宇宙中可见物质质量起源的接触相互作用模型探究

关于我们所处的宇宙,尚有许多深刻且未知的问题,在这些问题中,可见物质质量起源的研究尤为基本且意义深远.这些可见物质质量绝大部分都由一个单一的质量量级描述,也就是质子的质量m_(p).随着希格斯(Higgs)粒子的发现,我们已经能够充分解释可见物质中≤1%的“基本”粒子的质量起源,即通过希格斯机制(Higgs Mechanism)获得的质量.根据现有的理论,剩下≥99%的质量是标准模型中强相互作用的一个特有的特征——胶子自相互作用的结果,也就是演生强子质量产生机制(Emergence of Hadronic Mass,EHM).通过一个接触相互作用模型,研究了流夸克质量、有效胶子质量、量子色动力学(Quantum Chromodynamics,QCD)的跑动耦合常数、红外截断和紫外截断对组分夸克质量的影响,探讨这些量的改变对可见物质质量的大小或者宇宙中可见物质呈现形式的影响,为现在的宇宙描述了更多可能的存在形式,加深了我们对宇宙在这些量上取特定值的理解.

岩土球形颗粒体粒间接触力学特性及接触模型验证

针对大理岩和花岗岩两种材料,分别进行了球颗粒法向、切向接触力学试验;以大理岩为例,总结了非线性接触模型及其参数,并进行了球颗粒集合体的离心模型试验,通过数值模拟和试验结果的对比验证了接触模型及其参数的合理性。研究结果表明:颗粒法向接触以脆性断裂为破坏形态,切向接触以摩擦侵蚀为破坏特征;法向、切向刚度曲线都可以利用幂函数进行拟合;利用非线性接触模型及其参数可以有效模拟颗粒集合体的力学性状,同时还能够反映散体模型细部的离散变形特征。

矿物表面粗糙度对颗粒–气泡相互作用影响的研究进展

矿物表面粗糙度是影响浮选效果的重要因素。表面粗糙度会影响矿物的疏水性、药剂的吸附以及颗粒–气泡间液膜的破裂,对颗粒–气泡相互作用过程产生显著影响。然而,目前缺乏关于粗糙度影响颗粒–气泡相互作用过程相关研究工作的系统评述。为此,首先梳理了表面粗糙化修饰技术及粗糙度测试方法。其次,从浮选动力学、接触角、三相接触线形成时间、颗粒–气泡相互作用力4个方面系统地论述了粗糙度对颗粒–气泡相互作用过程的影响,明确了粗糙度尺度这一概念对于颗粒–气泡相互作用研究的重要性;基于粗糙度尺度与矿物表面疏水性在颗粒–气泡相互作用过程中的耦合机制,提出了矿物表面润湿状态在粗糙表面与气泡相互作用过程的重要性,并分析讨论了目前粗糙度对接触角、浮选效果的影响研究结论不一致的原因。最后,通过批判性分析和综述文献研究结果得出结论,并对未来的研究发展方向进行了展望。有助于更好地理解矿物表面粗糙度对浮选过程的影响,可以为调控矿物表面粗糙度创造有利的浮选条件,提高浮选的效率和选择性提供理论支撑。

考虑微凸体相互作用的机械结合面接触刚度模型

为准确预测两粗糙表面的接触刚度,围绕考虑微凸体间发生相互作用时的法向结合面接触问题展开研究。基于圣维南原理和勒夫方程,建立微凸体相互作用所引起的局部变形量与局部接触载荷、两表面间压强、材料属性参数之间的函数关系;将其代入KE弹塑性接触模型中,建立考虑微凸体相互作用的KE接触刚度模型,并提出数值迭代方法进行求解;之后,分析在不同塑性指数下微凸体相互作用对接触载荷、面积、刚度间关系产生的影响规律,并给出考虑微凸体相互作用的KE及ZMC模型接触刚度对比。研究表明:微凸体相互作用对于两表面间平均距离与接触载荷的关系有着明显的影响,这使得真实接触面积与接触刚度与原未考虑微凸体相互作用的KE模型有明显差异,且随着塑性指数的增大,差异随之变小。最后,通过试验对考虑与未考虑微凸体相互作用的KE及ZMC模型接触刚度计算结果进行验证,试验对比分析表明:建立的考虑微凸体相互作用的KE接触刚度模型更加贴近试验结果。

金属/陶瓷颗粒与接触面的热相互作用数值仿真研究

本文利用 ANSYS有限元程序 ,仿真了在等离子喷涂过程中熔融的金属、陶瓷颗粒与接触面的热相互作用 ,给出了“温度—时间”关系以及接触界面处接触温度的研究方法 ;结合功能梯度材料的制备 ,研究了不同材料颗粒 ,包括金属 Ni颗粒 ,Al2 O3陶瓷颗粒与接触界面之间的热相互作用。其结果为研究涂层牢固结合的基本物理化学过程提供了必需的理论依据。

土与结构接触面弹塑性损伤模型用于单桩与地基相互作用分析

基于粗粒土与结构接触面弹塑性损伤静动力统一模型(称作EPDI模型)建立了可用于有限元分析的弹塑性损伤接触面单元。对接触面试验进行了模拟,采用不同的接触面本构模型及参数对单调和循环荷载作用下的单桩基础的侧摩阻力和桩顶位移进行了有限元分析。结果表明:包括剪应力应变关系和剪胀特性在内的接触面力学特性对桩土相互作用分析有重要影响,需要合理地加以描述。基于试验结果建立的弹塑性损伤接触面单元能够有效地用于土体与结构物相互作用分析,并能够合理地反映土与结构接触面的包括体应变及其与剪应变耦合特性在内的接触面主要静动力学特性。

考虑微凸体相互作用的确定性接触模型

为了分析粗糙表面上微凸体相互作用对接触特性造成的影响,在确定性接触模型的基础上,通过增加几何重叠和固体表面能等约束条件,并且根据材料守恒原理对相互作用的微凸体进行合并。通过不同的法向变形量、采样间隔和粗糙度,分析微凸体相互作用对接触面积、峰数量、平均峰半径和峰高度的影响,并且与未考虑微凸体相互作用的结果进行对比。结果表明:不论是否考虑微凸体相互作用,接触面积与法向载荷的关系均为线性,这与已有结论是吻合的;对于小的法向变形量和大的采样间隔,微凸体相互作用可以忽略,但随着法向变形量增加、采样间隔减小以及不同的粗糙度,对接触特性的影响愈加明显,与未考虑微凸体相互作用的结果相比,微凸峰数量减少,而接触面积、平均峰半径和峰高度增加。引入几何重叠和固体表面能为考虑微凸体相互作用提供了一个行之有效的研究方法。

非线性接触力学模型在地基-基础相互作用弹性分析中的应用

针对多体相互作用体系的非连续变形分析问题和接触问题,采用 Mohr-Coulomb 屈服准则和关联流动法则以及接触界面上的非线性应力分布模式,考虑接触界面特性提出了非线性接触力元模型,以结点位移和界面相互接触应力同时作为独立未知变量,建立了离散系统的总体控制方程。进而,通过数值求解能够直接确定变形体内的应力与变形、界面上的接触应力与离散体的位移与运动。将这种以接触力元为基础的多体系统分析方法具体应用于基础与地基相互作用分析,通过数值计算与分析探讨了地基与基础的相对刚度、荷载大小及其偏心距、地基与基础间界面力学参数对接触界面的应力分布和地基变形的影响,所得结果为工程中考虑基础与地基相互作用影响的设计与分析提供了参考依据。

砂-粉混合料颗粒接触状态的临界条件确定

砂-粉混合料被广泛应用于高速铁路路基、人工筑岛及海底沉管隧道垫层等重大工程,如何科学地表征砂-粉混合料复杂的颗粒接触状态及连续演变的力学行为特征,并深入揭示其对混合料静/动力学特性的影响已是一项紧迫的基础性科学研究任务。本文基于代表性砂-粉混合料的基本物理性能指标及力学特性指标试验数据,验证Rahman等提出的区分“细粒填充砂粒”和“砂粒悬浮细粒”的阈值细粒含量FCth半经验公式预测能力。基于理想二元介质材料的理论最小孔隙比计算方法,提出确定中间性态土颗粒接触状态临界条件参量FC_(in-min)和FC_(in-max)的方法,分析各参数对FC_(in-min)和FC_(in-max)的影响规律,建立基于基本物理性能指标的FC_(in-min)和FC_(in-max)预测方法,最终提出全FC范围(FC=0~100%)的砂-粉混合料各颗粒接触状态临界条件参量的有效评价方法。

非堆积型多颗粒阻尼器等效力学模型及其减振性能分析

为考虑颗粒群碰撞过程中时间效应对非堆积型多颗粒阻尼器(non-packed particle damper, NPPD)减振性能的影响,在现有考虑惯容的等效单颗粒力学模型(equivalent inertia single-particle model, EISM)研究基础上,提出了基于接触单元法的等效单颗粒力学模型(equivalent inertia single-particle model based on contact element method, EISM-CE),并基于Runge-Kutta算法建立了NPPD单自由度结构运动状态求解算法。设计进行附加NPPD单层钢框架结构振动台试验,探究不同填充率对结构顶层位移频响曲线的影响规律,提出了EISM-CE参数取值原则,进而进行力学模型试验验证及模型对比分析。在模型验证合理性基础上,基于EISM-CE依次进行了自由振动、简谐激励及记录强震动下减振性能及能量变化规律分析。研究结果表明,与现有EISM相比,提出的基于接触单元法的EISM-CE模型及参数取值原则更加合理有效。减振性能数值分析结果表明,不同激励下NPPD均具有较好的减振性能;考虑碰撞时间效应后EISM-CE与EISM对应减振性能及机理分析结果存在一定的差异。

基于相似性原则的橡胶颗粒-砂混合物热导率理论模型

为准确定量评价人工隔热材料橡胶颗粒-砂混合物的导热性能,突破现有经验关系模型适用性较差的局限性,以Wiener土体热导率模型为框架,基于相似性原则,通过对混合物中各介质的导热性能进行分析,建立用于计算混合物热导率的理论模型,分析模型中计算参数的意义和确定方法,根据文献报道热导率测试数据,对比验证模型的有效性,并探讨模型进一步完善和拓展的研究方向。研究结果表明:橡胶颗粒和孔隙液的导热能力相似,可将两者归属为相似类传热介质应用于Wiener串、并联模型中;模型综合考虑了橡胶掺量、粒径比、饱和度和孔隙率等对橡胶颗粒-砂混合物结构和导热性能的影响,准确描述了混合物热导率和橡胶掺量、粒径比的相关关系,与实测数据的对比结果显示了较高的精确度。探明复杂应力状态和极端气候条件对刚-柔性颗粒混合物导热性能的作用规律,是进一步完善和拓展本文模型的重要研究内容。

基于工程体与地质体相互作用的两体力学模型初探

针对大坝和坝基、坝肩和库岸相互作用传统的一体两介质模型,提出了两体力学模型的基本概念、研究思路以及应用范围;阐述了一体两介质力学模型与两体力学模型之间的差异,并用单轴压缩实验进行了验证;建立了重力坝和坝基相互作用的两体力学模型,为大坝与坝基的整体稳定性研究与评判提供了一条新的途径。

大比例模型结构-桩-土动力相互作用试验研究与理论分析

介绍了一个土-桩-框架结构1/2比例模型动力相互作用野外试验研究,通过对模型进行地脉动测试得到了其基频,并分别在忽略重力、欠人工质量、人工质量三种工况下进行了模型的顶部牵引激励试验和顶部机械激励试验,且在时域和频域内分析了试验结果,得到了一些有益结果。此外,研究了考虑土体动力非线性特征的粘弹性人工边界,提出了考虑桩土动力相互作用中桩土分离、滑移以及基础提离效应的接触模型,并引入阻尼项表征桩土动力作用中的能量损耗。建立了试验模型结构的三维有限元分析模型,通过对模型试验的模拟计算验证了有限元模型的可靠性,进而进行了不同地震动输入下的地震反应分析,总结了一些规律性结果。

用ABAQUS软件处理管土相互作用中的接触面问题

采用ABAQUS软件处理管土相互作用中的接触面问题.利用ABAQUS软件中的主控-从属接触算法,使管道和海床形成一个接触对;并且建立了管土系统有限单元模型.海床土体分别采用非线性弹性模型、多孔弹性模型、Ramberg-Osgood塑性模型对管土系统进行计算.通过分析计算,得到了管道沉降量与管重间的关系,以及由于管道沉陷而形成的土体楔形,土体楔形的存在,增加了管道的稳定性.计算结果和有关试验结果相符合,说明采用该软件进行管土相互作用问题分析是可行的.

桩-土动力相互作用分析模型的对比分析

本文对常用的刚结模型、铰结模型、接触模型、简化模型和弹簧模型五种桩-土动力相互作用分析模型进行了对比研究,分析发现:不同的分析模型有不同的适用范围,在桩-土动力相互作用分析时应根据所关心的问题选用不同的分析模型。本文给出了选择模型的建议,一般优先采用接触模型,次优为铰结模型。

复杂应力条件下土与结构物相互作用接触面的力学特性

为研究外加荷载对接触面力学特性的影响,通过土与结构物相互作用的物理试验和数值模拟研究接触面最大剪应力的变化规律,运用PFC2D模拟土与结构物相互作用过程中颗粒位移和颗粒接触力的不同响应.结果表明:当法向应力一定时,最大剪应力随围压的增大而近似线性增大;当平均应力一定时,最大剪应力随法向应力的增大而近似线性增大;当法向应力一定、围压逐渐增加时,颗粒位移和颗粒接触力的分布与法向应力与围压的比值有关.

桩土相互作用的砂箱模型试验及计算分析

提出了用有限元 无界元耦合的方法计算大变形条件下桩 土耦合体系的应力和变形.在桩与土接触的界面上设置了一种有厚度的接触面单元,它可以与土体的弹塑性模型相衔接,能合理地反映接触面及其邻近区域剪切破坏带中的变形性状.计算结果与现场观测数据吻合较好,说明该计算方法是可行的.

考虑接触面厚度的桩土相互作用研究

土与支护结构相互作用的问题已引起学者的高度关注,对该领域的研究也有了新的突破。但考虑接触面厚度的桩土相互作用,无论是在计算模型的建立上还是在计算方法的选取上,都有待商榷。在考虑接触面厚度后,用刚–塑性理论模拟桩后土体,把塑性区域内的土体用串联的弹簧单元来模拟;在此基础上推导预应力锚杆支护桩的挠曲线微分方程,并用有限差分法计算桩身内力。结合工程实例,用PLAXIS软件进行数值验证,与用上述方法算得的桩身弯矩进行对比,发现计算结果略大于模拟结果,原因可能是串联弹簧个数不够导致的,说明弹簧个数必有一个最优值。通过分析对比,进一步说明该计算模型的可行性。

基于离散元颗粒接触模型的桩网复合地基土体力学改良影响研究

为探讨保定环城水系东南段泵闸工程封装桩复合地基土体力学改良影响,采用离散元颗粒线性接触模型进行模拟计算,分析了复合土体三轴力学影响特征。研究表明,土工织物厚度对复合土体承载应力促进作用具有上限,当厚度超过0.08 mm后承载应力的提升较小,土工织物的存在,会改变复合土体应变弹-延塑性主导特征。封装料空隙率愈大,复合土体承载能力愈弱,且围压愈大,不仅可提升复合土体承载应力,也可减弱封装料空隙率对复合土体的抑制效应。高空隙率封装料试样在残余应力段具有较长时段的低应力、高应变。抗剪特征参数受土工织物厚度因素影响较小,主要受封装料空隙率影响较大。论文成果可为探讨离散元颗粒线性接触模型的应用及土体力学特征研究提供参考。

大比例模型的桩基-土-框架结构相互作用有限元分析

以大比例模型为基础，以大量试验实测数据为依据，利用通用有限元程序MARC对桩-土-上部结构相互作用体系进行了三维有限元计算分析。计算中土体选用线性Mohr-Coulomb理想弹塑性模型，钢筋混凝土采用随动双线性硬化本构模型，计算得到相互作用体系的基频及牵引释放时程曲线与试验结果吻合较好，表明所采用的计算模型和计算方法是合理可行的。从计算分析的角度探讨了考虑结构-地基动力相互作用时体系地震反应的有关规律，主要从体系的加速度、桩身等效应力、桩土接触压力及摩擦力等方面进行了分析，为结构-地基相互作用的进一步研究提供了依据。