Electrical Impedance Tomography Based on Direct Search Method

Solution to impedance distribution in electrical impedance tomography （EIT） is an ill-posed nonlinear inverse problem. It is especially difficult to reconstruct an EIT image in the center area of a measured object. Tikhonov regularization with some prior information is a sound regnlarization method for static electrical impedance tomography under the condition that some true impedance distribution information is known a priori. This paper presents a direct search method （DSM） as pretreatment of image reconstruction through which one not only can construct a regularization matrix which may locate in areas of impedance change, but also can obtain an initial impedance distribution more similar to the true impedance distribution, as well as better current modes which can better distinguish the initial distribution and the true distribution. Simulation results indicate that, by using DSM, resolution in the center area of the measured object can be improved significantly.

极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制方法研究

极近距离煤层传统长壁开采,受上层遗留煤柱和采空区垮落等因素的影响,下煤层开采过程中应力环境复杂、矿压显现剧烈,易诱发巷道围岩大变形。为解决上述问题,提出了极近距离条件下巷道定向切顶–约束高强支护无煤柱自成巷控制方法。通过顶板定向预裂切顶,主动改变顶板悬臂结构,切断采空区向巷道顶板的应力传递。充分利用矿山压力和岩体碎胀特性,取消煤柱留设,结合高强支护加强巷道顶板整体性,共同实现切顶自成巷。建立了极近距离煤层开采覆岩结构模型,计算了下煤层切顶自成巷巷旁支护阻力。以典型极近距离煤层为工程背景,开展了不同开采方法的数值试验对比研究,结果表明,提出的自成巷控制方法使巷道围岩应力降低59.8%,巷道顶板变形减少70.8%,并明确了极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制机理。在此基础上,开展了典型极近距离煤层工程设计及现场应用研究,结果表明该方法有效降低了矿压显现程度,保证了自成巷的安全稳定控制。

冷弯薄壁卷边C形不锈钢梁的力学性能试验

为了研究冷弯壁薄卷边C形钢受弯构件的力学性能,以冷弯薄壁不锈钢梁为研究对象,重点研究加载条件、跨度对构件屈曲模式和受弯承载力的影响。结果发现:试件的加载条件和跨度对冷弯薄壁卷边C形钢受弯构件屈曲模式和极限承载力的影响显著,纯弯加载下的短梁极限承载力高达169.1 kN,破坏模式为畸变屈曲,其余试件破坏模式也为畸变屈曲;腹板V型加劲能够有效抑制腹板鼓曲的产生,提高试件的极限承载力。利用现有直接强度法修正公式的计算结果与试验结果进行对比,以验证公式的准确性。

冷弯不等肢复杂卷边角钢轴压试验及承载力设计方法

为研究冷弯薄壁不等肢复杂卷边角钢屈曲性能和稳定承载力设计方法,对24根不同截面、长细比、宽厚比的不等肢复杂卷边角钢进行了轴压试验。试验结果表明,长细比较大且宽厚比较小的试件易发生弯扭屈曲,长细比较小而宽厚比较大的试件易发生局部屈曲或弯扭和局部相关屈曲。采用ABAQUS有限元软件对试件进行了有限元模拟,屈曲模式和承载力与试验结果吻合良好,表明建立的有限元分析模型是可行的。因此可采用经验证的有限元模型对不同长细比、卷边形式和卷边比的轴心受压不等肢复杂卷边角钢进行了参数化分析。结果表明,试件极限承载力受长细比的影响最为明显,将卷边比控制在一定范围内或改变卷边形式可提高试件极限承载力。最后将试验结果与直接强度法计算结果进行对比,表明直接强度法计算试件承载力较不安全。因此基于试验和数值分析结果提出轴心受压冷弯薄壁不等肢复杂卷边角钢构件考虑整体屈曲后强度的直接强度法修正公式,并通过对比试验结果和有限元分析结果验证了该修正公式的准确性和可行性。

矿山尾砂胶结充填体抗拉强度测试方法研究进展

矿山尾砂胶结充填是实现金属矿绿色开采的重要技术载体,尾砂胶结充填体抗拉力学性能是影响矿山采场充填体整体稳定性以及确保相邻采场安全高效充填采矿的关键要素。科学、准确测量尾砂胶结充填体抗拉强度是确保矿山充填材料强度合理设计的重要环节。尾砂胶结充填材料属于低强度材料,我国尚无针对尾砂胶结充填材料抗拉性能的统一试验方法或测试标准。系统回顾了矿山充填材料抗拉强度测试方法的应用情况,并指出了当前借鉴混凝土、岩土工程等领域抗拉强度测试方法存在的问题。从抗拉强度直接拉伸测试方法、抗拉强度间接拉伸测试方法和适用于尾砂胶结充填材料的抗拉强度测试方法创新3个方面介绍了最新的测试方法研究应用进展。首先系统梳理总结了4种直接拉伸测试方法及其应用场景,然后研究分析了3种间接拉伸测试方法及其应用条件,并对比分析了两大类不同测试方法的优缺点。在研究分析上述测试方法的基础上,并考虑尾砂胶结充填材料的力学特性,创新发明了一种“工字型”尾砂胶结充填体抗拉强度测试法,研发了相应的压-拉转换装置,实现了用单轴压缩的方式开展胶结充填体试样直接拉伸测试。经中国和加拿大相关矿山和研究机构验证,该方法是适用于矿山尾砂胶结充填材料抗拉性能测试的科学方法,目前已被国际矿业咨询机构—Paterson&Cooke公司、加拿大2家矿业公司、中国3家矿业公司采用,可为国内外金属矿山充填采矿研究与设计提供参考与技术支撑。

土体抗拉强度试验研究方法的综述

土体抗拉强度比抗压和抗剪强度数值更小,因此时常被忽略,造成理论及试验的落后。文中系统归纳了土体抗拉强度的间接和直接方法,对比分析了现有试验方法的优缺点,结果表明:(1)土体抗拉强度的单轴拉伸方法按照力的加载方向可以分为垂直法和水平法,而垂直法中土样破坏前上半部分的重量会影响试验的准确性;(2)常用的土样固定方式有粘结、锚固、摩擦力和夹持,它们各有优势,但夹持较前三者更便捷和可操作。最后,提出水平单轴拉伸试验的后续仍需优化的问题。如制样脱模中土样的损耗、土样受拉段应力分布差,无法适用于大骨料砾质土、土样固定方式繁琐、土样与平台间的摩擦力难以消除等。

冷弯薄壁折叠翼缘C形不锈钢构件受弯性能分析

为了在同成本下获得更高效的截面形式,利用ABAQUS对前期六组V形加劲C形截面奥氏体304不锈钢受弯构件建立有限元简化数值分析模型,将得到的结果与试验结果进行了对比验证。对应上述六组受弯构件设计了四组与其用钢量相同,但尺寸分布不同的折叠翼缘不锈钢受弯构件,共24组;探讨了折叠翼缘截面不锈钢受弯构件在四点受弯作用下的构件承载性能,并将其与C形截面不锈钢受弯构件的承载性能进行了对比。利用现有的设计计算方法计算了24组折叠翼缘截面受弯构件的极限承载力,并将其与有限元得到的结果进行了比较。对比发现:相同用钢量的情况下,当折叠翼缘截面腹板高度与斜翼缘在腹板平面内的投影长度值之和较C形截面腹板高度提升12%以上时,折叠翼缘截面不锈钢梁的极限承载性能比C形截面更优异,截面形式更加高效。现有的计算方法计算腹板V形加劲的折叠翼缘受弯构件得到的结果比较理想,误差较小;而对于平翼缘V形加劲且宽度较小的构件,计算得到的结果偏大,不能准确地预测构件的极限承载能力。

冷弯薄壁型钢T形拼合柱轴压性能研究与承载力计算

冷弯薄壁型钢(CFS)全螺栓垫板连接T形拼合柱是一种新型拼合截面柱,在全螺栓连接框架结构中承受集中荷载。目前关于全螺栓连接T形CFS拼合柱轴心受力性能的研究报道较少。基于已有的试验研究成果,建立准确可靠的T形CFS拼合柱数值分析模型,选取构件长细比、板材厚度、垫板的纵向间距等参数,研究在轴压作用下各重要参数对T形CFS拼合柱极限承载力和屈曲模态的影响。结果表明:随着长细比的增大,T形CFS拼合柱的屈曲模式由局部与畸变相关屈曲逐渐转变为整体屈曲,当长细比<104.7时,长细比变化对构件承载力的影响不明显;板厚对构件的承载力变化具有显著影响,在长细比较大的情况下可以改变构件的屈曲模式;垫板的纵向间距对构件的承载力和屈曲模式影响较小,不同垫板纵向间距的构件极限承载力变化均在4.5%以内。最后,将试验和数值分析结果与北美规范中直接强度法计算的名义承载力对比,评估直接强度法对于此类拼合柱承载力计算的适用性。

某堆填土欠稳定高边坡抗剪强度参数取值研究

梧州市某楼盘在建筑安全影响范围内有一削坡形成的高度20~45 m的堆填土高边坡,存在较大滑塌安全隐患,需对该欠稳定高边坡综合整治处理。为取得符合实际的、经济合理的边坡设计抗剪强度参数,采用了综合法确定抗剪强度参数,即采用现场原位直剪试验、室内重塑土样试验、多元线性回归法等,综合分析确定欠稳定高边坡的抗剪强度参数。结果表明:采用综合法参数取值能优化边坡设计、缩短治理工期、节约治理费用,治理效果显著。

某建筑外墙饰面砖检测鉴定及脱落现象原因分析

由于近年来外墙饰面砖的脱落问题已逐渐突出,如何准确判断外墙饰面砖是否存在缺陷及缺陷的范围是预防和修缮外墙面砖的关键因素。本文以某工程为例,采用外观检查法、直接敲击法和红外热像法对外墙存在的缺陷进行检测,并通过对外墙面的构造检测和材料黏结强度检测,综合判断外墙面砖的空鼓范围、存在的缺陷,从而进行原因分析,为后续的修缮工程或采取预防面砖剥落的措施提供技术依据。

基于DSM-CSI的非线性逆散射算法研究

由于反演问题中散射体所处区域和散射体个数信息的缺失,进而导致非线性逆散射方法的待重构空间维数高和运算代价高.基于线性逆散射方法在重构目标区域和目标个数信息的计算代价低,本文提出一种DSM(Direct Sampling Method)线性方法和CSI(Contrast Source Inversion)非线性方法相结合的非线性逆散射方法.该方法利用DSM方法的重构结果为CSI方法提供散射体所处区域和散射体个数的先验信息,进而降低待重构空间的维数以及非线性逆散射问题的计算量.实验计算结果证明了该方法的有效性.

轴心受压冷弯薄壁等肢角钢屈曲承载力试验与设计方法研究

为研究轴心受压冷弯薄壁等肢角钢屈曲性能和承载力设计方法,对32根不同截面和长细比的等肢角钢进行了轴压承载力试验。试验结果表明,冷弯薄壁等肢角钢轴压长柱试件发生弱轴弯曲屈曲,中长柱和短柱试件主要发生局部屈曲和强轴弯曲屈曲,且表现出较好局部屈曲后强度。采用ABAQUS有限元软件对试验试件进行了模拟,屈曲模式和承载力分析结果与试验结果吻合良好,表明采用有限元模型分析此类等肢角钢屈曲和承载力是可行的。进而采用有限元模型对轴心受压等肢角钢进行了参数化分析,发现长细比越大,构件极限承载力越小;随着宽厚比的增大,极限承载力增长减缓;随着钢材屈服强度的提高,构件极限承载力与屈服承载力比值增大不明显。将试验结果与直接强度法计算结果进行对比,发现采用直接强度法计算角钢承载力偏于保守。最后基于试验和数值分析结果提出轴心受压冷弯薄壁等肢角钢构件承载力计算的直接强度法修正公式,试验结果表明修正公式可行。

基于构件直接分析法的高强钢压弯构件平面内稳定研究

基于构件直接分析法,建立了横向荷载作用下两端简支初弯曲压弯构件平面内稳定的通用分析过程,得到了挠度的一般表达式和二阶弯矩的一般表达式。以全跨均布荷载、跨中集中荷载作用下初弯曲压弯构件为研究对象,采用数形结合法确定了最大二阶弯矩的位置,得到了对应的最大二阶弯矩、C_(mx)系数的表达式,基于边缘屈服准则确定了轴压力-弯矩相关方程。对比了C_(mx)系数与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中的等效弯矩系数,并通过数值算例验证了分析结果的正确性。结果表明:对于横向荷载作用下两端简支初弯曲压弯构件的平面内失稳,不需要采用等效弯矩概念和等效弯矩系数进行内力的确定,GB 50017—2017中的等效弯矩系数未实现等效的效果;当采用《高强钢结构设计标准》(JGJ/T 483—2020)设计压弯构件的平面内稳定时,建议采用C_(mx)系数代替GB 50017—2017中的等效弯矩系数。

卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲直接强度法

为研究轴心受压卷边C形截面不锈钢柱的畸变屈曲承载力,采用ABAQUS软件对不锈钢轴压构件进行了非线性有限元模拟,并通过现有试验验证了有限元模型计算结果的准确性。弹性畸变屈曲荷载是采用直接强度法(DSM)的关键参数,首先研究了边界条件对构件承载力的影响,然后对比分析了现有轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力的计算方法与试验结果,发现BECQUE等提出的DSM公式与AISI中的畸变屈曲DSM公式均不能准确地预测卷边C形截面不锈钢构件的畸变屈曲承载力。最后,在大量有限元分析的基础上提出了轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力计算公式,并采用现有的试验结果验证了该公式的准确性。

土石混合体注浆加固数值模拟研究

采用离散元方法,从微观角度分析在水泥浆和聚氨酯2种注浆材料作用下土石混合体试样内部结构、破坏模式、抗剪强度的变化,获取了不同注浆材料对土石混合体注浆加固效果的影响。结果表明,注浆后,试样的抗剪强度均得到不同程度的提升,在低法向应力作用下,聚氨酯的加固效果优于水泥浆,在高法向应力作用下,水泥浆的加固效果优于聚氨酯。未注浆和注水泥浆土石混合体试样在直剪过程中,剪切破坏面主要沿着土-石界面发育;聚氨酯注浆试样在直剪过程中,张裂隙主要在土-石界面的上部发育,且砾石间剪裂隙大大减少,试样的完整性大幅提高。

腹板开孔冷弯槽钢轴压构件直接强度法研究

北美冷弯型钢结构设计规范(AISI S100—2016)(简称为AISI S100—2016)给出了腹板开孔冷弯槽钢轴压构件承载力的直接强度法设计公式,然而用于推导该设计公式的试验数据来自于边界条件不是铰接的轴压构件。为了进一步完善两端铰接腹板开孔冷弯槽钢轴压构件直接强度法承载力设计公式,采用有限元程序ANSYS对已有两端铰接腹板开孔冷弯槽钢轴压构件试验进行了模拟,验证有限元分析的可行性。在此基础上,对不同卷边宽度、腹板高度、柱长和板厚的两端铰接腹板开孔冷弯槽钢轴压构件承载力进行有限元参数分析,将分析结果与AISI S100—2016中直接强度法设计公式的计算结果进行对比。结果表明:采用AISI S100—2016直接强度法设计公式计算两端铰接腹板开孔冷弯槽钢轴压构件承载力偏于不安全,最后对AISI S100—2016的直接强度法设计公式进行了修正。

直接强度法在货架立柱设计中的应用

介绍了直接强度法的基本概念、计算步骤和在钢结构货架立柱承载校核中的实际应用过程。通过货架立柱不同屈曲破坏状态的计算实例可以看到直接强度法的简便和高效,尤其是针对局部屈曲和畸变屈曲承载力的计算。该方法可供冷弯型钢货架结构件的设计研究参考。

基于混合规划策略的空间机械臂运动规划研究

为改善自由漂浮机械臂对载体姿态无扰的运动规划的收敛性,提出一种基于Gauss伪谱方法和直接打靶法的混合规划策略。首先建立机械臂系统运动规划的数学模型,用Gauss伪谱方法将运动规划问题转化为带约束的非线性参数优化问题,采用遗传算法初步定位全局最优解,然后将得到的解作为直接打靶法的初值,采用序列二次规划算法求出精确最优解,从而利用Gauss伪谱方法计算量小、直接打靶法精度高的特点,快速获得机械臂对载体姿态无扰的运动规律。数值仿真的结果表明该混合规划策略能够快速求解机械臂系统的无扰运动规划问题,且具有较好的收敛性与鲁棒性。

钢纤维高强混凝土配合比直接设计方法研究

提出等体积钢纤维替代粗骨料并将钢纤维质量计入砂率公式来直接进行钢纤维高强混凝土配合比设计的方法。通过试验研究碎石级配、钢纤维长度和体积率对新拌钢纤维混凝土的坍落度和硬化钢纤维混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲抗拉强度的影响规律,与现行纤维混凝土结构技术规程规定的相关强度计算公式进行对比分析。结果表明:采用最大粒径为20mm和25mm的连续级配碎石和长度为32～50mm的钢纤维,在钢纤维体积率不大于2.0%时,由直接设计方法可配制满足新拌钢纤维混凝土工作性能和硬化钢纤维混凝土基本力学性能要求的钢纤维高强混凝土,避免按现行规程规定根据钢纤维体积率对用水量和砂率的调整。研究成果为修订完善钢纤维混凝土配合比设计方法提供科研依据。

花棒根-土复合体直剪试验的有限元数值模拟与验证

为深入了解花棒(Hedysarum scoparium)根系在增强土壤抗剪强度中的作用机理,同时减少试验成本和挖掘根系对环境的破坏,该文采用有限元数值模拟的方法研究了宁夏毛乌素沙地5 a生人工种植花棒根系的根截面积比(root area ratio,RAR)和垂直荷载对根-土复合体抗剪强度的影响,并对模拟结果进行了试验验证。研究表明:花棒根-土复合体的抗剪强度与垂直荷载的关系符合摩尔库伦(Mohr–Coulomb)屈服准则,花棒根系对土壤的抗剪强度有显著的提高作用。随RAR的增加,花棒根系表观黏聚力(root apparent cohesion,SR)呈线性增加(R2>0.9)。在相同的RAR下,花棒根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增长率随垂直荷载的增加逐渐降低,符合对数函数变化规律(R2>0.9);在相同的垂直荷载下,随RAR的降低,花棒根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增长率呈线性递减(R2>0.9);在较低垂直荷载的情况下,花棒根系提高土壤抗剪强度的作用更明显。研究发现与素土相比花棒根-土复合体的剪应力峰值出现较晚,当土壤出现明显塑性变形时,花棒根系的固土能力才能体现出来。数值模拟结果和室内试验结果显示:利用该文所建立的花棒根-土复合体直剪试验的有限元数值模型,模拟计算的根-土复合体抗剪强度与室内试验结果基本一致,相对误差绝对值的平均值1.87%,花棒根-土复合体的直剪试验可以通过该研究所建立的有限元数值模型来模拟。研究结果对于深入了解植物根系加固土壤的作用机理和推进根-土相互作用的数值模拟研究具有重要参考意义。