层状岩体的弹粘塑性Cosserat介质理论及其工程应用

本文以层状岩体为研究对象，建立了考虑弯曲效应的层状岩体弹粘塑性本构关系，推导了有限元计算模式，并将该理论应用于龙滩工程左岸进水口反倾向层状岩体边坡的初始地应力场反演、开挖变形与稳定计算分析中．

层状岩体的Cosserat介质理论中第二剪切模量G^c的研究

针对层状结构岩体，从建立一个标量出发，推导出二维平面应变状态下，Ｃｏｓｓｅｒａｔ介质理论中第二剪切模量Ｇｃ值。最后通过算例，分析了Ｇｃ对计算结果的影响。

Cosserat介质理论针对节理岩体的应用

由于考虑了内在尺度的影响,Cosserat 介质理论较传统连续介质力学更精确和一般化,在考虑具有微结构介质的力学行为时拥有优势。节理岩体的力学性质明显受结构面影响控制,传统连续介质理论对于认识结构应力、应变的真实状况是有限度的。Cosserat 理论应用于岩土介质模拟时,根据具体情况有三种方式:一种是将岩土介质视为粒状材料,第二种则是将节理岩体看作是层状材料,此种模型应用最为常见;另一种则是将高度节理化岩体看作是块体结构。与试验或其它数值计算的对比表明,采用层状和块状模型对节理岩体进行数值模拟得到的分析成果是合理可信的。空间模型的应用也作了讨论。

弹塑性多孔介质流固耦合新理论:混合耦合理论

在全球气候变化和双碳政策的大背景下,多孔介质中固体的变形和流体的输运问题变得尤为重要。然而,在多孔介质中建立流固耦合模型仍面临的挑战之一是需要考虑跨越宏观尺度到纳米尺度的耦合作用。本文利用基于非平衡热力学的混合耦合理论,提出了一个弹塑性多孔介质流固耦合新模型,在同一个理论框架内研究了弹性变形、塑性变形和液体渗流之间跨尺度的耦合,考虑了耗散过程中的熵产,并利用Helmholtz自由能连接宏观尺度上的力学变形和纳米尺度上的液体输运之间的相互作用。在应力-应变关系中采用了弹塑性刚度系数以反映塑性的影响。同时,经典的达西定律扩展为可考虑固体的塑性变形。通过与文献中模型的比较,验证了该模型的有效性。最后,数值分析表明在多孔介质的流固耦合中塑性变形具有比较显著的影响。

基于两相介质理论天然气水合物超声探测分析

针对海底裸露的块状天然气水合物的超声波识别探测问题,提出基于双相多孔介质理论的天然气水合物声场计算方法。对“海水-天然气水合物”模型进行超声波传播特性的仿真分析,并研究相关参数对天然气水合物吸收特性的影响规律。研究结果表明:当超声波频率设置为20 kHz以上时,天然气水合物的声波吸收系数随着频率的增加而增加;天然气水合物的饱和度越高,固相平均密度越小,吸收系数越高;孔隙度越高,吸收系数也越高;而同一入射频率下,孔隙大小对吸收系数的影响则相对有限;同一入射频率下,入射角度越大,吸收系数越小,当入射角度大于60°时,几乎不能获得含有有效信息的回波信号。

基于多孔介质理论的35kV油浸式变压器热点简化计算

低电压等级的油浸式变压器绕组往往由漆包圆线绕制而成,其温升及热点的准确计算需要考虑漆包圆线间的缝隙对油流及温升的影响,而精细建模时建模工作量和数值计算量都非常大。针对这一问题,提出将多孔介质理论应用于油浸式变压器简化建模的思路。首先验证了多孔介质理论应用于油浸式变压器热点计算的有效性。其次,基于多孔介质理论建立35 kV油浸式变压器绕组的简化模型,采用Fluent软件计算出其温升热点分布。最后将变压器的多孔介质理论简化模型所得的仿真结果与光纤测量结果进行对比。结果表明仿真与实验的热点温度误差在4℃以内,热点位置与实验结果保持一致,验证了多孔介质理论简化模型计算方法的准确性。多孔介质理论的应用为大规模变压器3维流-热耦合提供了新的计算思路,有助于工程实际中变压器热点温度的简化计算。

基于循证理论的预见性护理策略结合声门下间歇冲洗预防2型糖尿病伴心力衰竭患者呼吸机相关性肺炎的效果及对炎性介质水平的影响

目的分析基于循证理论的预见性护理策略结合声门下间歇冲洗在预防2型糖尿病(T2DM)伴心力衰竭(HF)患者呼吸机相关性肺炎(VAP)中的应用效果。方法择取2021年1月至2022年1月收治的100例T2DM伴HF患者为研究对象,随机将其分为对照组和观察组,各50例。对照组采用常规护理干预,观察组在对照组基础上加基于循证理论的预见性护理策略结合声门下间歇冲洗。比较两组的干预效果。结果观察组的VAP发生率、随机血糖水平低于对照组,机械通气时间、气管插管时间及住院时间短于对照组(P<0.05)。干预后,观察组的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、降钙素原(PCT)及C反应蛋白(CRP)水平低于对照组(P<0.05)。干预后,观察组的脑钠肽(BNP)水平及糖化血红蛋白(HbA1c)低于对照组(P<0.05)。结论基于循证理论的预见性护理策略结合声门下间歇冲洗能够有效预防T2DM伴HF患者VAP的发生,降低炎性介质水平,改善血糖及心功能,值得临床推广与应用。

基于分形理论的多孔介质渗透注浆机制

为研究宾汉姆浆液在多孔介质地层的渗透注浆机制,基于分形理论、毛细管模型和宾汉姆浆液流变方程,推导了基于分形理论的宾汉姆浆液渗透扩散表观速度公式和多孔介质渗透注浆球形扩散公式;利用已有的理论模型和室内渗透注浆试验成果对推导的理论公式进行了对比、分析和验证。研究结果表明:与传统的宾汉姆浆液渗透注浆扩散公式相比,基于分形理论的多孔介质渗透注浆扩散公式获得的浆液扩散半径更接近于室内试验成果。该研究成果可为实际多孔介质地层注浆工程提供一定的理论支撑。

基于双相介质理论流体识别技术研究与实践——以涠西南凹陷涠洲组油藏为例

涠西南凹陷主力含油层系为涠洲组。长期以来,针对涠洲组流体识别准确度仅约25%,流体识别低准确度的问题制约了油田滚动勘探成效。为解决涠洲组流体识别难题,本研究基于双相介质理论(BIOT理论),并结合涠洲组油藏含油饱和度变化规律及已钻井油藏流体饱和度参数,开展了不同饱和度下油层、水层地震振幅随频率变化的响应特征研究。研究结果表明,随着含油饱和度增加,分频地震振幅大小及振幅随频率变化的梯度呈现明显增大趋势,并基于此建立了双相介质理论油水识别技术。利用该技术对涠洲组多个目标进行流体识别,并根据流体识别结果对钻井靶点选取、井位侧钻提供有效指导。勘探实践证明,采用双相介质理论油水识别技术可将流体识别准确度提高至65%,极大地提高了勘探成效。本次研究成果不仅丰富了流体识别技术手段,还在勘探部署方面具有重要的指导意义。

基于多孔介质理论的径向非均质饱和土-圆形隧道衬砌稳态响应研究

考虑土体液相、施工和地应力等对隧道周围土体的影响,将隧道周围土体看作非均质饱和土,假设固相剪切模量沿径向变化。采用多圈层模型,将隧道周围饱和土划分为未扰动区域饱和土和扰动区域饱和土,扰动区域饱和土又划分为多个薄层同心环。求解了未扰动区域饱和土和各圈层饱和土的稳态解,得到了扰动区域饱和土外边界与内边界处固相位移、液相径向位移和固相径向应力之间的传递矩阵。将圆形隧道衬砌视为弹性介质,利用弹性动力学理论,得到了圆形隧道衬砌的径向位移和径向应力。考虑问题的接触面处的连续性条件和边界条件,得到了径向非均质饱和土-圆形隧道衬砌稳态响应的解析解。数值算例表明:饱和土固相径向位移和径向应力随频率变化曲线存在较为明显的波峰和波谷,且在Rω/v=1.0附近存在一定的突变。影响区域剪切模量比和剪切模量沿径向的变化规律,对非均质饱和土-圆形隧道衬砌的稳态响应有较大的影响,非均质特性和液相对饱和土-圆形隧道衬砌系统动力特性的影响,不能被忽略.

基于多孔介质理论的岩土工程注浆加固技术探讨

岩土工程是土木工程的重要分支,涉及到各类建筑物与基础设施的建设安全与稳定性。在众多岩土工程问题中,地基的稳定性和承载力是决定项目成功与否的关键因素之一。多孔介质理论作为连接宏观地质结构与微观流体运动的桥梁,为注浆设计提供了更为精确和科学的理论依据,对于提高岩土工程的安全性、经济性和环境适应性具有重要意义。本文旨在探讨多孔介质理论在岩土工程注浆加固技术中的应用,深入研究注浆加固对岩土体物理力学性能的改善效果。

隧道下穿施工引起既有隧道及地层变形预测的改进随机介质理论模型

新建隧道下穿既有隧道施工时,由于传统随机介质理论无法考虑既有隧道的影响,地层变形预测结果易出现较大误差。考虑隧道开挖后断面的非均匀收敛,基于随机介质理论与Peck公式两者关键参数之间的关系,对传统随机介质理论进行了简化和改进;应用隧道衬砌抗弯刚度等效及当层法,对非均质地层和既有隧道进行了等效处理,提出了隧道下穿施工引起的既有隧道及地层变形预测模型,结合相关典型工程验证了该理论模型的准确性。结果表明:与传统随机介质理论相比,预测模型对既有隧道及地层的变形预测曲线均呈“宽而浅”的特点,与数值计算及现场实测结果的关联度更大,具有更高的合理性和准确性,为隧道下穿施工引起的既有隧道及地层变形预测提供了理论依据。

硫酸介质中咪唑-4-甲基亚胺基硫脲对碳钢的缓蚀作用

目的碳钢因其优异的性能被广泛应用于工农业中,为解决碳钢在酸性介质中的腐蚀问题。方法以氨基硫脲和咪唑-4-甲醛为原料合成了Schiff碱化合物咪唑-4-甲基亚胺基硫脲(MIT),采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振谱(NMR)及质谱(EI-MS)表征了其分子结构。将MIT化合物作为H_(2)SO_(4)介质中碳钢的缓蚀剂,分别采用静态失重法、电化学测试及腐蚀形貌分析研究了其在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中对碳钢的缓蚀性能,通过吸附模型、X-射线光电子能谱(XPS)等方法研究了MIT分子在碳钢表面的吸附行为,采用密度泛函理论(DFT)和分子动力学模拟(MD)方法进行了理论计算研究。结果MIT在H_(2)SO_(4)溶液中对碳钢的缓蚀效率随其添加量的增大而提高,随腐蚀环境温度的提高而下降,293 K下其在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中的最佳质量浓度为240 mg/L,对应的缓蚀效率可达95.4%。MIT是一种混合型缓蚀剂,电化学缓蚀机理可解释为“几何覆盖效应”。在碳钢表面的MIT分子吸附属于化学和物理混合吸附(△G_(ads)^(°)=-31.62 kJ/mol,293K),且服从Langmuir吸附定律。结论MIT可有效抑制碳钢在H_(2)SO_(4)溶液中的腐蚀,MIT的合成既为H_(2)SO_(4)溶液中碳钢的腐蚀防护开发了一种有效方法,也为其他酸性介质中碳钢缓蚀剂的开发提供了新思路。

三产品重介质旋流器的研究与展望

三产品重介质旋流器是重要的煤炭洗选加工设备,广泛应用于各类难选、极难选煤炭的分选。经过数十年的发展,国内三产品重介质旋流器已逐渐从早期的宏观结构优化发展到现在的以新型分选理论为基础的三产品重介质分选设备研发,已逐渐形成了我国独有的三产品重介质旋流器设计制造体系与洗选工艺体系。为了更好地发展三产品重介质旋流器,回顾了早期三产品重介质旋流器的研究情况,着重介绍了三种国内自主研发的新型三产品重介质旋流器,并对三产品重介质旋流器未来的发展方向进行了展望。

基于Cosserat理论的仿生鱼骨连续型机器人静力学分析

连续型机器人具有良好的灵活性、柔顺性和人机安全性等优点,受生物鱼骨结构启发,提出了结构紧凑、质量轻、灵活性高的仿生鱼骨连续型机器人。但多节垂直交叉的刚柔软耦合结构模式使仿生鱼骨连续型机器人静力学的精确建模难度增加。本文基于Cosserat理论考虑了驱动绳索和弹性骨干的耦合作用对该机器人进行静力学分析,建立了仿生鱼骨连续型骨干的Cosserat-rod模型和驱动绳索的Cosserat-string模型以及二者的耦合模型,预测了一节仿生鱼骨单元以及垂直交叉串联布置的两节仿生鱼骨单元的变形规律。理论与实验结果相比,理论值误差在1.5 mm之内,为其长度的1.2%。本文为绳索驱动的刚柔软耦合连续型机器人的静力学建模提供了理论参考。

理论力学研究性教学新探索:刚体运动基点法公式与连续介质速度场分解

基础力学课程体系是现代工程教育的重要基础。理论力学作为力学课程体系的起点,提供了力学基本概念和原理。一方面,以离散体系(质点/刚体)为研究对象的理论力学与以连续体系(介质/变形微元体)为对象的连续介质力学,它们之间既存在密切联系又差异明显;另一方面,源于理论/经典力学的动力系统理论和非线性科学研究对应用力学学科产生了广泛影响。围绕这两个侧面,作者将在《理论力学研究性教学新探索》系列教研论文中阐释它们之间的联系。本篇探讨刚体运动基点法公式和连续介质速度场分解之间的关系,它们分别给出刚体模型和连续介质模型的速度分布规律,前者依赖刚体转动角速度矢量,而后者由速度梯度张量所刻画。本文将说明,两者存在对应理论关系,且刚体基点法公式是连续介质速度场分解的退化形式,即忽略变形效应。

基于等效介质理论的页岩声波数值模拟方法研究

声波数值模拟对于页岩各向异性特征研究及大斜度井页岩声波校正研究均有着十分重要的意义。为了研究页岩声波各向异性特征,基于等效介质理论构建了由泥质层、砂质层组成的页岩等效模型,从弹性理论出发,推导出等效页岩模型刚度系数、声波波速计算方法,分析了纹层弹性参数、纹层厚度、纹层角度、纹层密度等对等效页岩模型刚度系数和弹性波速的影响。研究表明:泥质层与砂质层厚度比会影响等效介质刚度系数;等效页岩模型刚度系数值随弹性参数比的增加而增加;泥质层的拉梅系数会影响纵波波速与纹层角度关系、横波波速极值,对SH波没有影响;声波波速随泥质层的剪切模量或弹性参数比的增加逐渐增加,且剪切模量对3种波速与纹层角度的关系均有较大影响;纹层密度一定时,随着纹层角度增加,纵波波速逐渐降低并趋于稳定,横波波速先增加后降低,SH波速逐渐降低;纹层角度一定时,3种波速均随纹层密度的增加逐渐降低。研究结果对页岩声波数值模拟方法及声波测井校正方法具有指导意义。

理论力学研究性教学新探索——变质量系统动力学与连续介质Reynolds输运定理

本文探讨理论力学中变质量系统动力学与连续介质Reynolds输运定理的联系。Reynolds输运定理是连续介质(例如流体)质量/动量/能量输运规律的共同基础,因而具有基本的理论重要性。本文通过详细对比分析说明:在理论力学中,基于一般质点系模型的变质量系统动力学与连续介质力学的输运规律,本质上具有相同的理论框架和分析工具。如果在任意质点系模型的基础上引入质点空间连续分布的假设,则可以将变质量离散体系的力学结论拓展至连续介质的基本输运规律(包括质量/动量/能量)。

多孔中药固体片剂孔隙率的太赫兹有效介质模型研究

目前对中药片剂的孔隙测量,一般采用的是具有破坏性的密度测量方法,缺乏无损量化方法。太赫兹辐射能用于无损的提取药物若干光学信息。针对直压型中药片剂,通过太赫兹时域和频域信号处理等不同方法分别计算各种片剂的有效折射率,发现两种方法得到的有效折射率和片剂的孔隙率均呈良好的线性关系。根据有效折射率特性,利用四种有效介质模型提取了中药片剂的孔隙率并进行量化回归,通过交叉验证与相对分析误差(RPD)发现通过时域信号处理的有效折射率得到的孔隙率回归模型解释性与验证准确性更高,其中最佳模型是Bruggeman模型(RPD=11.3325)。为中药多孔粉体制剂工艺优化提供支持。

基于压力与适应理论的护理干预结合规范化疼痛管理对肺癌脑转移患者手术后疼痛介质及心境状态的影响

目的探讨基于压力与适应理论的护理干预结合规范化疼痛管理对肺癌脑转移患者手术后疼痛介质及心境状态的影响。方法选取2020年5月至2021年8月在我院进行肺癌脑转移手术的96例患者,将其随机分为对照组(48例,常规护理)和观察组(48例,在对照组基础上实施基于压力与适应理论的护理干预结合规范化疼痛管理)。比较两组的干预效果。结果干预后,观察组的5-羟色胺(5-HT)、前列腺素E2(PGE2)水平低于对照组(P<0.05)。干预后,观察组的广泛性焦虑障碍量表(GAD-7)、简明心境量表(BPOMS-SF)评分低于对照组(P<0.05)。干预后,观察组的自我感受负担量表(SPBS)各维度评分低于对照组(P<0.05)。干预后,观察组的生活质量综合评定问卷-74(GQOLI-74)各维度评分高于对照组(P<0.05)。结论基于压力与适应理论的护理干预结合规范化疼痛管理有助于减轻肺癌脑转移患者术后疼痛程度,改善心境状态,提高生活质量,值得推广。