基于预插黏性界面单元的Koyna重力坝强震破坏过程分析

基于黏性裂缝模型理论,在实体单元中嵌入黏性界面单元(Cohesive Interface Elements),对Koyna重力坝的强震破坏过程进行了二维有限元模拟和分析,并与其它数值方法的结果进行了对比。结果表明,大坝的破坏开裂分布与Koyna大坝实际破坏情况及文献中的模型试验结果基本相符,说明黏性界面单元可以很好地模拟裂缝的断裂和扩展,验证了该方法的有效性。

基于预插黏性界面单元的混凝土细观拉伸断裂过程数值模拟

为确定预插黏性界面单元法模拟混凝土细观拉伸断裂的有效性和适用性,基于黏性裂缝模型理论,在实体单元中嵌入黏性界面单元(cohesive interface elements),对东江拱坝二级配混凝土试件单轴受拉的断裂过程进行数值模拟.按照试件的实际配比计算出各种粒径骨料的数目,采用Monte-Carlo法对混凝土骨料进行随机投放,生成试件的随机骨料模型,研究黏性界面单元的网格密度、骨料随机分布形式及界面单元的断裂参数对混凝土宏观力学性能及断裂模式的影响.结果表明:采用黏性界面单元可有效地模拟混凝土材料细观断裂破坏过程和宏观力学性能.

基于预插黏性界面单元的拱坝地震破坏过程分析

为确定预插黏性界面单元法模拟高拱坝在强震作用下破坏过程的有效性和适用性,基于黏性裂缝模型理论,在实体单元中嵌入黏性界面单元(Cohesive Interface Elements),对小湾拱坝的强震破坏过程进行了数值模拟和分析,模拟结果与损伤模型和振动台试验的结果接近。研究结果表明,地震荷载作用下抗震设防的薄弱部位在拱冠梁顶部范围,预插粘性界面单元法可以有效模拟强震作用下坝体裂缝的断裂和扩展过程。

不同含水率状态下黏性土-混凝土界面剪切特性室内试验研究

利用青岛理工大学自行研制的恒刚度直剪仪,完成了18%、20%、25%、28%共4组不同含水率黏性土与混凝土大型直剪试验,重点对不同含水率和法向应力下剪应力—剪切位移关系曲线进行分析,探讨了含水率的变化对黏性土与混凝土界面力学特性的影响规律。试验结果表明：黏性土与混凝土界面的剪应力—剪切位移关系曲线受到含水率变化的影响。当含水率较高时,界面剪应力达到峰值后剪切变形表现为典型的弹塑性变形;当含水率较低时,界面剪应力—剪切位移关系曲线呈现出折线型关系。界面抗剪强度随含水率的增大而减小,但抗剪强度与法向应力始终保持线性关系,黏聚力受临界含水率25%左右的影响,小于临界含水率时,黏聚力随含水率的增大而增大,大于临界含水率后,黏聚力随含水率的增大而减小;摩擦系数受含水率的影响较小,变化幅度仅为5.5%。

混凝土准脆性界面裂纹本构模型比较

以混凝土界面断裂分析为目的,选取若干典型的层间界面准脆性断裂的本构模型进行分析和数值模拟对比研究。在局部本构水平上,采用这些界面裂纹本构模型,对各种载荷工况下材料的准脆性断裂行为进行数值模拟。在对选择的典型黏性界面裂纹进行定性分析比较时着重考虑以下两点:①采用选择的模型对I型裂纹和II型裂纹的断裂行为进行数值计算;②对混合型断裂载荷作用下模型的扩容行为特性进行数值分析。通过对数值结果的分析比较得出结论:库仑型裂纹模型比较适合模拟复杂载荷下的界面断裂行为,但是其扩容特性仍有待改善。

聚合物溶液与原油界面流变性的实验

借助CIR-100界面流变仪系统地研究了聚合物溶液与原油接触界面的界面流变性.实验结果表明,界面黏度、界面黏性模量和界面弹性模量受聚合物相对分子质量、配制水矿化度和聚合物溶液质量浓度的影响,三者随聚合物相对分子质量和聚合物溶液质量浓度的增大均增加,随配制水矿化度的增加均减小.

弱碱对三元复合体系/油界面扩张黏弹性影响

以正己烷为油相，以Na2 CO3-重烷基苯石油磺酸盐-HPAM （相对分子量1．2×107～1．6×107）三元溶液为水相，用T racker全自动液滴表面张力仪在45℃条件下测量不同浓度弱碱的三元复合体系/油界面扩张黏弹性。阐述了弱碱三元复合驱体系/油界面扩张黏弹性随扩张频率和碱浓度的变化规律。结果表明：随着碱质量分数的增加，三元复合体系/油界面扩张黏性模量、弹性模量都在弱碱质量分数为0．4％时出现极大值；随着扩张频率的增加，碱质量分数为0．4％的三元复合体系界面扩张弹性模量、黏性模量均呈下降趋势；其他碱含量的三元复合体系界面扩张弹性模量呈略微上升的趋势，界面扩张黏性模量基本不变且值非常小。

深水井口导管管土界面摩擦退化试验研究

深水井口导管在黏土中的贯入阻力与导管土体界面的黏性摩擦系数密切相关。在导管安装过程中,管土界面会产生大位移剪切,使得导管-黏土界面剪切力产生退化。本文针对传统剪切试验装置小位移剪切的限制,无法正确描述井口导管贯入时导管-黏土界面大位移剪切时的退化机理,采用GDS多功能界面剪切试验仪在恒应力条件下进行大位移单调剪切试验,研究法向应力对导管管土界面摩擦退化机理的影响规律。试验结果表明,大位移单调剪切时,界面剪应力随剪切位移先增大后减小,最终趋于稳定,界面表现出剪应力退化现象,随着法向应力的增大界面峰值应力与残余应力均增大;土样法向位移随着剪切位移、法向应力的增加而增大最终趋于稳定。最后在对试验数据分析的基础上,基于剪应力随无量纲位移的退化规律,提出了界面剪应力随累积位移退化的计算方法。并结合算例对比分析了井口导管在贯入80 m深度处,由于界面摩擦退化效应导致导管贯入阻力降低了28.48%。

磺酸盐类三元复合体系界面扩张黏弹性研究

利用Tracker全自动液滴表面张力仪测量了聚合物溶液、聚表二元体系和ASP三元复合体系与油的界面扩张黏弹性,研究了碱类型和活性剂类型对界面黏弹性的影响,分析了不同驱油体系界面黏弹性的变化规律,定量分析了界面黏弹性中黏性和弹性大小及贡献。结果表明:在聚合物溶液、聚表二元体系和三元复合体系的比较中,三元复合体系油水界面黏弹贡献比最小,复合模量以弹性模量为主;含重烷基苯磺酸盐的三元复合体系界面的扩张黏性模量、弹性模量、复合模量要比含石油磺酸盐的三元复合体系的低,相对于重烷基苯磺酸盐的三元复合体系,由石油磺酸盐表面活性剂形成的三元复合体系中弹性的贡献比较大。

泡沫封堵性能与界面性质关系研究

为了进一步揭示影响泡沫封堵性能的根本原因,首先通过泡沫驱替实验研究了温度对泡沫封堵性能的影响,然后利用界面流变仪分析了界面参数随温度的变化,在此基础上,建立起泡沫封堵性能与界面性质之间的联系,考察界面性质对泡沫封堵性能的影响。结果表明:当温度由20℃升高到80℃时,泡沫封堵能力先增后减,40℃时达到最大,80℃时阻力因子减小80%以上,有效倍数降低至40℃时的六分之一。相同温度变化范围内,平衡界面张力先减后增,40℃时界面张力最小为28.6 m N×m^(-1),而扩张模量和界面弹性模量先增后减,界面黏性模量则逐渐减小,40℃时工作频率0.1 Hz对应的最大扩张模量、界面弹性模量和界面黏性模量分别为9.24、8.74、2.97 m N×m^(-1)。界面流变性表征了泡沫液膜性质,封堵性能好的泡沫应同时具有一定的高黏度和良好的弹性,界面弹性模量和界面黏性模量共同影响泡沫封堵性能;界面张力与泡沫封堵性能呈负相关关系,界面张力越小,越有利于泡沫再生,并对应越大界面模量,因而泡沫封堵性能越好。

Improvement Mechanism of Adhesion Performance of Anti-stripping Agents and Coupling Agents on Asphalt-Aggregate Interface Based on Molecular Dynamics

This study examined the mechanisms for improving the adhesion performance of the asphalt-aggregate interface with two anti-stripping agents and two coupling agents.The investigation of contact behavior between various asphalt-aggregate surfaces was conducted using molecular dynamics(MD)simulations.The interaction energy and the relative concentration distribution were employed as the parameters to analyze the enhancement mechanisms of anti-stripping agents and coupling agents on the asphalt-aggregate interface.Results indicated that the adhesion at the asphalt-aggregate interface could be strengthened by both anti-stripping agents and coupling agents.Anti-stripping agents primarily improve adhesion through the reinforcement of electrostatic attraction,while coupling agents primarily upgrade adhesion by strengthening the van der Waals.Hence,the molecular dynamics modeling and calculation techniques presented in this study can be utilized to elucidate the development mechanism of the asphalt-aggregate interface through the use of anti-stripping agents and coupling agents.

正断型断裂模拟及其对山岭隧道影响研究

活动断层的运动和与其相交山岭隧道的震害密切相关,是隧道抗震设计所面临的严峻挑战之一。为此,以滇中引水工程香炉山隧洞为研究背景,运用断裂力学中的黏性界面模型结合有限元方法模拟正断层破裂过程。通过震害调查和试验结果对三维自由场的响应进行验证。进一步建立跨断层隧道三维数值分析模型探讨了不同断层错动量和倾角对隧道响应的影响规律,并引入损伤指数建立隧道安全评价的分类标准对结构的震害进行初步评估。结果表明:正断层错动所引起的地表破裂机制主要有弯曲陡坎和断裂陡坎;隧道衬砌的轴向拉应变和环向剪应变在其与断层滑动面相交位置处达到最大;断层错动量和倾角的变化对隧道不同震害状态沿纵向分布有明显影响;随断层倾角的增大,隧道衬砌处于严重损伤和完全损毁状态的长度要明显减小,断层倾角在50°~70°时对结构安全更为不利。

大坝混凝土非连续变形的并发多尺度区域分解法

大坝混凝土的裂缝萌生和失稳扩展分析需要尽可能准确地模拟骨料和砂浆界面的弱不连续,而界面过渡区微米级的厚度模拟使得有限元网格存在网格剖分质量不佳和网格数量庞大的问题。通过在大坝混凝土细观结构的不同材料实体单元间预嵌零厚度界面单元,并进行宏细观子区域界面节点重新匹配,建立了骨料-砂浆-界面单元的宏细观区域分解有限元网格。同时结合隐式梯度损伤模型和内聚力模型,在同一模型中实现骨料、砂浆基质的损伤失效模拟及骨料-砂浆界面的弱连接到脱开模拟,构建了大坝混凝土非连续变形的宏细观并发多尺度区域分解模型。将模型用于某大坝混凝土的直接拉伸试验模拟,不同随机骨料模型均能捕捉骨料和砂浆界面的弱连接到脱开过程。重现的混凝土试件破坏形态与已有研究结果一致,证明了模型的合理性。本研究可为大坝混凝土损伤断裂力学性能的数值试验提供技术支持。

影响二元乳状液分水速度的研究

二元驱油剂的化学成分及其含量是影响二元乳状液分水速度的重要因素。实验从组成二元驱油剂的主要成分及含量出发,利用反映油水界面性质的参数-界面黏度、界面弹性模量、界面黏性模量、界面张力,研究了相同条件下不同相对分子质量聚合物、不同浓度聚合物、不同浓度表面活性剂的二元乳状液分水速度的差异。结合分散相液膜强度理论分析了影响二元乳状液分水速度的内在机理。

聚合物表面活性剂二元复合体系特性评价

在化学驱油的过程中,往往将表面活性剂加入到聚合物中进行混合再注入到地层中,将两者的优势综合取得更大的驱油效果。通过对聚合物与表面活性剂进行物理模拟实验,对比不同的聚合物表面活性剂的驱油效果,对聚合物表面活性剂的二元复合体系的特性进行评价。

小韦伯数下液滴撞击光滑壁面的数值模拟

采用界面追踪法数值模拟了液滴以小We撞击光滑壁面的动力学过程。通过数值模拟发现,当液滴初始动能较小时(We=12),液滴表面能主导了能量转换过程,因此最大铺展率β_(max)随Re增加而单调增加:当液滴初始动能继续增加到中等程度时(We=30),能量转换主导因素存在液滴黏性与液滴变形诱导强应变的竞争机制,最终导致β_(max)随Re增加而非单调变化,而液滴残余动能随Re增加而增大也进一步促进了非单调β_(max)随着液滴初始动能的进一步增加(We=60).动能主导了液滴铺展的能量转换过程,最大铺展率βmax再次随Re增加而单调增加。当液滴处于“无气膜”铺展时,液滴底部表面张力的消失导致液滴可有更大的βmax。