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Damage degradation mechanism and macro-meso structural response of mudstone after water wetting
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作者 SHAO Zhixin SONG Yanqi +3 位作者 ZHENG Junjie SHEN Fuxin LIU Chuanpeng YANG Juntao 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2024年第8期2825-2843,共19页
The predominant presence of weak interlayers primarily composed of mudstone renders them highly susceptible to a reduction in bearing capacity due to the water-rock weakening effect,significantly impacting the safety ... The predominant presence of weak interlayers primarily composed of mudstone renders them highly susceptible to a reduction in bearing capacity due to the water-rock weakening effect,significantly impacting the safety of open-pit mining operations.This study focuses on the weak mudstone layers within open-pit mine slopes.The mineral composition of mudstone and the microstructure evolution characteristics before and after water wetting were analyzed by X-ray diffraction(XRD)and scanning electron microscope(SEM).The meso-structure and parameter variation characteristics of mudstone interior space after water-rock interaction were quantified by computed tomography scanning test,and the damage variable characterization method was proposed.Additionally,according to the uniaxial compression test,the degradation characteristics of the macroscopic mechanical behavior of mudstone under different water wetting time were explored,and the elastic modulus and strength attenuation model of mudstone based on mesoscopic damage were established.Finally,building upon the macro-meso structural response characteristics of mudstone,an exploration of the failure characteristics and deterioration mechanism under the influence of water-rock interactions was undertaken.The results show that the water-rock interaction makes the internal defects of mudstone gradually develop and form a fracture network structure,which eventually leads to the deterioration of its macroscopic mechanical properties.The porosity,fractal dimension and damage characteristics of mudstone show an exponential trend with the increase of water wetting time.Moreover,the deterioration mechanism of mudstone after water wetting are postulated to encompass factors such as the hydrophilicity of mineral molecular structures,hydration stress and expansion effects on clay particles,as well as the spatial distribution of microcracks and the phenomenon of fracture adsorption.The outcomes of this research endeavor aim to provide certain reference value for further understanding the water-rock interaction and stability control of mudstone slope. 展开更多
关键词 Moisture absorption of mudstone Computed tomography scanning test Fracture structure evolution macro-meso structural response Deterioration mechanism
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三维机织复合材料的连接性能与失效机制
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作者 张茜 张一帆 +7 位作者 邹齐 张鹏 焦亚男 安柳絮 刘燕峰 张代军 郝俊杰 陈利 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第9期5-11,66,共8页
为了研究织物结构对三维机织复合材料连接性能的影响,设计了多层多向机织结构和层联机织结构复合材料,建立了开孔连接结构宏细观耦合分析模型,揭示了三维机织复合材料连接失效机制。研究表明:±45°纱所占的比例对复合材料机械... 为了研究织物结构对三维机织复合材料连接性能的影响,设计了多层多向机织结构和层联机织结构复合材料,建立了开孔连接结构宏细观耦合分析模型,揭示了三维机织复合材料连接失效机制。研究表明:±45°纱所占的比例对复合材料机械连接的挤压强度具有重要影响,±45°纱线的引入,可以提高承载纱线的含量,能够有效改善孔边的应力集中现象;多层多向机织复合材料主要发生0°纱、90°纱和斜向纱的横纵向的损伤,损伤最初发生在孔边并逐渐扩展且呈对称分布,载荷的传递方向和损伤的传播方向呈现角度的特征。 展开更多
关键词 三维机织复合材料 开孔连接 宏细观耦合模型 力学行为 失效机制
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Three dimensional discrete element modelling of the conventional compression behavior of gas hydrate bearing coal
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作者 Xia Gao Nannan Wang +4 位作者 Baoyong Zhang Qiqi Lin Qiang Wu Wei Meng Xia Liu 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI CAS CSCD 2024年第1期61-77,共17页
To analyze the relationship between macro and meso parameters of the gas hydrate bearing coal(GHBC)and to calibrate the meso-parameters,the numerical tests were conducted to simulate the laboratory triaxial compressio... To analyze the relationship between macro and meso parameters of the gas hydrate bearing coal(GHBC)and to calibrate the meso-parameters,the numerical tests were conducted to simulate the laboratory triaxial compression tests by PFC3D,with the parallel bond model employed as the particle contact constitutive model.First,twenty simulation tests were conducted to quantify the relationship between the macro–meso parameters.Then,nine orthogonal simulation tests were performed using four meso-mechanical parameters in a three-level to evaluate the sensitivity of the meso-mechanical parameters.Furthermore,the calibration method of the meso-parameters were then proposed.Finally,the contact force chain,the contact force and the contact number were examined to investigate the saturation effect on the meso-mechanical behavior of GHBC.The results show that:(1)The elastic modulus linearly increases with the bonding stiffness ratio and the friction coefficient while exponentially increasing with the normal bonding strength and the bonding radius coefficient.The failure strength increases exponentially with the increase of the friction coefficient,the normal bonding strength and the bonding radius coefficient,and remains constant with the increase of bond stiffness ratio;(2)The friction coefficient and the bond radius coefficient are most sensitive to the elastic modulus and the failure strength;(3)The number of the force chains,the contact force,and the bond strength between particles will increase with the increase of the hydrate saturation,which leads to the larger failure strength. 展开更多
关键词 Gas hydrate bearing coal Discrete element method Triaxial compression test macro-meso mechanical propertie
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深部原位应力环境下岩心饼化响应特征及反馈机制初探
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作者 高明忠 何坤宸 +6 位作者 叶思琪 谢晶 杨本高 李飞 郝海春 刘军军 杨尊东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1845-1859,共15页
地应力数据是一切深部工程的基础,传统测量方法获取的深部地应力信息效率低且未形成统一的规程规范,理论多是建立在诸多假设基础上,准确性难以评估。深部高地应力区通常有比较明显的岩心饼化特征,且不同应力环境产生的饼化形貌各异,通... 地应力数据是一切深部工程的基础,传统测量方法获取的深部地应力信息效率低且未形成统一的规程规范,理论多是建立在诸多假设基础上,准确性难以评估。深部高地应力区通常有比较明显的岩心饼化特征,且不同应力环境产生的饼化形貌各异,通过岩心饼化反演地应力有望作为一种科学经济、方便快捷的地应力推算方法。试图通过探究深部原位应力条件下岩心饼化行为的力学机制,定义二维条件下的饼化烈度系数,以期实现基于岩心饼化特征计算原位地应力。以松辽盆地松科二井不同深度饼化岩心为研究对象,利用三维数据形貌采集系统获得了饼化岩心的宏观形貌,采用X射线衍射和岩相薄片等测试手段,分析得到了饼化岩心的矿物成分和微观结构;同时,基于离散元分析了不同应力条件下岩心的饼化行为力学机制。结果表明:松科二井饼化岩心形貌特征可分为破碎状、薄饼状、厚饼状、不规则状、半饼化状5类,端面断口形态包括错台状、平面状、灯盏状和花瓣状;岩饼的形貌特征与其埋藏深度、硬质矿物含量和破坏模式有较强的关联性;岩心饼化行为主要受到张拉应力控制,其裂隙起裂一般起始于岩心根部,由外向内向下呈凹陷状或平面状贯通岩心。水平主应力是影响岩心饼化行为的第一要素,高水平主应力能够诱发剧凹状的岩心断口和较宽的带状拉裂纹,垂直主应力是影响岩心饼化的次要因素,一般会抑制饼化行为的发生;钻进过程中岩心饼化行为的发生伴随着能量的规律性变化,其中总应变能呈阶梯状下降,耗散能呈对应的阶梯状上升,且总应变能的瞬时释放是造成岩心饼化的主要原因。研究成果有望为岩心饼化反演地应力提供新思路和有益借鉴。 展开更多
关键词 岩心饼化 松科二井 颗粒离散元 宏细观特征 破坏模式
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基于原位拉伸的HTPB推进剂多尺度损伤演化分析 被引量:1
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作者 李永强 李高春 林明亮 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期124-132,共9页
作为由填料和基体混合而成的复合材料,端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂的损伤主要涉及颗粒的破碎、基体的断裂以及粘结界面层的脱粘,为进一步探究其在外载作用下结构损伤和力学性能的演变,通过微CT、高速CCD相机,以及全原子分子动力学模拟,... 作为由填料和基体混合而成的复合材料,端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂的损伤主要涉及颗粒的破碎、基体的断裂以及粘结界面层的脱粘,为进一步探究其在外载作用下结构损伤和力学性能的演变,通过微CT、高速CCD相机,以及全原子分子动力学模拟,实现原位加载下推进剂多尺度损伤分析。结果表明,推进剂典型损伤过程起始于粘结界面层破坏,扩展于脱粘孔隙的增长,演化于孔隙的合并,加速于局部大变形的汇集,终止于基体的断裂;界面结合能和应力集中程度使得大粒径高氯酸铵(AP)颗粒最先脱粘,且孔隙率与应变呈现类指数函数关系;微观界面层牵引⁃分离曲线符合指数型内聚力模型,微观空隙的萌生与扩展破坏了其内聚性,而分子间距则影响了应力的演变。 展开更多
关键词 宏细观结构 数字图像处理 分子动力学 HTPB推进剂 力学性能
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A macro-meso constitutive law for concrete having imperfect interface and nonlinear matrix 被引量:1
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作者 Qing Zhang XiaoZhou Xia 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2009年第3期634-640,共7页
The overall behavior of concrete depends on its meso structures such as aggregate shape, interface status, and mortar matrix property. The two key meso structure characters of concrete, bond status of interface and no... The overall behavior of concrete depends on its meso structures such as aggregate shape, interface status, and mortar matrix property. The two key meso structure characters of concrete, bond status of interface and nonlinear property of matrix, are considered in focus. The variational structure principle is adopted to establish the macro-meso constitutive law of concrete. Specially, a linear reference composite material is selected to make its effective behavior approach the nonlinear overall behavior of concrete. And the overall property of linear reference composite can be estimated by classical estimation method such as self-consistent estimates method and Mori-Tanaka method. This variational structure method involves an optimum problem ultimately. Finally, the macro-meso constitutive law of concrete is established by optimizing the shear modulus of matrix of the linear reference composite. By analyzing the constitutive relation of concrete established, we find that the brittleness of concrete stems from the imperfect interface and the shear dilation property of concrete comes from the micro holes contained in concrete. 展开更多
关键词 imperfect interface matrix nonlinear property VARIATIONAL structure PRINCIPLE macro-meso CONSTITUTIVE law CONCRETE
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基于颗粒真实几何形状的含瓦斯水合物煤体三轴试验离散元模拟
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作者 高霞 要远 《黑龙江科技大学学报》 CAS 2024年第4期583-590,共8页
为了更加真实地模拟含瓦斯水合物煤体的力学特性,采用电镜扫描及二维离散元程序,提出了一种基于球度和扁平度的随机几何模型生成技术,建立基于室内三轴试验结果的二维离散元模型。通过构建不同瓦斯水合物饱和度的数值试样,模拟三轴压缩... 为了更加真实地模拟含瓦斯水合物煤体的力学特性,采用电镜扫描及二维离散元程序,提出了一种基于球度和扁平度的随机几何模型生成技术,建立基于室内三轴试验结果的二维离散元模型。通过构建不同瓦斯水合物饱和度的数值试样,模拟三轴压缩下含瓦斯水合物煤体的力学特性及变形破坏规律,从细观角度探究饱和度对其力学性质的影响机理。结果表明:随着饱和度增大,试样峰值强度和弹性模量呈线性增加,剪缩量略微减小,剪胀量明显增大;所有试样均呈先剪缩后剪胀,饱和度越大,进入剪胀阶段越快;当饱和度从20%提升至60%,试样内部的强力链数量明显增多,颗粒间的最大接触力提升了约50%,说明水合物越多,颗粒间粘结作用越强,从而提升了试样的峰值强度。 展开更多
关键词 含瓦斯水合物煤 不规则颗粒 宏细观力学特性
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循环载荷对岩石节理宏细观剪切特性影响的模拟研究 被引量:5
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作者 蒋宇静 张孙豪 +3 位作者 栾恒杰 陈连军 张广超 王长盛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期199-211,共13页
岩石节理在循环载荷作用下会不断的滑移和闭合,导致其承载性能不断劣化,进而影响岩体工程的稳定性。为探明循环载荷作用下节理的剪切特性,首先开展了节理剪切试验以标定模拟中的物理力学参数和确定循环载荷的特征参数,然后采用基于FISH... 岩石节理在循环载荷作用下会不断的滑移和闭合,导致其承载性能不断劣化,进而影响岩体工程的稳定性。为探明循环载荷作用下节理的剪切特性,首先开展了节理剪切试验以标定模拟中的物理力学参数和确定循环载荷的特征参数,然后采用基于FISH语言二次开发的循环剪切加载实现方法,进行了不同加载幅值(1.5、1.7、1.9、2.1和2.3 MPa)、不同加载频率(0.1、0.5、1.0、1.5和2.0 Hz)等循环剪切载荷作用下的粗糙节理剪切数值模拟,研究了岩石节理的宏细观剪切特性以及循环载荷特征参数对节理剪切特性的影响。结果表明:随着剪切载荷的循环加卸,节理表面损伤会导致节理剪切应力-剪切位移曲线出现滞回效应。循环剪切初期滞回环较小且分布密集,后期滞回环较大且分布疏松。剪切过程中节理的裂纹分布和接触力分布与节理表面的粗糙体相关,剪切初期裂纹和高接触力大都集中在二阶凸起上,随着二阶凸起破坏逐渐作用到一阶凸起上,一阶凸起破坏后节理发生失稳破坏。节理剪切位移的增长趋势与累计裂纹数量的增长趋势总体一致。剪切初期仅有少量裂纹在应力峰值附近产生,而后期裂纹产生时对应的应力范围和裂纹数量都显著增加。加载幅值越大,每个循环内产生的节理损伤越多,节理剪切位移也越大,达到相同目标位移所需的循环次数与加载幅值成反比。加载频率越大,每个循环内节理产生的损伤越少,节理剪切位移也越小,达到目标剪切位移所经历的循环次数与加载频率成正比。加载频率越低,加速阶段越短,节理发生失稳破坏越突然。 展开更多
关键词 岩石节理 循环载荷 剪切特性 宏细观
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基于孪晶强化Johnson-Cook本构宏细观仿真模型的镁合金高速冲击变形机理 被引量:1
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作者 刘筱 张晓峰 +3 位作者 谢超 刘阳 朱必武 郭鹏程 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3650-3661,共12页
基于孪晶强化Johnson-Cook本构(J-C本构)构建有限元(Finite element method,FEM)耦合黏塑性自洽模型(Visco-plastic self-consistent model,VPSC)宏细观仿真模型,研究预孪晶AZ31镁合金高速冲击过程的力学响应、变形机制和织构演变。结... 基于孪晶强化Johnson-Cook本构(J-C本构)构建有限元(Finite element method,FEM)耦合黏塑性自洽模型(Visco-plastic self-consistent model,VPSC)宏细观仿真模型,研究预孪晶AZ31镁合金高速冲击过程的力学响应、变形机制和织构演变。结果表明:基于孪晶强化的J-C本构构建的宏细观仿真模型更能准确地预测高速冲击过程中次要变形机制及织构组分;引入孪晶强化的J-C本构不会对主要变形机制产生影响,主要影响次要变形机制;在次要变形机制中,棱柱面滑移活性的变化影响基面滑移的汇聚效应与锥面〈c+a〉滑移的分离效应之间的竞争关系,导致织构的组分和极密度发生变化。该宏细观仿真模型的构建,为研究高速冲击过程中潜在的变形机理提供了参考。 展开更多
关键词 AZ31镁合金 孪晶强化 Johnson-Cook本构 织构 宏细观仿真 高速冲击
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翻译生态环境视域下河北革命纪念馆外宣翻译研究
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作者 李雪瑾 马晓颖 +1 位作者 李颖 栾义敏 《文化创新比较研究》 2023年第26期173-177,共5页
该文以生态翻译理论为指导,分析了革命纪念馆外宣翻译的大环境、中环境和小环境,以及各级生态环境对翻译的要求。同时,以河北省内多个革命纪念馆的外宣翻译为例,分析了译者如何采用各种手段,使译文更好地适应翻译生态环境,达到更好的对... 该文以生态翻译理论为指导,分析了革命纪念馆外宣翻译的大环境、中环境和小环境,以及各级生态环境对翻译的要求。同时,以河北省内多个革命纪念馆的外宣翻译为例,分析了译者如何采用各种手段,使译文更好地适应翻译生态环境,达到更好的对外宣传效果。研究认为,革命纪念馆外宣翻译首先应致力于讲好中国共产党的革命故事,让外国参观者更好地了解党的奋斗历程,满足大环境对翻译的要求。另外,应使译文贴近国外受众对中国信息的要求,从而适应外宣翻译的中环境。最后,译者应在不同的维度进行适应性选择转换,从而更好地满足小环境对翻译的要求。 展开更多
关键词 生态翻译学 革命纪念馆 外宣 大环境 中环境 小环境
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沥青面层混合料松弛模量的跨尺度拟合分析
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作者 付军 贾大伟 +3 位作者 杨荣琦 孙毅 魏哲文 龚锋 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2023年第2期312-316,322,共6页
文中采用广义Maxwell模型和5单元Prony级数,定义沥青砂浆及混合料的松弛模量参数,建立100 mm×300 mm的沥青砂浆松弛试验有限元模型,采用时域分析方法拟合得到沥青砂浆松弛模量的Prony级数参数.基于细观多相介质假设与黏弹性本构关... 文中采用广义Maxwell模型和5单元Prony级数,定义沥青砂浆及混合料的松弛模量参数,建立100 mm×300 mm的沥青砂浆松弛试验有限元模型,采用时域分析方法拟合得到沥青砂浆松弛模量的Prony级数参数.基于细观多相介质假设与黏弹性本构关系,使用参数化建模和随机投放算法,实现了沥青混合料的细观组成模拟.考虑细观-宏观跨尺度关联机理,利用有限元模拟沥青混合料松弛试验,预测沥青混合料松弛模量及Prony级数参数,分别代入半刚性与柔性沥青路面组合分析其应力响应.结果表明:沥青砂浆Prony级数参数预测值与真实试验结果吻合良好,相对误差不超过1.2%.沥青砂浆分析区域von Mises应力与竖直方向应力S22基本相等,随着松弛时间的增加逐渐减小,有明显的应力松弛现象,与松弛试验真实情况相符.跨尺度预测的沥青混合料松弛模量参数在合理范围以内,解释了沥青路面恢复存在滞后性与残余应力. 展开更多
关键词 道路工程 沥青混合料 松弛模量 Prony级数参数 细观-宏观尺度关联 跨尺度预测模型
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三轴剪切条件下胶结型深海能源土应变局部化离散元模拟分析 被引量:3
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作者 王思远 蒋明镜 +1 位作者 李承超 张旭东 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3307-3317,3338,共12页
天然气水合物(后简称为“水合物”)开采期间会导致其储层的变形和破坏,继而引发一系列的工程问题。为实现水合物安全有效的开采,需要对其赋存条件下的水合物沉积物(后称为“能源土”)的剪切变形特性进行相应研究。采用温-压-力-化胶结... 天然气水合物(后简称为“水合物”)开采期间会导致其储层的变形和破坏,继而引发一系列的工程问题。为实现水合物安全有效的开采,需要对其赋存条件下的水合物沉积物(后称为“能源土”)的剪切变形特性进行相应研究。采用温-压-力-化胶结接触模型用以考虑水合物的胶结效应和对赋存环境温度压力的敏感性。此外,柔性边界被应用于离散元模拟的三轴剪切试验,用以保证剪切带的充分演化。通过考虑局部变形、孔隙率、平均纯转动率、胶结破坏及组构各项异性等变量研究了剪切带的形成规律及其宏微观机制。结果表明:(1)在三轴剪切试验中所采用的柔性边界在有效模拟深海能源土的应力-应变及体变响应的同时保证了试样的自由变形。(2)剪切带在剪切初期应变硬化阶段已经开始萌发,并在应变软化阶段愈发明显。(3)剪切带内外宏微观参量例如颗粒转动、局部孔隙率变化等均表现出明显差异。(4)水合物胶结的存在对于其宿主砂土具有双重作用,一方面增强了其强度特性,另一方面作为剪切过程中的薄弱环节率先发生破坏促使剪切带的萌发。研究结果对于理解深海能源土变形中的细观演化机制具有参考价值。 展开更多
关键词 能源土 离散元法 应变局部化 宏细观机制
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基于改进BP算法的岩石宏细观参数轻量化分析方法 被引量:3
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作者 任俊卿 肖明 刘国庆 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期207-218,共12页
针对PFC3D细观参数多、宏细观参数间影响机制分析难度大、参数标定模型可解释性不足等问题,以细观参数轻量化分析目标,通过引入含陡度因子的功能函数、自适应Nest-erov动量法及自适应学习率提出了一种改进的BP算法进行轻量化建模.与传... 针对PFC3D细观参数多、宏细观参数间影响机制分析难度大、参数标定模型可解释性不足等问题,以细观参数轻量化分析目标,通过引入含陡度因子的功能函数、自适应Nest-erov动量法及自适应学习率提出了一种改进的BP算法进行轻量化建模.与传统BP算法对比表明:改进算法提升了传统算法的稳定性与收敛速度,能够合理准确的对宏细观参数间的敏感性进行量化,筛选出关键的细观参数并获得轻量化的宏细观参数分析模型.基于轻量化模型对宏细观参数间的相关性及影响机制进行分析,研究了单个及多个关键细观参数对宏观参数的影响规律,研究发现:弹模随等效模量增大呈线性增长;平行黏结刚度比对弹模的增长具有抑制作用且当刚度比较高时弹模减小幅度较大.泊松比和颗粒刚度比及平行黏结刚度比间均存在线性关系,而摩擦系数的增大将引起泊松比的非线性减小.强度参数对峰值强度均具有激励作用,当平行黏结抗拉及抗剪强度在较高水平下的组合对峰值强度的提升作用最为显著,内摩擦角主要对岩石的峰后强度具有一定影响,这是由于试样在峰后加载时,内摩擦角对于剪切带两侧的颗粒滑动具有一定的控制作用.研究成果对于PFC参数标定问题具有一定的参考价值. 展开更多
关键词 PFC3D 岩石 改进BP算法 自适应算法 宏细观 轻量化 标定
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走向新能源导引下的新营建
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作者 孙一民 胡晟国 张文豪 《当代建筑》 2023年第8期14-20,共7页
本文回溯新能源导引下,新营建一体化设计的内涵、类型及特征,结合近年实践研究,在微观层面,阐述了动态表皮、适应性设计、主动调节等发展趋势,探讨在技术与感知层面实现平衡;在中观层面,介绍了美学导向、光储直柔联动导向,探究了建筑融... 本文回溯新能源导引下,新营建一体化设计的内涵、类型及特征,结合近年实践研究,在微观层面,阐述了动态表皮、适应性设计、主动调节等发展趋势,探讨在技术与感知层面实现平衡;在中观层面,介绍了美学导向、光储直柔联动导向,探究了建筑融入街区、城市肌理的可能性;在宏观层面,建构了城市交通、零碳网络,探索新能源在城市一体化设计体系中的作用。 展开更多
关键词 新营建 微观调控 中观融合 宏观网络 低碳零能耗建筑
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椭球颗粒体系宏、细观特性的3维离散元分析 被引量:1
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作者 肖浩波 漆天奇 +2 位作者 杨舒涵 周伟 刘嘉英 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期78-86,共9页
颗粒材料由大量不同形状的离散颗粒组成,其力学特性与构成颗粒体系的颗粒形状密切相关。目前,关于颗粒形状对颗粒材料剪切强度的影响已有大量的物理试验或数值模拟试验研究,而非球形颗粒材料在复杂应力路径下的宏、细观力学特性认识还... 颗粒材料由大量不同形状的离散颗粒组成,其力学特性与构成颗粒体系的颗粒形状密切相关。目前,关于颗粒形状对颗粒材料剪切强度的影响已有大量的物理试验或数值模拟试验研究,而非球形颗粒材料在复杂应力路径下的宏、细观力学特性认识还不够充分。本文采用离散单元法(DEM)对按一定级配生成的不同伸长率的椭球颗粒体系进行等σ_(3)(第3主应力)及等b(中主应力比)的真三轴加载数值模拟试验,研究椭球颗粒体系的3维宏、细观力学特性,并验证常用3维强度准则对椭球颗粒体系的适用性。结果表明:在3维加载路径下,不同于圆球颗粒体系宏、细观演化规律的一致性,椭球颗粒体系的宏观应力面与细观组构面演化规律不一致,宏观应力比与强接触网络组构偏值/均值比线性不为1,这是因为椭球颗粒体系弱接触网络对宏观应力的贡献;椭球颗粒体系宏观体应变、细观法向接触力分布、接触数目及配位数分布等宏、细观指标与加载路径无关;随着椭球伸长率LAR增大,Mohr–Coulomb准则、Lade–Duncan准则、Mastsuoka–Nakai准则及施维成3维强度准则对φ_(max)(峰值内摩擦角)–b关系预测准确度逐渐增大,其中,Lade–Duncan准则能更好地拟合不同加载路径下椭球颗粒体系的数据点。研究为真实应力状态下椭球颗粒材料的宏、细观特性的认识提供了一定的理论基础。 展开更多
关键词 离散元 颗粒形状 真三轴数值试验 3维强度准则 宏、细观特性
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内压下轴编碳/碳复合材料喉衬细观结构与宏观应力状态的关联模型
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作者 寇钤芊 张光喜 +4 位作者 陈意高 刘苏骅 吴小军 校金友 文立华 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期770-778,共9页
针对内压作用下的中空轴编C/C复合材料设计问题,提出依据复合材料均匀化理论,将中空结构简化为功能梯度材料圆筒的构想,构建了轴编C/C复合材料细观结构与宏观应力分布的理论关联模型。以中空结构等应力分布为设计目标,采用所建立的关联... 针对内压作用下的中空轴编C/C复合材料设计问题,提出依据复合材料均匀化理论,将中空结构简化为功能梯度材料圆筒的构想,构建了轴编C/C复合材料细观结构与宏观应力分布的理论关联模型。以中空结构等应力分布为设计目标,采用所建立的关联模型设计获得轴编C/C复合材料的编织工艺方案,并通过有限元仿真验证了方案的正确性。结果表明,建立的关联模型为轴编C/C复合材料喉衬的编织工艺设计提供了理论支撑,通过对碳棒和纤维束排布规律等细观结构的设计,喉衬内外周向应力差减小了24.58%。 展开更多
关键词 轴编C/C复合材料 喉衬 中空结构 功能梯度 编织工艺设计 细观-宏观关联模型
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基于结构化变形驱动的非局部宏-微观损伤模型的真Ⅱ型裂纹模拟
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作者 任宇东 陈建兵 卢广达 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期390-402,共13页
Ⅱ型载荷作用下裂纹变形模式也为Ⅱ型的破坏问题称为真Ⅱ型破坏.准确定量地把握真Ⅱ型破坏的全过程是具有挑战性的问题.本文采用结构化变形驱动的非局部宏-微观损伤模型对真Ⅱ型破坏问题进行了模拟.根据结构化变形理论将点偶的非局部应... Ⅱ型载荷作用下裂纹变形模式也为Ⅱ型的破坏问题称为真Ⅱ型破坏.准确定量地把握真Ⅱ型破坏的全过程是具有挑战性的问题.本文采用结构化变形驱动的非局部宏-微观损伤模型对真Ⅱ型破坏问题进行了模拟.根据结构化变形理论将点偶的非局部应变分解为弹性应变与结构化应变两部分,进而利用Cauchy-Born准则与结构化应变计算点偶的结构化正伸长量.在本文中,结构化应变取为非局部应变的偏量部分.当点偶的结构化正伸长量超过临界伸长量时,微细观损伤开始在点偶层次发展.将微细观损伤在作用域中进行加权求和得到拓扑损伤,并通过能量退化函数将其嵌入到连续介质-损伤力学框架中进行数值求解.进一步地,本文采用Gauss-Lobatto积分格式计算点偶的非局部应变,将积分点数目降低到4个,显著降低了前处理和非线性分析的计算成本.通过对Ⅱ型加载下裂尖应变场的分析揭示了采用偏应变作为结构化应变的原因.对两个典型真Ⅱ型破坏问题的模拟结果表明,本文方法不仅可以把握Ⅱ型加载下的真Ⅱ型裂纹扩展模式,同时可以定量刻画加载过程中的载荷-变形曲线,且不具有网格敏感性.最后指出了需要进一步研究的问题. 展开更多
关键词 结构化变形 非局部宏-微观损伤模型 真Ⅱ型破坏 Gauss-Lobatto积分格式
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冻融循环下不同纤维掺量混凝土宏细观关系试验研究 被引量:1
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作者 付强 陶琦 +2 位作者 关喜彬 范剑雄 王悦石 《水电能源科学》 北大核心 2023年第2期159-162,共4页
为探究冻融循环下混杂纤维混凝土宏细观特性的关联性,开展以冻融循环周次及纤维体积掺量为变量的快速冻融循环试验。试验结果表明,不同冻融循环周次下,抗压强度与含气量、气泡间距系数及气泡平均弦长呈正相关关系、与气孔比表面积呈负... 为探究冻融循环下混杂纤维混凝土宏细观特性的关联性,开展以冻融循环周次及纤维体积掺量为变量的快速冻融循环试验。试验结果表明,不同冻融循环周次下,抗压强度与含气量、气泡间距系数及气泡平均弦长呈正相关关系、与气孔比表面积呈负相关关系,而冻融损伤量与气孔参数则呈相反规律,且均呈近似线性变化;冻融循环周次越大,抗压强度越低、冻融损伤量越大、含气量、气泡间距系数及气泡平均弦长也越大,而气孔比表面积越小;混杂纤维的掺入,优化了气孔结构,提高了抗冻性。 展开更多
关键词 纤维混凝土 冻融循环 气孔结构 宏细观关系 抗压强度 冻融损伤
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基于离散元的复合岩体结构面宏细观参数响应特征 被引量:1
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作者 姜耀飞 李清波 +1 位作者 陈艳国 高平 《人民长江》 北大核心 2023年第10期214-220,共7页
在基于离散元的复合岩体结构面数值模拟中,细观参数校核是重中之重,而探讨宏细观参数之间的响应特征可为细观参数校核提供重要依据。分别利用粘结强度清除法和Smooth-joint模型建立复合平直结构面数值模型,深入分析了两种不同方法所建... 在基于离散元的复合岩体结构面数值模拟中,细观参数校核是重中之重,而探讨宏细观参数之间的响应特征可为细观参数校核提供重要依据。分别利用粘结强度清除法和Smooth-joint模型建立复合平直结构面数值模型,深入分析了两种不同方法所建立的结构面宏细观参数响应关系。研究结果表明:在基于粘结强度清除法的平直结构面模型中,峰值强度与细观颗粒摩擦系数值呈正相关;应用Smooth-joint模型模拟结构面时,细观基本摩擦系数(sj_fric)与结构面宏观基本摩擦角呈正相关且约等于其反正切值;细观法向刚度(sj_kn)和细观切向刚度(sj_ks)分别与结构面宏观的法向刚度和切向刚度呈正相关。最后结合拟合与试错法给出了新的参数校核模型,该模型具有准确和效率高的优点,可为结构面细观参数快速、高精度校核提供重要参考。 展开更多
关键词 结构面 宏细观参数 细观参数校核 离散元理论 复合岩体
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基于精细化数值模拟的EPS轻质土宏细观变形机理研究 被引量:1
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作者 申志福 沈光明 +1 位作者 王志华 高洪梅 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期931-939,共9页
EPS轻质土是双固相组分(水泥土与EPS颗粒)、具有特殊细观结构的混合土。当前对其宏观力学特性研究较多,而对细观力学响应规律研究甚少。为此,分别在Mohr-Coulomb模型和Drucker-Prager模型框架内,基于水泥土和EPS材料试验结果规律总结,... EPS轻质土是双固相组分(水泥土与EPS颗粒)、具有特殊细观结构的混合土。当前对其宏观力学特性研究较多,而对细观力学响应规律研究甚少。为此,分别在Mohr-Coulomb模型和Drucker-Prager模型框架内,基于水泥土和EPS材料试验结果规律总结,发展了二者的简单实用本构模型;基于水泥土和EPS材料界面剪切试验,总结了界面剪切硬化/软化规律;对EPS轻质土三轴剪切试验进行精细化数值模拟,再现了EPS轻质土宏观应力-应变响应规律和试样变形模式。基于精细化模拟分析发现,EPS轻质土的整体剪切、局部鼓胀、整体均匀3种宏观变形模式是细观力学响应的结果,EPS颗粒与水泥土两种材料力学特性的差异引起试样内部应力、应变的非均匀分布,EPS颗粒的非均匀排列强化应力、应变非均匀分布程度,两种因素共同决定试样宏观变形的非均匀性。 展开更多
关键词 EPS轻质土 宏细观机理 三轴剪切试验 变形模式 精细化数值模拟
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