近场型声化学反应器中的化学反应

Ultrasound of frequency 1.8?MHz,sound intensity 1-5 ?W·cm -2 was used to induce sonochemical reaction in a near field acoustic sonoreactor.It was found that the sonochemical yield is linearly related to sound intensity and irradiation time. The cavitational bubble’s amount and sonochemical reaction dynamic equation in cavitational sound field were also presented.

近场脉冲型地震动横向激励下附加SCEB双柱式桥墩结构易损性分析

为了研究桥墩结构的震后功能可恢复性,针对附加自复位耗能支撑(self-centering energy dissipation braces,SCEB)双柱式桥墩结构进行基于增量动力分析方法的地震易损性分析,采用最大侧移率和残余侧移率作为性能指标,系统探讨其在近场脉冲型地震动作用下的失效概率.为了对比分析,同时选取60条远场无脉冲型地震动记录对附加SCEB桥墩结构进行了易损性分析.结果表明:在小震作用下,SCEB仅为桥墩结构提供刚度和承载力,在大震作用下还可提供耗能能力,同时可以提供良好的自复位能力;附加SCEB可有效降低桥墩结构在近场脉冲型地震动作用下的失效概率(最大侧移率和残余侧移率),特别是残余侧移率;附加SCEB桥墩结构在近场脉冲型地震动作用下的失效概率大于远场无脉冲型地震动作用下的失效概率.自复位耗能支撑可有效减小桥墩结构的失效概率,提高桥墩结构的抗震性能.

近场脉冲型地震动的频谱与反应谱特征分析

近场脉冲地震动在频谱与反应谱方面的特殊性质,易使中、长周期结构地震响应强烈。为深入分析近场脉冲地震的频谱与反应谱特性,对140条近断层地震的傅立叶谱特征、速度脉冲特性和反应谱特征进行分析,并研究了脉冲周期与反应谱形状的相关性,拟合了近场脉冲地震动的设计反应谱,将其与我国规范设计反应谱对比。结果表明:近场脉冲地震包含较多的长周期频谱,在脉冲周期处易发生共振响应;随脉冲周期增大,地震动PGV/PGA与PGD/PGV变大,反应谱加速度敏感区延长,位移敏感区缩短,速度谱、位移谱峰值加大;脉冲周期与反应谱速度和位移敏感区的界限大致重合;加速度谱双峰现象来源于地震脉冲分量加速度反应谱的峰值;随场地土变软,近场脉冲地震设计谱平台段加长、特征周期变大、下降段谱值增高,且均高于我国规范设计谱。

二维冰-水-结构物作用的近场动力学模拟

为探讨冰、水、结构物之间的相互作用关系,采用近场动力学方法建立二维冰-水-圆柱结构物的运动计算模型,采用近场动力学微分算子模拟海水流动,采用常规态型近场动力学模拟海冰的损伤行为以及海冰与结构物之间的作用。进一步研究不同圆柱结构物移动速度和直径对冰载荷的影响,将数值计算结果与试验结果进行对比以验证方法的可行性,为研究冰、水、结构物相互作用提供理论支撑。

基于近场动力学理论的裂纹模型波场数值模拟及频散特性分析

近场动力学理论采用积分形式的运动方程,能够有效避免空间偏导数不存在的问题,在模拟不同材料发生裂纹扩展、断裂破坏等不连续问题方面有着广泛应用,但是对近场动力学理论中波的传播问题和频散特性研究较少。为了研究近场动力学理论中应力波的传播规律,考虑平面应力情况,建立积分形式的运动方程,在均匀各向同性模型及含水平裂纹模型下进行了波场数值模拟,并与经典连续介质理论中的纵波和横波波场进行对比分析。基于常规态型近场动力学理论的运动方程,详细推导了一维和二维情况下的频散关系,并探讨了邻域内物质点数、邻域半径和形状参数等近场动力学参数对频散曲线的影响。在波场数值模拟中,线性近场动力学理论中固体与经典连续介质理论中线弹性介质的波场数值模拟结果具有良好的一致性,介质内裂纹的存在会阻碍波的传播;在频散特性分析中,所选邻域半径越小、形状参数越大,线性近场动力学理论中的频散特性越接近经典连续介质力学理论中的频散特性。

基于近场动力学的材料热力耦合损伤行为分析

为对热载荷作用下材料的损伤破坏行为进行研究,本文提出了单键双参数近场动力学热力耦合模型,给出了该模型下键的断裂准则.该模型考虑了键的切向变形与温度变化之间的关系,解决了键型近场动力学热力耦合模型只能对定值泊松比材料进行求解的问题,可研究温度场作用下泊松比对材料损伤行为的影响.本文采用该模型对热冲击作用下陶瓷片的损伤行为进行了模拟分析,结果表明,通过该模型得到的裂纹萌生及裂纹扩展形态与实验结果吻合较好;进一步就泊松比对材料损伤破坏行为的影响进行研究,结果表明,随着泊松比增大,裂纹萌生时间提前,裂纹间距增大,而主裂纹长度会增加,泊松比的变化对热荷载作用下材料的破坏损伤行为有明显的影响.

太赫兹近场扫描显微成像的理论模拟研究

太赫兹近场扫描成像系统突破了传统远场光学系统衍射极限的限制,可以实现太赫兹波段的超分辨检测与成像。基于太赫兹散射型扫描近场显微镜的工作原理,建立了一种基于COMSOL仿真软件的太赫兹散射型扫描近场显微镜系统的数值仿真模型,并通过该模型研究了探针由入射光激发而产生的避雷针效应和天线谐振效应,以及探针与样品之间的偶极效应。在此基础上,参照实际的扫描过程,实现了对蛋白分子的近场信号计算以及近场扫描成像。结果表明,该模型可以实现对三维立体物质的近场成像,在研究复杂的三维微纳米材料上具有应用潜力。

近场地震作用下型钢-混凝土组合结构桥易损性分析

考虑近场速度脉冲型地震动特征,对型钢-混凝土组合结构桥梁的地震易损性进行分析。以一座工字型钢-混凝土组合梁桥为例,从PEER数据库挑选60条近场地震动记录作为输入,对桥梁结构整体性能和局部性能两个层次的易损性进行分析,给出了桥梁结构的整体和局部地震易损性曲线。通过与远场地震作用下的桥梁结构地震易损性分析结果的对比研究,发现:近场速度脉冲型地震引起的桥梁结构整体和局部地震需求均显著大于远场地震;在近场地震作用下,桥墩是型钢-混凝土组合桥梁的最易损构件,混凝土横梁与栓钉的易损性水平低于桥墩。

近场脉冲型地震动作用下设计位移反应谱

选取属于特定震源机制、场地平均剪切波速、震级和断层距下的36条近场脉冲型地震记录作为输入,按照速度脉冲周期对地震记录进行分组,运用Matlab进行脉冲型地震动作用下的位移反应谱计算,采用标准化和平均化的方式研究位移反应谱的特征,用分段线性拟合方法建立以速度脉冲周期作为特征周期的设计位移反应谱,给出位移反应谱的峰值和分段周期。研究结果表明:脉冲型地震动下位移反应谱的谱形呈现出4个阶段,谱特征周期近似等于速度脉冲周期,经标准化和平均化后的谱峰值约等于2.2,文中给出的设计位移反应谱能较好地拟合平均位移反应谱。

近场脉冲型地震作用下黏滞阻尼器对双柱摇摆桥墩减震作用研究

为研究黏滞阻尼器对双柱摇摆桥墩在近场脉冲型地震作用下的减震作用,基于摇摆刚体假定和拉格朗日方程,对采用黏滞阻尼器的双柱摇摆桥墩进行实例分析、参数分析和抗倒塌能力分析。研究结果表明:黏滞阻尼器可减小双柱摇摆桥墩的地震位移反应,且作为速度型阻尼器,其在近场脉冲型地震作用下的减震效果比远场地震更为显著;在近场脉冲型地震作用下,随着黏滞阻尼器的无量纲阻尼常数(λ)的增大和阻尼指数(nv)的减小,桥墩位移反应随之变小,当阻尼器失效位移大于120mm时桥墩峰值位移反应无显著变化;黏滞阻尼器的减震作用可有效提高双柱摇摆桥墩在近场脉冲型地震作用下的抗倒塌能力,λ越大和nv越小,桥墩的抗倒塌能力越强。

近场脉冲型地震作用下上承式拱桥损伤模式研究

为了研究近场脉冲型地震作用下上承式钢筋混凝土拱桥的损伤模式,采用OpenSEES建立了某实际上承式箱板拱桥的全桥模型,根据N-M相关曲线和能力需求比分别研究了主拱圈与拱上立柱的抗震性能,并基于动力增量分析(IDA)对桥梁的损伤模式进行探讨。研究表明:在纵、横向地震输入下,拱圈的最大弯矩响应均出现在拱脚;当地震沿纵向输入时,较矮拱上立柱的剪力响应较大,而当地震沿横向输入时,拱上立柱将产生双向剪力,且较高立柱的横向剪力大于纵向,较矮立柱的纵向剪力大于横向;主拱圈的潜在抗震薄弱环节是拱脚,且其纵向抗震性能弱于横向;拱上立柱纵向抗震性能优于横向,靠近拱顶的立柱最先发生破坏,且以剪切破坏为主;较高的拱上立柱易发生横向剪切破坏,而较矮的拱上立柱易发生纵向剪切破坏。损伤分析表明,钢筋混凝土上承式拱桥在近场脉冲型地震作用下拱上建筑会先于主拱圈发生损伤。

近场脉冲型地震下增量动力分析烈度指标的选择

合理选择烈度指标IM是基于性能的抗震设计理论的关键.为了研究近场脉冲型地震下合理的烈度指标,以一座常规5跨连续梁桥为例,用增量动力分析方法对OpenSEES软件所建立的有限元分析模型进行一系列非线性动力分析,结果表明:近场脉冲型地震下,不建议采用峰值加速度PGA作为烈度指标,建议采用基本周期对应的谱加速度Sa(T1)或峰值速度PGV.

混凝土板裂纹扩展的态型近场动力学模拟

构建考虑混凝土拉压异性和宏观断裂特征的混凝土类材料非局部态型近场动力学本构模型,并通过引入动态松弛、系统失衡判断和力边界等效等算法,构建适于分析混凝土类材料和结构变形破坏过程的态型近场动力学数值模拟体系.通过分组模拟和定量计算,分析算法的收敛性、计算精度和效率等问题;在此基础上开展含不同角度中心裂纹混凝土板的破坏模拟.

页岩水力压裂过程的态型近场动力学模拟研究

水力压裂技术广泛使用于页岩气开采工程中。为了分析压裂过程中多裂缝扩展形成复杂裂缝网的机制,尝试将态型近场动力学理论引入页岩水平井水力压裂过程的力学建模与数值仿真,在物质点间相互作用力模型中加入等效水压力项以实现在新生裂缝面上跟踪施加水压力,建立了水力压裂过程的近场动力学分析模型。通过模拟页岩储层的水力压裂过程,可得到复杂的裂缝扩展路径、裂缝网络的形成过程以及裂缝扩展受射孔间距及页岩天然裂缝和层理的影响。研究结果表明:射孔间距过小会造成起裂干扰,使中心射孔的裂缝扩展受到抑制;在压裂压力一定的情况下适当增大射孔间距,可以显著增强页岩压裂形成裂缝网的能力;压裂过程中水平层理面可能张开形成水平裂缝,且天然裂缝会诱导形成更复杂的垂直裂缝。模型和方法可为页岩水力压裂过程和机制研究及工程实践提供参考。

水力劈裂问题的态型近场动力学建模

将态型近场动力学理论引入水力劈裂问题的模拟。构建了能反映岩土类材料准脆性断裂特征的态型近场动力学本构模型,并在物质点间相互作用力模型中加入等效水压力项,以实现在新生裂纹面上跟踪施加水压力。同时,考虑裂纹面间的接触,引入物质点间的短程排斥力作用,并设计了相应的接触算法。通过自编程序将模型和算法应用于含初始裂纹、不含初始裂纹以及含坝基软弱结构面的混凝土重力坝在高水头作用下的水力劈裂过程模拟,并与扩展有限元等模拟结果对比,验证了本文模型和算法的可行性和准确性。

非常规态型近场动力学热黏塑性模型及其应用

在非常规态型近场动力学(non-ordinary state-based peridynamics,NOSB-PD)理论框架下构建了考虑应变率效应、塑性硬化、热软化效应和材料断裂特征的非局部三维热黏塑性固体本构模型以及相应的非局部空间积分型数值算法,并应用于金属类材料和构件在冲击载荷作用等工况下的高应变率热黏塑性变形与破坏分析.通过对经典含初始裂纹Kalthoff-Winkler板冲击试验进行三维近场动力学模拟,可得到裂纹的起裂角度、扩展路径、扩展速度以及裂纹扩展过程中靶板等效应力和温度分布,所得结果与已有试验结果和其他数值方法结果吻合较好.在此基础上,应用该模型分析了不同冲击速度作用下金属靶板的变形与裂纹扩展过程,结果表明:该模型能较好地模拟不同冲击速度(应变率)情况下靶板的变形与破坏全过程.随着冲击速度变化,初始裂纹的起裂时间、扩展方向和扩展速度呈一定规律变化.冲击速度越低,起裂时间越晚(直至冲击速度低于某值时初始裂纹不扩展),裂纹扩展速度峰值越低,冲击过程中靶板温度峰值越低,完全扩展所需时间越长.

散射型近场扫描光学显微镜的探针振动参数优化研究

基于原子力显微镜平台设计了可见.近红外波段的散射型近场扫描光学显微镜,通过理论模型计算和实验测量,分析了散射探针振动的调制振幅和扫描反馈幅值对近场信号的影响。研究表明:与探针针尖尺寸相近的调制振幅有利于抑制背景散射噪声及优化近场信号的信噪比;当探针扫描反馈幅值与自由空间调制振幅之比大于90%时,可基本消除探针扫描过程中非简谐振动对近场成像测量的影响。

基于态型近场动力学的准静态数值仿真方法

近场动力学PD(Peridynamics)是一种通过空间积分方程描述力学行为的方法,对不连续问题的求解有重要的应用前景。本文构建了一种基于态型PD理论的准静态数值仿真方法,推导了节点刚度矩阵和结构刚度矩阵的表达关系,改进了Kilic在键型PD理论中运用的动力松弛法,将其引入态型PD理论,综合绝对和相对收敛准则得到了一种修正的迭代收敛准则。用该方法对薄板轴压稳定性进行了数值仿真,采用了方板晶格的离散方法,以此减小计算规模提高计算效率,成功捕获了三次屈曲现象,对比经验公式和试验结果等过往研究结论,一致性良好。

考虑近场脉冲型地震作用的桥梁抗震及强度指标选取分析

明确近场脉冲型地震动的特征可为近场地区桥梁结构的抗震设计提供指导。为此,文章通过分析近场脉冲型地震动的3个强度指标与桥梁最大响应之间的相关性,探讨桥梁结构抗震分析时强度指标的选取问题。分析结果表明场地类别和震源机制不同,桥梁结构的最大响应呈现出明显的不同,且地震动强度指标与桥梁最大响应的相关程度不同。因此,建议在今后进行近场脉冲型地震作用下桥梁结构抗震设计时,应根据桥梁结构自振周期、场地类别及地震的震源机制进行地震动强度指标的选取。

近远场地震下RC大跨轻柔拱桥减隔震支座方案优化

为探明不同地震动输入对某大跨轻柔拱桥减隔震的影响,通过非线性有限元模型分析近远场地震下桥梁结构的响应规律,得到大桥支座的优化布置方案.首先,基于模态分析,对比该桥与传统钢筋混凝土(RC)拱桥动力特性差异;其次,选取不同脉冲周期的近场地震动、近场无脉冲及远场长周期地震动记录;最后,研究近远场地震下拱桥的响应行为和损伤演化路径,得到优化桥梁的减隔震支座设计方案.研究结果表明:近场脉冲及远场长周期地震下的桥梁结构响应大于无脉冲地震响应;纵竖向地震下高墩柱剪力及弯矩包络曲线呈“S”形,墩身中部易形成塑性铰,高阶振型影响显著;桥梁纵桥向先于横向震损,损伤路径依次为矮柱、高墩柱及拱肋实心-空心截面段;摩擦摆支座减震效果最佳但位移较大,高阻尼支座方案在近场中长脉冲周期及远场长周期地震下仍会发生损伤,板式橡胶支座方案因无法保证支座同步滑移而不能形成准隔震体系;“高阻尼+摩擦摆”混合方案的支座位移小,拱肋及墩柱均处于弹性,是近断层大跨轻柔RC拱桥的优选减隔震方案.