在差异;其二,基础材料在拉伸变形与在压缩变形下生长的参考应变区间不同.两者对结构最优拓扑的影响具有等效性.数值算例证明了这一等效性.数值算例进一步表明,对于一个给定的设计域,基础材料的拉伸与压缩性能差异对结构最优拓扑影响很大.因此,考虑结构及材料具有不同拉压性能时的拓扑优化工作具有明显的工程意义.

基于HJC模型的UHPC冲击压缩性能数值研究

为准确模拟UHPC在分离式霍普金森压杆(SHPB)作用下的动态力学行为,应用大型有限元程序LS-DYNA,结合UHPC的材料特性,校准了HJC模型中关键参数的取值,建立了基于SHPB试验的UHPC冲击压缩分析模型。在试验验证的基础上,优化了HJC模型中强度参数取值,探讨了强度参数A与参考应变率■之间的相关性,并建立了两者之间的表达式。结果表明:应用校准后的HJC模型计算得到的UHPC试件计算波形与实测波形基本吻合,计算波形能较好地反映反射波整形后上升阶段出现的近似水平加载平台;强度参数A的取值对UHPC动态损伤行为模拟影响较大,当参考应变率■一定时,计算波形和实测波形的吻合程度随强度参数A的增大表现出先提高后下降的趋势;强度参数A的合理取值随着参考应变率■的增大线性递增,基于回归分析建立的强度参数A与参考应变率■之间的表达式能较好地拟合数值分析结果并与试验大致吻合,可为UHPC材料应用HJC模型开展冲击压缩性能模拟提供参考。

具有多约束连续体结构仿生拓扑优化方法

通过浮动参考区间法分析具有多约束连续体结构拓扑优化问题。浮动区间法是指将结构的拓扑优化过程看作是骨骼重建过程,通过引入参考应变区间,将结构中所有各点处主应变绝对值落入参考应变区间作为重建平衡状态,当结构处于重建平衡状态时获得结构的最优材料分布。为了使得优化结果满足给定的性态约束,参考应变区间在优化迭代过程中须不断变化。讨论了几种常见性态约束对结构性能的要求。给出了结构具有多约束时优化问题的算法。数值算例表明该方法可行。

围压对土动剪模量和阻尼比影响的简化计算方法

围压对土的初始动剪模量、阻尼比、动剪模量比和阻尼比随剪应变的变化关系(G/Gmax-γ和h-γ)等性质产生明显的影响。通过总结分析已有研究和经验模型,确认围压对初始动剪模量和阻尼比的影响。以M.B.Darendeli的研究为基础,得出了由常规围压状态下土动剪模量和阻尼比与剪应变的关系曲线来分析任意围压状态下其关系曲线的简化计算方法,在不考虑围压引起G/Gmax-γ和h-γ曲线形状变化的条件下,直接由剪应变值计算动剪模量和阻尼比。通过试验结果的统计回归分析,提出了砂土和黏性土的主要参数建议值。与已有经验模型和试验结果的分析对比表明,所获得的围压状态下的土性质曲线具有足够的工程精度。将该方法与等效线性化方法结合可方便地进行考虑围压影响的一维场地地震反应分析。上海地区典型深厚场地的地震反应分析表明,由基岩反应谱计算地表反应谱时,在大震作用下宜考虑围压对土性质的影响。

心墙土料的动力参考剪应变

参考剪应变是土体动模量衰减曲线的归一化参数,它的确定关系到试验成果有效整理与土工建筑物地震动力分析的可靠性。传统采用定义求解参考剪应变的方法因为涉及动强度而不够简便。论文提出了另外两种求取参考剪应变的方法,即最大动剪模量折半的方法一和联立求解方程组的方法三,均不涉及动强度问题。其中方法一还具有概念清楚、求解简便等特点。三种方法计算得到的参考剪应变均能较好地归一动剪模量比衰减曲线,但阻尼比曲线的归一效果稍差。

基于应变的管道环焊缝失效评估图评价方法改进

当管道名义应力超过材料屈服强度时,基于应变的失效评估图是评价管道内裂纹缺陷的重要手段,焊缝强度匹配是影响管道环焊缝断裂行为的重要参数,而传统的基于应变失效评估图方法未考虑焊缝强度匹配的影响。基于此,采用数值模拟方法建立了管道环焊缝外表面局部环向裂纹驱动力有限元模型,并基于BS 7910-2019《金属结构裂纹验收评定方法指南》的参考应变计算方法,探索了裂纹深度、裂纹长度、焊缝强度匹配系数、管材屈服强度对基于应变失效评估图评价管道环焊缝裂纹缺陷精度的影响,提出了将焊缝强度匹配纳入基于应变的失效评估图的改进方法与计算模型。改进后的基于应变失效评估图方法大大提高了其适用范围与评价精度,可为工程中开展管道环焊缝的适用性评估提供参考。(图14,表1,参24)

土体剪切模量和阻尼比的试验对比研究

在不同固结压力下分别对原状粘性土样、扰动粉土样和砂样进行了共振柱和动单剪试验,用修正的Hardin-Drnevich模型对共振柱试验结果进行拟合,得出剪应变大于10-4时的剪切模量和阻尼,用此结果与振动单剪仪结果对比发现拟合较好。

江苏大丰海域海洋黏性土动力特性试验研究

江苏大丰海域的抗震基本设防烈度为Ⅷ度,该海域海上风机基础抗震设计需要海洋土动剪切模量和动阻尼等关键动力特性。通过共振柱试验研究了江苏大丰附近海域原状海洋黏性土在剪应变幅值10-6~10-3范围内的动力特性,即动剪切模量G与阻尼比λ的随剪应变的变化规律。试验结果表明:(1)最大动剪切模量G0随围压(埋深)的增加而增大,并建立了海洋黏性土G0随围压和孔隙比变化的经验关系;(2)海洋黏性土在小应变范围具有较强的非线性和滞回性,随着埋深的增加,海洋黏性土的小应变非线性和阻尼比均减小;(3)建立了海洋黏性土G/G0-γ和λ-γ曲线,并建立了海洋黏性土非线性参考应变γ随有效围压变化的经验关系。研究成果可为江苏附近海域海洋工程地基基础的抗震动力分析提供关键的海洋土动力特性参数。

大变形海底管道工程临界评估研究进展

大变形海底管道作为长距离深海油气运输的主要载体,其性能非常重要。Reel-lay卷管铺设方法是在传统的S型和J型铺管技术发展而来的可以陆上焊接的铺管技术,在卷管和铺设过程中管道会受到超过屈服强度的较大塑性变形,超出了常规意义上金属材料的力学应用范围,因此需要对管道的安全性进行工程临界评估(ECA)。含缺陷金属材料在塑性阶段的力学评估研究对于大变形海底管道的应用至关重要。工程临界评估常用方法包括EPRI法、参考应力法和参考应变法。介绍EPRI法,包括弯曲条件下管道环向裂纹的J积分解和高、低匹配V型坡口焊缝的极限载荷解,以及通过滑移线理论对冶金复合管V型坡口焊缝的等效转化方法。介绍参考应力法,包括管道极限载荷解的优化以及其在管道双轴应力条件下的修正。介绍修正的参考应变法,使之能够应用于大尺寸裂纹评估。最后将各种方法的优缺点和适用范围予以总结,并提出目前工程临界评估尚未解决的问题。