考虑材料参数空间变异性的SBFEM开裂模拟

论文建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)框架的非局部宏微观损伤模型,考虑材料细观物理参数的空间变异性,探讨了材料参数的空间变异性对结构开裂过程的影响。结果表明:考虑材料参数空间变异性后,裂纹扩展路径具有不确定性,建议的模型能够很好地反应材料内在的随机性;随着结构受力情况的复杂化和结构本体缺陷的增多,裂纹开裂模式的变异性也会增大。自相关长度和参数变异系数对结构开裂分析结果有重要影响。

沥青面层混合料松弛模量的跨尺度拟合分析

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.

水-力作用下红砂岩多裂纹宏-微观断裂机理研究

在深部开采工程中,裂隙岩石在水-力作用下容易发生起裂、扩展而导致失稳破坏。针对目前关于水-力作用下多裂纹断裂机理大多为定性研究而缺乏相关定量研究的问题,基于水-力作用下多裂纹扩展准则预测水-力作用下含双裂纹红砂岩的扩展过程和断裂模式,并通过开展含不同相对位置非等长非平行双裂纹的红砂岩长方体试样的水-力作用双轴压缩断裂试验和断口扫描电镜试验,研究裂纹几何参数和外载条件对多裂纹应力-应变曲线及扩展轨迹的影响规律,揭示水-力作用双轴压缩下岩石多裂纹宏-微观断裂机理。研究结果表明:对于水-力作用双轴压缩下含双裂纹的红砂岩试件,当裂纹相对倾角和相对垂直间距减小(或增大)且减小(或增大)幅度越大时,峰值荷载均随之减小(或增加)且减小(或增加)幅度也越大。对于任意相对位置的双裂纹,水力裂纹总是先起裂,天然裂纹一般后起裂或不起裂;断裂机理多为Ⅱ型(剪切)断裂,裂尖断口亦可观察到强烈的剪切断裂特征;增加水平侧压可抑制Ⅰ型断裂而促进Ⅱ型断裂。预测结果和试验结果吻合较好,验证了水-力作用多裂纹扩展准则。研究成果可为深部岩体工程的强度计算、止裂控制和安全评估等提供重要的理论和现实依据。

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

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.

基于复杂约束拓扑优化的负泊松比超材料设计

针对现阶段超材料拓扑优化设计在飞行器设计领域存在的微观尺度上难以制造和宏观尺度上不具有周期性的问题,提出了一种宏观尺度下的超材料拓扑优化设计方法,分别应用优化准则法和移动渐近线法进行了指定泊松比约束的超材料拓扑优化设计,得到了在横向、纵向两个方向上的泊松比都满足约束的负泊松比超材料,并对两种优化算法的设计结果进行了对比分析.针对拓扑优化得到的胞元构型,建立了理论模型和有限元模型,对拓扑优化结果的力学性能进行验证.经理论模型和有限元模型计算,拓扑优化设计结果的泊松比满足设计要求,证明了宏观尺度拓扑优化方法设计负泊松比超材料的有效性.

基于GIS技术的大规模光伏电站宏观选址方案研究

作为中国实现2030年碳达峰与2060年碳中和目标的解决方案之一,光伏发电具有举足轻重的地位。光伏电站建设前期传统的宏观选址方法多以“现场走访—选地圈地—初步测算场址范围”为主,但这种方法存在大量重复的工作,费时费力,工作效率较低,仅适合小规模、小范围光伏电站的宏观选址。提出一种适合大规模、大范围光伏电站的宏观选址方案,充分考虑地形因素及环境敏感性区域对光伏电站开发的影响,在地理信息系统(GIS)技术下使用Python语言对相关数据进行处理,通过计算机对目标区域进行大面积筛选,利用筛选结果并结合Candela3D软件布置光伏组件,由计算机执行光伏电站的宏观选址,从而达到大规模光伏电站选址高效快捷及项目发电收益最大化的目的。

建筑场所精神演绎——以永泰梧桐君澜度假酒店设计为例

以永泰梧桐君澜度假酒店的设计、建造过程为背景,基于对永泰民居建筑"场所精神"的充分解读,深入剖析建筑场所精神的传递与演绎,从"布局"至"造屋"乃至"造空间"的过渡中,分析建筑场所精神由外而内的深刻转变。本文从场所精神的六个重要呈现要素:宏观地理空间布局、建筑单体布局规制、建筑空间序列的基本结构、建筑空间序列的情景转换、建筑空间尺度的抑扬顿挫、建筑外在风貌与形式,逐一展开分析,充分论证并研究建筑场所精神的演绎方法。实践证明:传承传统地域文化与建筑空间布局手法的设计策略,能够在新建建筑的空间氛围塑造中,充分达成场所精神的传递与共鸣,可为类似的建筑设计提供参考。

在全数字方式下对宁夏草地覆盖的遥感宏观研究

以 TM影象为信息源 ,在全数字方式下运用遥感技术与地理信息系统技术结合建立了宁夏草地覆盖的 TM影象数据库、图形数据库和属性数据库。通过分析得出全区现有草地面积 2 4813 4 5 hm2 ,占全区面积的 47.92 % ,其中高覆盖度草地占 3 .93 % ,中覆盖度草地占 43 .45 % ,低覆盖度草地占 5 2 .62 %。

应用遥感与地理信息系统技术对宁夏林地资源的宏观研究

以TM影像为信息源 ,在全数字方式下运用遥感技术与地理信息系统技术结合建立了宁夏林地的TM图像数据库、图形数据库和属性数据库。通过分析得出全区有林地面积 2 640 84hm2 ,占全区面积的 5 1 0 % ,其中有林地 4 2 4 38hm2 ,占 1 6 0 7% ;灌木林地 1 1 8397hm2 ,占 4 4 83% ;疏林地 750 54hm2 ,占2 8 4 2 % ;其它林地 2 81 95hm2 ,占 1 0 68%。

粘弹性聚合物溶液能够提高岩心的微观驱油效率

人们普遍认为 ,聚合物驱不能提高微观驱油效率。而新近的大量研究成果不再支持这一观点。通过实验室岩心驱油实验 ,对水驱后的不同残余油类型进行了研究 ,并将残余油的类型划分为 :1岩石表面的油膜 ;2“盲端”状残余油 ;3毛管力作用下的孔喉残余油 ;4岩心微观非质部分未被波及的残余油。研究表明 ,粘弹性的聚合物溶液驱替后 ,所有类型的微观残余油均减少。而且其在孔隙中的速度分布与牛顿流体有很大不同 ,在驱替不同类型的残余油时 ,表现出很强的“拉、拽”作用。研究证实了微观驱油效率的提高与聚合物溶液的弹性有关。不同性质的聚合物溶液具有不同的弹性。选用不同的聚合物驱油时 ,其提高采收率幅度的差异可高达 6% OOIP以上。大庆油田工业规模聚合物驱开发区块的密闭取心资料也证实了这一观点。研究较全面地阐述了 :1一些聚合物驱成功与失败的原因 ;2开展聚合物驱油时应考虑的因素 ;3如何进一步提高聚合物驱油的采收率。粘弹性的流体在孔隙介质中的流变性还需进一步做大量的研究工作。研究牛顿流体所得到的许多结论在用于粘弹性流体时 ,还有待于重新评价。

大变形柔性转动副结构设计与柔度分析

目前运用较多的柔性运动副基本上只能产生微细变形,适用于微动领域,缺少能产生宏观尺度变形的柔性运动副。在弹性曲板变形理论的基础上设计出一种新型柔性转动副,可以满足宏观尺寸下的变形要求。通过理论分析建立其柔度矩阵,分析其转动刚度与转动误差,利用Matlab进行了理论计算,并进行了Ansys软件仿真与实体模型试验。结果表明:理论计算与仿真的转动刚度相对误差为5.6%,转动误差相对误差为3.4%,通过试验验证了转动刚度和转动误差相对角度变形的变化规律,说明对该新型大变形柔性转动副的柔度分析正确。

中国地震应急宏观分区的初步研究

文中首先分析了区域地震活动、自然地理环境和社会经济条件影响地震应急的途径、方式和程度;然后提取了“地震综合危险性、人口经济密度、区域性地震次生自然灾害、地方潜在应急投入系数和等级公路密度”作为分区指标,通过“自上而下”的区划途径和主导因素法、部门叠置法与地理相关分析法相配合的区划手段,对中国大陆进行了地震应急宏观分区研究。结果表明,中国大陆可初步分成8个地震应急大区,各大区的地震应急宏观特点差异很大,是各地制定、实施和发展有地域针对性的地震应急对策体系时的基本依据。

宁夏沙地遥感宏观动态研究

以宁夏1996年和2000年的TM影像为信息源,在全数字方式下运用遥感技术与地理信息系统技术结合建立了两期宁夏沙地数据库。通过分析得出:2000年宁夏有沙地面积313498hm2,与1996年相比新增加4894hm2、减少29705hm2、净减少24811hm2,净减少了7 333%。沙地占全区总土地面积的比例由1996年的6 533%减少到2000年的6 054%,平均每年净减少0 120%。同时,分析了全区沙地变化的驱动因子。沙地增加的主要因素是草地沙漠化和耕地沙化,两者分别占沙地总增加量的78 463%和13 302%;沙地减少的相互主要因素是沙地开垦为耕地和沙地恢复草被变为草地,两者分别占沙地总减少量的50 025%和46 666%。

Monitoring of frozen soil hydrology in macro-scale in the Qinghai-Xizang Plateau

Monitoring of frozen soil hydrology in macro-scale was performed by Chinese and Japanese scientists from 1997 to 1998. Quality measured data were obtained. Measured data on soil moisture and temperature are preliminarily analyzed. Based on profiles of soil temperature and moisture in individual measured sites, intra-annual freezing and melting process of soil is discussed. Maximum frozen and thawed depths and frozen days in various depths are estimated. The work emphasized the spatial distribution on soil temperature and moisture in macro-scale and the effect of topography on conditions of soil water and heat.

大尺度资料稀缺地区水文模拟可行性研究

大尺度资料稀缺地区的水文预报近来已经成为水文研究的热点之一。水文模型是水文预报的重要工具,具有物理基础的水文模型已经广泛的用于水循环研究、流域水资源规划和管理中。水文模型是否适用于某一特定的研究区域取决于模型的结构、水文气象资料以及可获取的下垫面资料的代表性,大、中尺度的水文模拟尤其如此。本文选取具有物理基础的分布式水文模型VIC-3L来研究大尺度资料稀缺地区水文模拟的可行性。以黄河源区为研究区域,将本区内8个气象站的日气象资料插值到本区的218个0.25°×0.25°的网格,输出日径流过程,在此基础上进行不同时间尺度的水文模拟可行性研究。结果表明,VIC-3L能在月、年尺度上很好的模拟黄河源区的水文过程,虽然能够在黄河源区的流量范围内较好的模拟其大小的变化,日过程的模拟和实测过程并不是很好,这可能是由于黄河源区内现有的日资料不能代表黄河源区的气象条件的日空间分布,因此建议增加遥感技术在黄河源区的应用。

岩石宏细观弹塑性损伤破坏对比研究

为了考虑岩石内细观局部塑性变形,基于应变空间理论导出岩石弹塑性损伤增量本构方程,提出了在计算程序中用破坏单元网格消去法清晰模拟裂纹扩展的方法,解决了有限元模拟裂纹的难题,分别从宏观尺度和细观尺度研究了岩石I型裂纹弹塑性损伤破坏问题。对比分析表明,宏观尺度研究I型裂纹扩展符合断裂力学理论分析;细观尺度研究岩石破坏过程能深入解释细观破坏机理,岩石宏观破坏直接与其内部的细观损伤破坏有关;三维数值模拟破坏过程比二维破坏更为复杂;大理岩偏三点弯曲梁弹塑性损伤破坏数值模拟得到的结果与试验结果较为吻合,验证了新建细观尺度模型模拟岩石破坏问题的合理性。

催化反应过程绿色集成系统

在化工生产过程中,通常需要多步化学反应才能获得目标产物。为了最大限度地节约能源、提高资源利用率和减少排放,多步反应过程集成是重要途径。通过对化学反应过程集成系统的分析,基于不同催化剂活性相的组合尺度,提出将多个催化反应构成的系统划分为纳米尺度、微米尺度和宏观尺度3类绿色集成系统,并通过典型实例进行了论述。认为催化剂活性相以纳微尺度复合的多功能催化剂是实现多步反应一步化的有效方法之一。

边界层辐合线发展成飑线的数值试验

利用高分辨率 η坐标模式 ,以一个实际飑线个例的常规资料为初值 ,通过嵌入一定强度的边界中层尺度辐合线 ,进行了边界层辐合线型飑线激发的数值试验。结果表明 :飑线实例的大尺度环境场提供了累积的有效浮力能 ,小尺度积云对流则通过对流翻腾提供高层水汽凝结潜热加热和低层降温冷却 ,而中尺度幅合线通过提供带状辐合上升运动 ,起着胚胎和组织积云对流的作用。这样大、中。

国外机动车排放模型综述研究

机动车排放已经成为城市大气环境污染来源的重要组成部分,机动车排放模型的开发是表征机动车排放量和排放特征的重要方法,可为机动车排放控制和大气环境管理提供技术支撑。本文对比研究了在不同历史发展阶段欧美等发达国家和地区开发的MOBILE、COPERT、MOVES、IVE等各种类型机动车排放模型,分析了各类模型的优缺点及其适用性。研究表明,机动车排放模型研究发展的方向已由宏观尺度逐步转向中等、微观尺度,排放模拟也由静态清单开发逐步转向动态过程排放测算。

1996—2000年陕甘宁青沙地遥感宏观动态研究

以陕甘宁青四省区 1996年和 2 0 0 0年的TM影像为信息源 ,在全数字方式下运用遥感技术与地理信息系统技术结合建立了两期沙地数据库。通过分析得出 :2 0 0 0年四省区有沙地面积 7910 80 7hm2 与 1996年相比净增加 6 4 2 4hm2 。沙地占全区总土地面积的比例由 5 733%增加到 5 737%,平均每年净增加 0 0 0 1%。不同省区沙地面积的变化情况是 :陕西净增加 0 0 0 4 %、甘肃净减少 0 0 17%、宁夏净减少 0 4 79%、青海净增加0 0 5 1%。同时结合实际情况 ,分析了不同地区沙地变化的驱动因子。