考虑压实特性的高心墙堆石坝非线性多孔弹性分析

传统高心墙堆石坝结构与渗流性态研究忽略了坝料物理、力学与渗透等压实特性的空间非均质性,且缺乏考虑渗透系数随外部荷载作用的变化,难以客观真实反映大坝结构与渗流性态.基于Biot固结理论框架,通过坝料改进多输出预测模型获得压实特性空间分布,采用Kozeny-Carman模型考虑渗透系数演化规律,推导考虑坝料压实特性的大坝非线性多孔弹性模型应力场与渗流场控制方程,从而建立耦合压实特性的非线性多孔弹性模型,并进一步基于约束随机场进行大坝结构与渗流性态精细有限元模拟,实现高心墙堆石坝非线性多孔弹性分析.结果表明:相比未考虑压实特性影响、未考虑渗透系数随外部荷载作用变化的模型,该模型对于大坝心墙沉降计算值与监测值之间的R^(2)分别提高0.222和0.288,更利于进行大坝应力安全分析,心墙区渗透系数呈现明显的竖向分布,可以更好地反映大坝实际结构与渗流性态,研究结论可为进一步研究大坝压实质量控制提供理论依据.

多孔弹性路面弹性组分用量确定与降噪效果分析

确定橡胶颗粒和聚氨酯在混合料中的合理掺量,能够保证多孔弹性路面在具备减振降噪功能的同时还具有符合标准的力学性能。首先分析了橡胶颗粒掺量对多孔弹性路面混合料力学性能的影响,提出了橡胶颗粒的最高掺量;其次采用肯塔堡飞散试验和自然裹覆试验确定了最小和最大聚氨酯用量,基于不同聚氨酯用量下多孔弹性路面混合料力学性能的变化规律,确定了最佳聚氨酯用量;最后制备了多孔弹性路面混合料,并对比分析了不同类型混合料的降噪效果。试验结果表明:随着橡胶颗粒掺量的增加(不宜超过20%),多孔弹性路面混合料的马歇尔稳定度呈快速下降趋势,飞散损失呈先下降后上升趋势;随着聚氨酯用量的增加,多孔弹性路面混合料的马歇尔稳定度呈上升趋势,飞散损失呈下降趋势,当橡胶颗粒掺量为20%时,最佳聚氨酯用量为5%;多孔弹性路面比密级配路面降低噪声约7 dB,比大空隙沥青路面降低噪声4 dB以上。

基于多孔弹性材料的柔性夹具设计与实验分析

为了解决现存夹爪对不规则物品的抓取的局限性问题,文章将仿生学理念与柔性机器人相关技术相结合,设计一款以多孔弹性材料为填充的柔性球形手爪,该夹具有较好的柔顺性,可与不规则物品表面实现较好的适应性包裹。利用solidworks进行夹具的整体结构的设计,且基于3D打印技术,进行夹具的制作,并进行抓取实验测试,得出柔性夹具的最大抓取能力,并证明该夹具可以稳定无损的抓取一定质量的不规则物品。

考虑热-水-力耦合效应多孔弹性地基的动力响应

通过对Biot波动方程的修正,得到考虑热-水-力学耦合效应的多孔弹性介质动力响应的控制方程,研究了简谐均布荷载作用下地基土体的热-水-力耦合动力响应问题。利用Fourier变换技术,得到地基中的应力、位移和孔隙水压力积分形式的解答。利用Fourier逆变换得到数值结果,分析了热-水-力学耦合条件下地基土体中温度增量、应力、位移和孔隙水压力响应的分布,并讨论了热源输入的影响,结果表明:应力、位移和孔隙水压力随?T的增大而有一定的减小。

多孔弹性软质聚氨酯泡沫(PEFPUF)塑料的声学性能研究

通过驻波管法对多孔弹性软质聚氨酯泡沫(PEFPUF)塑料的声学性能进行了测试,分析了材料结构、材料厚度、腔深以及湿度对吸声性能的影响。结果表明,PEFPUF塑料为纤细的软"筋络"构成的类似蜂窝多孔的三维网状结构;材料厚度对其声学性能的影响较大;加大腔深,相当于增加厚度,可以较大的提高低频吸声系数;湿度对于声学性能具有一定的影响。

平面P波在弹性介质和非饱和多孔弹性介质分界面上的传播

使用线性粘滞的多孔弹性介质模型,解决在弹性介质和非饱和多孔弹性介质分界面上平面P波的反射与透射问题,这里的非饱和多孔介质中固体骨架被两种相互耦合的流体(液体和气体)所充满.通过势函数的方法得到了振幅反射系数与振幅透射系数.然后推导得到入射波与反射波、透射波之间能量转换情况.研究发现:用振幅比和能量比所表示的反射系数与透射系数是与入射角度、饱和度、入射频率以及上下层介质的弹性常数有关的方程式.数值计算通过图形的形式表达出来,而且入射角度、频率及饱和度对振幅和能量的反射与透射系数的影响分别进行了讨论.证明了在整个波的传播过程中分界处并没有发生能量的耗散.

不可压饱和多孔弹性梁、杆动力响应的数学模型

基于多孔介质理论,首先建立了饱和多孔弹性杆件弯曲与轴向变形时动力响应的数学模型.其次,基于多孔弹性梁弯曲变形的数学模型,利用Laplace变换,分析了两端可渗透的饱和多孔弹性悬臂梁在自由端受阶梯载荷作用下的动静力响应,给出了梁弯曲时挠度、弯矩以及孔隙流体压力等效力偶等物理量随时间的响应曲线.发现不可压多孔弹性梁的拟静态响应亦存在Mandel-Cryer现象,多孔弹性梁的挠度具有与粘弹性梁挠度类似的蠕变特征,然而,其应力响应不同于粘弹性梁,随着时间的增加,梁拟静态响应的弯矩逐渐增加,并达到一个稳态值.这些结果有助于揭示植物根茎等力学行为的机理.

不可压饱和多孔弹性梁的大挠度非线性数学模型

在孔隙流体仅存在沿梁轴线方向扩散的假定下,建立了微观不可压饱和多孔弹性梁大挠度问题的非线性数学模型.利用Galerkin截断法,研究了固定端不可渗透、自由端可渗透的饱和多孔弹性悬臂梁在自由端突加集中载荷作用下的非线性弯曲,得到了梁骨架的挠度、弯矩以及孔隙流体压力等效力偶等的时间响应和沿轴线的分布.比较了大挠度非线性和小挠度线性理论的结果,揭示了两者间的差异.研究发现大挠度理论的结果小于相应的小挠度理论结果,并且,大挠度理论的结果趋于其稳态值的时间小于相应的小挠度理论结果趋于其稳态值的时间.

低频振动作用下人体椎间盘多孔弹性单元的研究

建立了L4/L5段人体腰椎关节的非线性多孔弹性单元有限元模型,并对该模型进行了轴向静力(0Hz)和低频(0.01 Hz、0.1 Hz、0.5 Hz、1 Hz)振动作用各1小时的仿真研究,对比了在不同频率振动作用下人体脊椎组织的多孔弹性单元力学特性。结果表明:在相同振幅和时间内,与低频(0.01Hz、0.1Hz)相比,相对较高频率(0.5 Hz、1 Hz)作用下的椎间盘组织产生的轴向位移较大,髓核和纤维环的孔压应力均呈现逐渐上升的趋势;与此同时,髓核的有效应力逐渐增加,而纤维环的有效应力却逐渐减少;在相对较低频率(0.01Hz、0.1Hz)作用下的各项力学特性指标与静力作用下的相比,差值均在3%以下;加载时间超过600s后,振动频率的增加更容易使椎间盘轴向位移增大;相对较高频率(0.5 Hz、1 Hz)振动作用下髓核和纤维环内的孔压值逐渐升高,而静力压缩和相对较低频率(0.01 Hz、0.1 Hz)振动作用下孔压值却逐渐降低;不断增加的孔压应力使椎间盘内的体液流失速率变大,导致椎间盘退化。

轴向扩散下简支饱和多孔弹性梁的大挠度分析

基于多孔介质理论和弹性梁的大挠度理论,并考虑轴向变形,在孔隙流体仅沿轴向扩散的假设下,建立了微观不可压饱和多孔弹性梁大挠度弯曲变形的一维非线性数学模型.在此基础上,忽略饱和多孔弹性梁的轴向应变,并利用Galerkin截断法,研究了两端可渗透的简支饱和多孔弹性梁在突加横向均布载荷作用下的拟静态弯曲,给出了饱和多孔梁弯曲时挠度、弯矩和轴力以及孔隙流体压力等效力偶等沿轴线的分布曲线.揭示了大挠度非线性和小挠度线性模型的结果差异,指出大挠度非线性模型的结果小于相应小挠度线性模型的结果,并且这种差异随着载荷的增大而增大.计算表明:当无量纲载荷参数q>5时,应该采用大挠度非线性数学模型进行研究.

不可压流体饱和多孔弹性梁的变分原理及有限元方法

基于不可压饱和多孔弹性梁动力弯曲的数学模型,建立了以多孔弹性梁挠度和孔隙流体压力等效力偶为宗量的Gurtin型变分原理,并给出了特殊边界条件下解耦时的仅以挠度为宗量的变分原理.同时,作为动力响应的退化情形,讨论了拟静态情形下的相应变分原理.根据所建立的变分原理,导出了一个有限元离散公式.由于Gurtin型变分原理是关于时间的卷积型的泛函,空间的有限元离散导致一个关于时间的对称微分—积分方程组,此方程组可进一步转化为常微分方程组.利用隐式Euler法,给出了时间区域的计算格式.作为一个数值例子,分析了饱和多孔弹性悬臂梁在自由端简谐载荷作用下的动力响应,分析了流相与固相相互作用对饱和多孔弹性悬臂梁动力响应的影响.

饱和不可压多孔弹性板在面内扩散下的动力弯曲理论

根据多孔介质理论,在Kirchhoff假定和小变形前提下,针对流体的面内扩散情形,建立了饱和不可压多孔弹性板动力弯曲的数学模型.然后,利用Fourier展开法研究分析了阶梯载荷作用下四边简支透水矩形多孔弹性板的拟静定和动力弯曲响应,考察了不同参数下多孔弹性板的挠度、孔隙流体压力等效弯矩和固相有效应力等效弯矩的变化规律和特征.同时,通过基于Biot三维固结理论所建立的动力弯曲模型,比较了可压与不可压情况下其结果的差异.

多孔弹性介质三层夹心板的隔声性能研究

应用Biot关于流体饱和多孔弹性介质的声传播理论,采用传递矩阵的分析方法,就复合多孔弹性材料夹心三层板在不同结构情况下的隔声性能进行了理论研究和实验分析,并与同等条件下双层夹心板的隔声性能进行了比较。数值计算和实验结果均表明,与双层夹心板相比,三层夹心板在中高频段隔声性能有明显优势,但低频段隔声性能有一定程度上的下降。研究还表明不同结构的复合三层夹心板在隔声效果上也各有特色。

非持续载荷下椎间盘的多孔弹性特性

建立了人体L4/L5段腰椎关节椎间盘多孔弹性有限元模型,并在持续压缩和间歇性压缩载荷作用情况下进行仿真分析,并且将其与相同工况下退化的椎间盘模型进行对比.结果表明,同样状态的椎间盘由于间歇时间的存在,盘的变形和有效应力都相对减小,而孔压值增大.退化的椎间盘由于盘的刚度增加,盘高度和初始孔隙率减小等原因,导致其孔压值和有效应力的变化速度都要比健康的椎间盘快.

弹性地基上不可压含液饱和多孔弹性梁的自由振动

基于不可压多孔介质理论,采用Kirchhoff假定,建立孔隙流体沿轴向扩散的情形下弹性地基上含液饱和多孔弹性梁横向弯曲的数学模型.利用Fourier级数展开法研究两端简支且自由透水边界条件下多孔弹性梁的自由振动特性.通过数值算例,考察弹性基床系数和流-固耦合系数对多孔弹性梁自由振动的影响规律.

多孔弹性滤料对饮用水中有机物的去除

考察不同压缩率的多孔弹性滤料和石英砂在一定水力停留时间条件下对有机污染物的去除效果。结果表明,多孔弹性滤料对有机物的去除效果优于石英砂;对有机物的去除率随多孔弹性滤料压缩率和停留时间的增加而提高。多孔弹性滤料只需15min即能对BDOC有良好的降解效能。

包装用泡沫材料的多孔弹性模型

包装用泡沫材料是一种多孔隙的、呈现超弹性本构行为的橡胶类材料。引入了描述硅泡沫的多孔介质模型,针对泡沫材料弹性本构行为以及由于多孔隙的结构特征所导致的可压缩性,并考虑孔隙度对变形性能的影响,提出了解耦为等容部分和体积变形部分的应变能函数的具体形式,从而获得泡沫材料的本构方程。

简支饱和多孔弹性梁的非线性动力响应

基于饱和多孔弹性梁大挠度变形的数学模型,利用Galerkin截断法,本文研究了两端可渗透的简支饱和多孔弹性梁分别在突加横向均布常载荷和简谐载荷作用下的动力响应,得到了梁弯曲时挠度、弯矩以及孔隙流体压力等效力偶等随时间的响应,考察了不同载荷下多孔弹性梁弯曲的响应特征。结果表明:随着载荷的增加,在常载荷作用下多孔弹性梁非线性大挠度响应与线性小挠度的差别愈加明显,而在简谐载荷作用下,多孔弹性梁的动力响应呈现较丰富的性态,相图由最初的单一椭圆曲线不断变形,形状随载荷幅值的增加而逐渐复杂,同时,时程曲线也由简单正弦曲线变为具有多峰值特征的一个周期曲线。

热局部非平衡下饱和多孔弹性柱体的拟静态分析

基于多孔介质理论所建立的不可压饱和多孔介质热-流-固耦合模型,对于一端固定、绝热和不可渗透,另一端受机械和温度载荷联合作用且可自由排水的多孔弹性柱体,利用分离变量法和拉普拉斯变换推导给出了热局部非平衡下多孔弹性柱体拟静态问题的一般解析表达式.最后,针对阶梯机械和温度载荷联合作用的情况,数值研究了不同参数下温度载荷对固相变形和有效应力、流体速度和孔隙压力的影响.结果表明:在流固两相热扩散系数的比值较大和两相间热交换系数比较小的情况下,热局部平衡和非平衡下有关结果之间的差异在初始阶段是非常明显的.

多孔弹性海床上的管土相互作用数值模拟

采用有限元软件ABAQUS对管土系统进行分析,土体的本构模型采用多孔弹性模型。通过改变管道的水下重、环境载荷等参数进行计算,可以得到管道的位移、海床孔隙水压力分布、土体侧向隆起。计算结果表明,管道的水下重、环境载荷、土性参数均对管土系统有影响。