深中大桥东锚碇筑岛围堰基于淤泥强度动态增长的设计方法

深中通道深中大桥为主跨1 666 m的三跨钢箱梁悬索桥,其东锚碇为海中重力式锚碇,采用筑岛围堰方案施工。原筑岛围堰方案采用静态设计方法设计,采用“锁口钢管桩+工字型板桩+钢箱围箍”的组合式筑岛围堰方案。针对原方案存在的材料利用率低、结构设计尺寸偏大、结构之间受力不协调等缺点,在分析淤泥强度增长规律的基础上,提出基于淤泥强度动态增长的筑岛围堰设计方法(动态设计方法)。该方法首先确定不同施工阶段围堰支撑处土体弹簧刚度和平行钢丝索围箍等效弹性支撑刚度,然后利用响应面法建立各施工阶段自变量参数(钢管桩壁厚、钢管桩直径、围箍数量)与控制指标(钢管桩最大应力、桩顶最大位移、围箍最大应力)之间的映射关系;最后利用改进粒子群算法进行围堰结构设计参数优化。采用该动态设计方法进行设计,确定采用锁口钢管桩(直径2 000 mm、壁厚18 mm)+工字型板桩+平行钢丝索(7根,单根为184股?5 mm钢丝)柔性组合式筑岛围堰方案。采用有限元法计算静、动态设计方法下钢管桩最大应力,并与现场实测值比较。结果表明:动态设计方法下,围堰结构受力更合理,各构件应力水平更协调。

基于降雨作用下滑面抗剪强度动态变化的层状边坡稳定性评价

降雨入渗对边坡稳定性具有重要影响。鉴于层状边坡在自然情况中广泛存在,因此,开展在降雨情况下的多层状边坡入渗模型及其稳定性研究具有重要意义。考虑各层土体的渗透性能差异,利用约束函数求得各层土体的有效渗透系数,并基于Green-Ampt模型建立层状边坡入渗模型。结合非饱和土强度经验公式,推导了考虑滑面抗剪强度动态变化的层状边坡稳定性方程。最后,对深圳某边坡在不同降雨强度和降雨历时下的稳定性系数进行了计算并对结果进行了分析。结果表明,当湿润锋未达到滑面处时,边坡稳定性系数与降雨历时和降雨强度呈线性关系。考虑边坡入渗能力,提出了降雨入渗临界时间概念。在任意降雨强度下,当降雨历时小于该时间时,边坡均不会失稳。本研究可以用于指导降雨情况下层状边坡的稳定性评价。

柴油机运动机构综合强度动态分析

以计算多体动力学理论为指导,考虑到机构组件间的耦合因素,在柴油机整机实体建模的基础上建立了运动机构的刚柔混合多体动力学模型以及曲轴振动分析模型;并通过转速波动实验和振动烈度实验验证了模型的正确性。在此基础上分析了组件的动态强度,并利用有限元方法进行对比验证,结果表明了多体动力学方法应用柴油机运动机构强度校核的可靠性与准确性;另外通过曲轴振动分析模型对曲轴进行振动耦合分析。整个分析过程提供了一种柴油机运动机构组件强度校核、结构优化以及故障分析时简单可靠可行的方法。

不同冲击气压下煤样动态剪切强度的长径比效应

采用Φ50mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了不同冲击气压下直径75mm,长径比分别为0.20,0.27,0.33,0.40和0.47的5组煤样的动态剪切试验,划分了煤动态剪应力时程曲线的阶段,探讨了冲击气压对煤样动态剪切强度的影响,分析了煤样动态剪切强度和加载率的长径比效应,并建立了长径比效应理论模型。研究结果表明:①煤样动态剪应力时程曲线可分为应力初始上升、应力线性增长、应力缓慢上升和应力下降4个阶段;②煤样动态剪切强度与冲击气压呈正线性相关,但不同长径比下增加幅度存在差异,具体表现为:相同冲击气压增量下,煤样长径比越小,动态剪切强度的增加幅度越大;③煤样动态剪切强度和加载率均与长径比有关,在0.25,0.35 MPa较低冲击气压与0.45,0.55 MPa较高冲击气压下分别呈现出正、负长径比效应,并通过方差分析确定了长径比对其影响最小的冲击气压为0.376MPa;④建立了不同冲击气压下煤样动态剪切强度长径比效应理论模型,通过加载率效应推导出加载率长径比效应理论模型,并验证了模型的合理性和准确性。

岩石-钢纤维混凝土复合层动态抗压强度计算模型

为了研究冲击荷载下岩石-钢纤维混凝土(R-SFRC)复合层的抗压强度模型,利用分离式霍普金森压杆对花岗岩、混凝土和R-SFRC复合层进行动态冲击压缩试验,并通过回归试验结果得到R-SFRC复合层的对数型、幂函数型和强度-应变率依赖机制型3种强度模型,同时考虑R-SFRC复合层界面相互作用,基于Mohr-Coulomb强度准则建立复合层动态抗压强度计算模型。结果表明,R-SFRC复合层动态抗压强度随应变率及钢纤维掺量增大而增大;3种回归模型拟合复合层动态抗压强度试验结果的相关系数范围为0.918~0.999,其中依赖机制型模型与试验结果的相关性最大;基于Mohr-Coulomb强度准则的3种模型得到的复合层抗压强度计算值相对试验值的误差范围为-9.23%~3.16%,对数型模型的误差最大值较小。R-SFRC复合层动态抗压强度计算模型可为混凝土支护隧道围岩设计提供理论基础。

基于CSSA-BPNN模型的胶结充填体动态抗压强度预测

充填采矿法二步骤回采时胶结充填体稳定性受爆破扰动而降低。为快速准确地获得充填体动态抗压强度,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行了40组不同应变率的单轴冲击实验,以灰砂比、充填体密度、养护龄期和平均应变率作为输入参数,充填体动态抗压强度作为输出参数,建立了一种基于Logistic混沌麻雀搜索算法(CSSA)优化BP神经网络(BPNN)的预测模型,并与传统BPNN和麻雀搜索算法优化的BPNN进行了对比分析。结果表明:CSSA-BPNN模型的平均相对误差为4.11%,预测值与实测值之间拟合的相关系数均在0.96以上,模型预测精度高。CSSA-BPNN模型的均方根误差为0.395 0 MPa,平均绝对误差为0.359 2 MPa,决定系数为0.995 2,均优于另外两种预测模型。实现了对充填体动态抗压强度的准确预测,可大幅减小物理实验量,为矿山胶结充填体的强度设计提供了一种新方法。

饱和含盐冻土冲击能量分析及动态强度理论

本文利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置探究冲击加载下含盐量和应变率对饱和含盐冻土动态强度的影响。试验结果表明,当含盐量介于0%~2%时,土体的动态强度大约随含盐量每增加1%而减小1.5 MPa;随应变率每升高250 s^(-1)而增大2.0 MPa。从能量角度分析,土体冲击过程中的吸收能密度大约随含盐量每增加1%而减小0.1 J/cm^(3);随应变率每升高250 s^(-1)而增大0.2 J/cm^(3)。基于能量平衡和断裂理论,推导了饱和含盐冻土压缩膨胀拉伸破坏模型的动态强度理论计算式,计算结果与试验结果误差不超过10%,且能预测动态强度随含盐量和应变率的变化趋势,表明该理论可以揭示饱和含盐冻土的动态破坏机理,为工程实践提供理论基础和借鉴意义。

高性能碳纳米管纤维:动态强度高达14 GPa

现代工业和国防领域,特别是在承受高速冲击和高应变率环境中,对高性能纤维材料的需求日益增长。碳纳米管(CNTs)因其超高强度和优异的力学性能而被视为构建高性能纤维的理想材料之一。然而,将CNTs加工成纤维时,其机械性能往往难以达到单个CNT的内在强度。针对这一挑战,来自北京石墨烯研究院、武汉大学、中国科学技术大学等多家单位的研究团队制备了一种新型碳纳米管纤维(CNTFs),其动态强度高达14 GPa,为高性能纤维材料的应用开辟了新的可能性,相关成果于2024年6月20日发表在《科学(Science)》杂志上。

挂车支承装置静态与动态强度分析及验证方法研究

旨在探讨挂车支承装置在静态与动态工况下的强度分析及验证方法。挂车支承装置作为连接牵引车与半挂车的重要部件,其性能直接影响到运输过程中的安全性和稳定性。通过对国内外相关标准和技术文献的深入研究,设计了详细的静态与动态强度试验方案,并结合实际案例进行验证。试验结果表明,所设计的验证方法能够准确评估支承装置的承载能力和耐久性,为挂车支承装置的设计、制造和检测提供了科学依据。对于提高挂车运输的安全性、降低运输成本及农机挂车的社会效益具有重要意义。

钢纤维混凝土的高温动态强度特性

本文采用自主研制的高温SHPB试验系统,对高温条件下钢纤维混凝土(SFRC)的动态压缩强度进行了试验研究。结果表明:高温下SFRC的动态抗压强度同时存在加载速率强化效应和温度强弱化效应。加载速率越大,SFRC的动态抗压强度越高;200℃以前,以温度强化效应为主,200℃以后则以温度弱化效应为主,400℃后低于常温下的动态抗压强度,600℃后低于常温下的静压强度,到800℃时强度已变得很小。钢纤维的加入可以显著提高混凝土在不同温度和加载速率下的动态抗压强度,且纤维掺量越大,相应增加幅度越高;当纤维体积掺量为1.0%时,SFRC的动态抗压强度增长因子高于素混凝土。

边坡渐进破坏的动态强度折减法研究

边破的变形破坏是量变积累到质变的渐进发生过程,由坡体内部潜在滑动面的逐渐破损并扩展至整体滑面。基于强度折减法思想,提出模拟边坡渐进破坏的动态强度折减法。该方法利用屈服接近度指标YAI确定边坡的破损区域,将YAI<0.2的区域定为破损区,通过不断动态折减局部破损坡体的强度参数,使边坡潜在滑动面渐进演化至贯通,边坡达到极限平衡状态。算例计算表明,该方法可有效解决强度折减法中折减范围的问题,克服整体强度折减法破损区过大的缺陷,获得的位移变化趋势与破损区演化过程也具有良好的一致性。动态强度折减法真实再现了边坡渐进失稳过程,为强度折减法更有效地应用于边坡稳定性定量评价提供有效途径。

饱水砂岩动态强度的SHPB试验研究

采用改进的φ75mm杆径SHPB试验装置,对长径比为0.5的开阳磷矿砂岩进行自然风干和饱水状态下的冲击压缩试验,对比INSTRON材料试验机的静载试验结果表明:冲击载荷作用下饱水砂岩的应力–应变关系不同于其静态应力–应变关系,中应变率加载条件下饱水砂岩动态强度与风干砂岩的动态强度相近,这与静载条件下饱水砂岩强度降低的结果相反;风干砂岩动态屈服应力与其静态相近,饱水砂岩动态屈服应力比其静态下的结果提高近2倍,表现出比自然风干砂岩更强的应变率敏感性;水对砂岩动态破坏效果有影响,自然风干砂岩比饱水砂岩受冲击破坏更为严重;冲击载荷作用下,饱水砂岩动态强度应考虑其自由水黏度及Stefan效应的影响。

岩石动态强度及其应变率灵敏性的尺寸效应研究

采用波长与岩石试件长度成比例的半正弦应力波加载方式,对长径比为0.5、直径分别为22,36,75 mm的花岗岩、砂岩和石灰岩试件进行不同应变率条件下的SHPB试验。试验结果表明:岩石动态强度随着应变率的增高近似以乘幂关系增大,呈现较强的率依赖性;试件尺寸越大,岩石动态强度对应变率依赖的灵敏性越显著,所测得的岩石动态强度离散性越小;在相同的应变率加载条件下,岩石动态强度随试件尺寸的增大而增加,与静载条件下岩石强度的尺寸效应相反;岩石动态强度的尺寸效应随着应变率的降低而减弱,并由此推断存在一个临界应变率对应着岩石尺寸效应的消失。低于临界应变率时,静载的尺寸效应占主导地位;高于临界应变率时,动态的尺寸效应占主导地位。

MRI动态对比增强时间-信号强度曲线与弥散加权成像表观弥散系数检查对乳腺良恶性病变的鉴别诊断价值

目的 探讨MRI动态对比增强时间-信号强度曲线(DCE-TIC)与弥散加权成像表观弥散系数(DWIADC)检查对乳腺良恶性病变的鉴别诊断价值。方法 106例乳腺占位性病变患者均行DCE-TIC、DWI-ADC检查,根据检查结果分为乳腺良性病变和乳腺癌患者,比较乳腺良性病变和乳腺癌患者的ADC值、rADC、TIC分型。以病理检查结果为金标准,分析DCE-TIC、DWI-ADC单独及联合检查对乳腺癌的诊断价值。结果 病理检查结果显示,106例乳腺占位性病变患者中,乳腺癌87例,乳腺良性病变19例。乳腺良性病变患者ADC值、rADC均明显高于乳腺癌患者,差异均有统计学意义(P﹤0.01)。乳腺良性病变TIC分型Ⅰ型患者比例明显高于乳腺癌,TIC分型Ⅲ型患者比例明显低于乳腺癌,差异均有统计学意义(P﹤0.01)。乳腺良性病变与乳腺癌TIC分型Ⅱ型患者比例比较,差异无统计学意义(P﹥0.05)。DCE-TIC、DWI-ADC联合检查诊断乳腺癌的灵敏度、特异度、准确度、阳性预测值、阴性预测值均高于二者单独检查。结论 DCE-TIC、DWI-ADC联合检查诊断乳腺癌的灵敏度、特异度、准确度、阳性预测值、阴性预测值均高于二者单独检查,诊断效能良好。

混凝土材料真实动态强度及率效应机理研究

混凝土的动态承载力包括真实动态强度和惯性承载力两部分,并且真实动态强度存在极限动态强度。以往的研究并没有区分真实动态强度和惯性承载力,过高地估计了混凝土的真实动态强度。该文研究了混凝土材料应变率相关强度的物理机制,将混凝土的宏观承载力分为真实动态强度和惯性效应引起的附加承载力,分别揭示了真实动态强度与惯性效应的物理机制。物理机制表明混凝土的真实动态强度不是无限增加的,而是存在一个极限值,这与混凝土材料非线性单轴动态S准则的规律相同。因此,利用S准则来描述混凝土的真实动态强度。通过与动态单轴压缩试验结果和动态单轴拉伸试验结果比较表明,S准则能够合理地描述混凝土材料的真实动态强度规律,并且能够很好地反映混凝土材料的极限动态强度。

饱水细砂岩动态抗拉与抗压强度试验对比研究

使用霍普金森压杆(SHPB)装置对天然状态和饱水状态下的细砂岩进行单轴动态压缩试验和动态劈裂试验,研究水和加载速率对细砂岩动态抗拉、抗压强度的影响及其差异性,并且结合数字图像相关(DIC)技术,分析细砂岩动态抗拉、抗压时的破坏机制。试验结果表明:两种状态下的细砂岩动态抗拉、抗压强度有明显的率效应,随着加载速率的增大而增大,且相同加载速率下,细砂岩在饱水状态下比天然状态下的动态抗压强度小,而抗拉强度比天然状态下的大;水的存在对细砂岩动态抗压强度和抗拉强度的应变率效应影响不大,但水能提高细砂岩动态抗压和抗拉强度增强因子,并且对细砂岩动态抗拉强度增强因子的提高更显著;在动态受压过程中饱水状态岩样表面的应变集中处较天然状态下明显更少,应变梯度更显著,在动态受拉过程中拉剪效果被削弱。

基于基本杆组法的曲柄滑块机构动态强度可靠性分析

为了进行曲柄滑块机构动态强度可靠性分析,在以构件截面尺寸、材料强度、密度、重力加速度等为随机变量,以基本杆组为单位进行运动分析、动力分析的基础上建立了曲柄滑块机构动态强度可靠性分析方法。用蒙特卡罗法和一次二阶矩法进行了实例仿真分析,得到了各构件动态强度可靠性指标曲线和曲柄滑块动态强度可靠度曲线。结果表明,该方法计算速度快、计算精度高。

无烟煤单轴冲击动态强度理论

根据无烟煤破坏以拉应力破坏、张应变破坏和卸载破坏等组合形式为主、压剪破坏出现的几率很小的特征,提出了无烟煤的压缩膨胀拉伸破坏模型,并在能量平衡原理和断裂理论的基础上,推导了该模型的动态强度理论计算关系式,确定了动力学参数之间的定量关系。利用导出的强度公式,对无烟煤的抗压强度进行了计算,计算结果与已有的实验结果较好吻合。这表明,该公式能够用来预测无烟煤在单轴冲击载荷作用下的极值强度,揭示无烟煤这种多孔隙介质在冲击载荷作用下的破坏机理。

不同应变率下砂岩动态强度准则的试验研究

分别利用RMT-150C和多功能分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统对砂岩进行了不同应变率下的单轴压缩、三轴压缩和拉伸试验。结果表明，在围压为0或围压-定的情况下，应变率低于10^2s^-1。时，抗压强度的增加与应变率的量级呈正比；在应变率高于10^2s^-1时，岩石的抗压强度增加趋势与应变率的l／3次方呈正比。拉伸强度也存在类似规律。针对10^1～10^2s^-1应变率范围内缺少岩石动态强度准则这-现状，根据上述试验规律，结合Mhr-Coulomb准则、Hock-Brown准则和Gfiffith准则的原理，给出了不同应变率范围内动态Mohr-coulomb准则和动态Hock-Brown准则的具体表达形式。研究结果表明，在低应变率情况下，动态Mohr-Coulomb准则和动态Hock-Brown准则均适用，但Griffith准则判别结果误差很大。在高应变率情况下，动态Mohr-coulomb准则比较适用，Griffith准则仅适用于评估高应变率单轴抗压强度和抗拉强度之间的关系。

聊聊动态强度和损伤演化

材料强度在传统上常理解为材料在外载荷下抵抗流动/变形和破断的能力。由流变阶段到貌似突发的破断,其实源于一个隐含的应变率/时间相关的损伤演化过程。动态损伤演化研究的难点在于损伤与流变总是耦合在一起发展的。研究发现,热激活损伤演化模型可成功描述材料宏观损伤的动态演化。在此基础上,从实测的含损伤演化的表观应力应变曲线,可将两者解耦分开,并可确定各自相关的材料参数。这一思路可推广到中医脉诊的客观化研究,通过脉搏波信息定量反演脉搏波系统的正常及病态本构关系,可诊断生命体偏离正常状态的程度(病情),这可视为一种广义的损伤演化和强度问题。上述思路还可推广到地震预报研究,即"对地球把脉"。与加卸载响应比理论相结合,通过相邻3处的地震波信息来反演地球相关板块含损伤演化的非线性载荷-响应曲线,再区分出损伤演化程度,将有利于改进地震预报,这可视为另一种广义的损伤演化和强度问题。