混凝土材料宏观力学特性分析的细观单元等效化模型

提出了一种混凝土材料宏观力学特性分析的新方法—细观单元等效化模型。该方法从描述混凝土材料的细观尺度入手,采用Monte Carlo法生成由骨料颗粒及砂浆基质组成的混凝土试件的随机骨料模型;然后,依据混凝土材料特征单元尺度来剖分有限元网格并投影到建立的随机骨料模型上,各细观单元的有效力学特性则采用复合材料等效化方法来确定。本文方法体现了材料非线性宏观力学特性源于其内在的不均匀性这一认识,而对不均匀性的描述则是以网格剖分是否影响其宏观力学特性为准则。因此,本文方法较其他细观力学方法最大的优点在于极大地减小了体系自由度数目(特别是对于三维问题),从而提高了计算效率。算例分析初步验证了本文方法的高效性。

用细观单元等效化方法模拟混凝土细观破坏

从非连续介质力学角度出发,提出了1种能准确模拟混凝土断裂破坏过程的细观单元等效化方法,推导混凝土细观单元的等效力学行为并数值验证了其合理性。基于细观单元等效化模型,采用扩展有限元法对单轴拉伸条件下湿筛混凝土试件的裂纹扩展过程及宏观力学性能进行数值模拟,并与细观随机骨料模型结果进行对比。结果表明:与随机骨料模型相比,细观单元等效化模型大大减小了体系自由度,在较低计算量的情况下可以获得与之较吻合的裂纹扩展路径及宏观力学性能,充分展现了该力学模型的准确性和高效性。

强非线性杜芬系统随机振动的等效化研究

以相对穿阈率为评估指标,探讨了强非线性杜芬系统稳态随机振动的等效化问题。结果表明,在不同位移阈值条件下,随着系统振动非线性的增强,立方恢复力等效模型预测精度逐步提高。该等效模型对强非线性杜芬系统具有良好的适用性。

硬弹簧滑移系统稳态随机响应的等效化预测及适用性分析

以高斯白噪声作用下的刚性滑动摩擦体系为例,利用相对刚度硬化系数指标同时定义了系统位移响应的峰值与差值累计量指标。基于蒙特卡洛模拟结果,对比分析了硬弹簧滑移系统对高斯白噪声作用稳态响应的几种等效化预测方法的精度。分析表明:对于取定的相对刚度硬化系数η,当其值较小时,阻尼等效线性化法的峰值差和差值累计量一般较其它两种等效化法的相应值大;当η值增大时,等效非线性系统法的峰值差和差值累计量最大,而完全等效线性化法的峰值差和差值累计量最小。与数字模拟的失效概率相比,等效非线性系统法将低估不同阈值下滑移系统的滑移失效概率,完全等效线性化法在预测阻尼弱非线性系统及噪声强度较高的滑移系统的滑移失效概率时,与数字模拟的结果吻合较好。

氢能无人机等效消耗最小化策略设计

【目的】为了提高氢能混合动力固定翼无人机飞行过程中能源系统功率变化的稳定性以及燃料经济性。【方法】在传统等效消耗最小化策略理论的基础上引入一种考虑蓄电池组功率变化幅度对能量消耗影响的变等效因子。将此因子与原有等效因子加权相加,形成复合等效因子。建立了适用于复杂飞行工况的无人机混合动力仿真平台,研究了复合等效因子对等效消耗最小化策略控制效果的影响。【结果】结果表明,使用复合等效因子的等效消耗最小化策略可以有效降低能源系统的功率波动幅度,巡航飞行时氢燃料电池的功率波动幅度比传统等效消耗最小化策略降低了94.7%,飞行过程中蓄电池组SOC累计变化量降低了46%;在3.5 h的飞行任务中可节省193标准升氢气,提高了燃料的经济性。当蓄电池组SOC接近平衡值时,可以大幅减缓充电功率的变化率。改进后的等效消耗最小化策略有利于延长能源系统的使用寿命,提高燃料电池和蓄电池组的安全性。

混合动力重卡自适应等效燃油消耗最小化能量管理策略

为解决等效燃油消耗最小化策略的关键参数在不同工况下的动态调整,提出一种适用于混合动力重型汽车的自适应等效燃油消耗最小化策略(adaptive equivalent consumption minimization strategy,A-ECMS)。该策略以层次聚类算法得到的6种典型行驶工况为例,提出了一种基于神经网络工况识别算法。应用改进的混沌粒子群优化(chaosparticle swarm optimization,CPSO)算法优化特定驾驶循环下等效燃油消耗最小化策略(equivalent consumption minimization strategy,ECMS)的3个关键参数:等效因子、惩罚函数的比例因子和发动机起动车速阈值。提出了一种基于工况识别的新型自适应能量管理策略对关键参数进行优化,根据该重型卡车的传动系统构型,建立了车辆的纵向动力学模型,并通过仿真进行了验证。仿真结果表明复合工况驱动循环下的CPSO-ECMS和A-ECMS控制策略与传统等效燃油消耗策略相比,油耗分别降低了5.9%和8.9%。

水泥固化海相软土劣化深度快速预测方法

劣化深度是评价固化土劣化程度较为简明的指标。基于常规腐蚀试验结果的幂函数形式固化土劣化深度预测方法具有实用性,腐蚀试验中腐蚀时间取值越长、劣化深度越深,预测结果越准确。固化土劣化是漫长的过程,利用高浓度腐蚀介质的加速腐蚀试验可缩短试验周期,实现劣化深度的快速预测。水泥固化海相软土的腐蚀试验结果表明,3倍浓度海水制备的腐蚀土腐蚀水泥土28 d的加速腐蚀试验与常规腐蚀试验腐蚀360 d的劣化深度存在线性关系,基于两者的等效关系并结合幂函数形式劣化深度预测式,提出水泥固化海相软土劣化深度快速预测方法,预测的劣化深度发展趋势与实测结果较为吻合。基于加速腐蚀试验结果的幂函数形式固化土劣化深度快速预测方法可行且具有实用性,研究思路对于类似劣化问题的研究具有一定的借鉴意义。

基于细观单元等效化方法的混凝土动态破坏行为分析

混凝土材料具有明显的应变率效应,对其力学性质增强机理的认识还不统一。在细观随机骨料模型基础上,采用特征单元尺度划分试件网格,推导了考虑材料拉/压强度应变率效应的细观单元等效本构关系,建立了非均质混凝土材料的细观单元等效化数值模型。基于二维模型对Dilger等混凝土动态压缩试验进行了数值模拟,获得的数值结果与试验数据及随机骨料模型结果吻合良好,证明了细观单元等效化方法的准确性;进而对三维混凝土试件动态单轴拉伸和压缩破坏模式及宏观力学性质的加载速率效应进行了研究。数值结果表明:随着加载速率的增加,混凝土裂纹(损伤)数量增大,混凝土破坏将耗散更多的能量,是混凝土动态强度提高的主要原因。

类矩形装配式地铁车站纵向等效抗弯刚度研究

类矩形装配式地铁车站纵向等效抗弯刚度是衡量其力学行为的重要参数,对于构件结构设计、抗弯承载能力验算具有重要作用。为了分析地铁车站纵向抗弯性能及其影响因素,根据等效连续梁的转角计算公式,得出了纵向等效抗弯刚度(EI)eq及纵向等效抗弯刚度有效率η的隐式表达式。通过截面参数分析,探讨了构件长度对中性轴距离c值、等效抗弯刚度有效率η值、截面最大应力的影响;研究了上下圆弧块厚度、曲率半径、圆心角及半短轴长b值对装配式构件截面上的最大应力的影响规律;为了反映装配式车站环缝实际作用范围,引入了环缝影响系数λ,拓展了类矩形装配式衬砌纵向等效连续化模型。研究结果表明:不同构件长度下截面应力分布状态及η值保持不变,且弯矩方向对其影响较小。在弯矩不变的前提下截面最大应力受半短轴长b值影响较大。当顶板块厚度t1处于0.6~2 m范围时,截面最大拉应力随半短轴长b增加而降低6.8%~9.3%;当底板块厚度t3处于0.6~2 m范围时,随着半短轴长b增加,截面最大压应力降低62.5%~63.6%。随着λ由0增加到1,纵向等效抗弯刚度有效率η由1降低到0.05%且变化趋势逐渐降低,与纵向等效连续化模型计算结论一致。本文研究结论对于装配式地铁车站预制构件结构设计及抗弯承载能力验算可提供有效参考。

广义的盾构隧道纵向等效连续化模型研究

在传统纵向等效连续化模型基础上,考虑横向刚度的影响及纵向环缝影响范围,提出广义的盾构隧道纵向等效连续化模型。以耀华支路磁浮盾构隧道为工程背景,分析得到隧道纵向刚度有效率随横向刚度和环缝影响范围的变化规律。结果表明,随横向刚度减小,截面受压区面积增大,隧道纵向等效刚度有效率减小;随环缝影响范围的增大,纵向等效刚度有效率减小。传统纵向等效连续化模型和修正的纵向等效连续化模型可以看作是该模型的特例。研究结果对盾构隧道纵向稳定性分析具有一定参考价值。

基于修正纵向等效连续化模型的隧道变形受力研究

及时掌握隧道结构变形受力情况对于保证地铁运营安全意义重大。通过增加考虑横向刚度、环缝作用范围和螺栓预应力的影响,建立了新型的盾构隧道修正纵向等效连续化模型,据此提出了弹、塑性状态下隧道纵向等效抗弯刚度、极限弯矩以及最大环缝张开量的计算方程;以上海地铁二号线为工程背景,分析了横向刚度和环缝作用范围对隧道等效抗弯刚度的影响规律;之后建立了5类隧道结构临界状态下隧道纵向曲率半径、接缝张开值、管片应力、螺栓拉力的求解公式,并求得了对应的界限指标,所得指标值可作为隧道健康状态诊断的依据。

泥质夹层的三维预测与地质模型的等效粗化表征——以加拿大麦凯河油砂储集层为例

根据加拿大麦凯河油砂储集层岩心观察统计泥质夹层终止频率,采用排队理论模型预测泥质夹层延伸范围,进而建立了岩心泥质夹层厚度与延伸长度的定量关系;提出了基于泥质夹层影响下流体迂曲路径计算的地质模型等效粗化方法。采用地质连通体追踪算法,实现每个粗化网格体内单一夹层的追踪识别,确定粗化网格内夹层平均长度、宽度以及占比;计算粗化网格内在泥质夹层影响下的流体流动平均路径长度等参数;以达西定律为基础,推导出粗化网格内平均渗透率计算公式,实现等效粗化网格渗透率的计算。麦凯河油砂实际地质模型的粗化结果及开发指标对比证实泥质夹层迂曲路径计算等效粗化方法可以很好体现泥质夹层的遮挡属性,更能代表实际地质条件对开发效果的影响。

基于椭圆形式的隧道纵向等效连续化模型分析

针对当前理论推导下隧道纵向刚度有效率(0.14~0.23)比上海盾构隧道实际工程的应用值(约0.7)偏小的情况,文章改进传统纵向等效连续化模型,在隧道等效连续化模型的基础上,基于椭圆的参数方程,同时考虑横向刚度、环缝作用范围的影响,并且引入土层约束系数和管片拼装方式影响系数,建立新型的盾构隧道纵向等效连续化模型,修正了等效弯曲刚度的计算公式。文章以上海某隧道工程为背景,分析了横向刚度和环缝作用范围系数对隧道等效抗弯刚度的影响规律。假设隧道发生"椭圆变形",其计算结果表明,隧道纵向等效刚度有效率与其他模型结论相比增加了26%~50%,有效地贴近了实际应用值,证明了椭圆假设的合理性。研究结果对隧道纵向等效刚度有效率的理论推导和实际工程的取值具有一定的参考意义。

电动公交客车增程器开关控制策略和等效能耗最小化策略优化

本文中旨在解决增程式电动公交客车单点恒温器能量管理策略下电量维持阶段油耗较高和锂电池组循环充放电深度较大等问题。首先对增程器开关控制策略和等效燃油消耗最小化策略(ECMS)进行优化和仿真验证,然后在增程式电动公交客车半实物仿真平台上进行了试验验证。结果表明:电量维持阶段,优化增程器开关控制策略后,增程式电动公交客车百公里油耗由原来的39. 1降至36. 23L,锂电池组循环充电系数由19. 8/100km降至13. 2/100km,分别降低了7. 3%和33. 3%,但增程器的起停次数有所增加。进一步采用优化的ECMS能量管理策略后,增程式电动公交客车百公里油耗再降至35. 22L,锂电池组循环充电系数进一步降至9. 9/100km,比原单点恒温器控制策略分别降低了9. 9%和50%。

等效粗化技术在任丘碳酸盐岩油藏中的应用——以任丘潜山油藏为例

在Petrel建立精细储层模型的基础上,首先进行网格粗化,设计满足油藏数值模拟的"正交的粗的"网格系统;其次进行构造模型的粗化,包括构造断面粗化和地层层面粗化;最后运用多种粗化计算方法进行基质属性及裂缝属性模型的粗化。在此基础上,对粗化后的地质模型进行验证与输出。研究发现,等效粗化后的网格模型能够反映原模型的地质特征及流动响应,有效地为Eclipse输出了油藏数模模型,探索了碳酸盐岩双孔隙介质储层地质建模与数值模拟有效链接的可靠途径,形成了精细储层模型等效粗化技术流程。等效粗化技术在任丘潜山碳酸盐岩油藏的实际应用中取得了良好的地质效果,为后期油藏的数值模拟和剩余油分布研究提供了基础地质保障,同时为任丘地区开展地温场及地热综合利用研究提供了扎实的地质依据。同时,该研究可为其他类似油藏的研究提供借鉴。

分析非线性系统随机响应的一种等效非线性化方法

本文提出了分析非线性系统随机响应的一种新的等效非线性化方法。文中阐述了该方法的基本思想和处理方法，并对几种常见类型的非线性系统进行了分析和计算，结果表明，利用本文提出方法所得的均方位移响应与精确解或者MonteCarlc模拟解之间具有较好的一致性，并比等效线性化方法有更高的精度。

等效线化方法分析亚音速壁板非线性极限环颤振

研究了受集中质量与非线性运动约束联合作用下的二维亚音速壁板的极限环颤振问题。采用Galerkin方法将非线性壁板运动方程离散为常微分方程组。分析了集中质量大小及其位置对壁板系统失稳特性的影响;采用等效线化方法研究了系统的分叉特性及极限环颤振稳定性。结果表明:系统会产生颤振失稳,质量块的大小及其位置对颤振临界速度有着重要的影响;系统会经历超临界的Hopf分叉而处于稳定的极限环运动;等效线化方法可在一定范围内较为精确地对极限环稳定性及其幅值进行判定。

等效均匀化方法在基于棒尺度的精细功率计算上的应用

在堆芯计算过程中,通过采用基于棒尺度的中子扩散方程求解,可以充分考虑燃料组件内的局部非均匀性对于栅元中子注量率的分布影响,获得基于燃料棒的精细少群中子注量率分布,从而提高燃料栅元的微观反应率计算精度。相应地,在均匀化参数计算过程中采用等效均匀化方法(SPH),用以保证在"组件输运-堆芯扩散"过程中基于棒尺度的计算网格上的中子反应率守恒。研究表明:等效均匀化方法提高了堆芯扩散计算过程中棒功率的计算精度。

压水堆堆芯Pin-by-pin计算广义等效均匀化方法研究

本文研究了广义等效均匀化方法在压水堆堆芯Pin-by-pin计算中的理论模型,针对矩形指数函数展开扩散方法和矩形指数函数展开简化球谐函数(SP3)方法推导了零阶不连续因子和二阶不连续因子的计算公式,通过SP3方程形式构造伪固定源问题解决了高阶输运方程无法提供SP3方程中二阶中子通量密度的问题。数值结果表明,广义等效均匀化方法能有效提高压水堆堆芯Pin-by-pin计算的计算精度。

显化方法 生长思维 转识成智——基于等效法的显化与实践

教育是教人以智慧，教师应为思维而教．显化方法是生长思维的有效途径，实践智慧是知识的价值体现．从皮亚杰的双重建构理论出发，通过“认知冲突”“主题强化”内化建构等效法，生长思维；通过“物理习题…‘原始物理问题”外化建构等效法，转识成智．