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

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。

轻骨料混凝土单轴受压性能细观模拟

从细观角度出发,将轻骨料混凝土看作由轻粗骨料、基体砂浆及两者间的界面过渡区组成的复合材料。采用塑性损伤本构模型,建立了含3种等效粒径的轻骨料混凝土二维数值模型,对其在单轴受压条件下破坏时的损伤分布和宏观应力-应变曲线关系进行了细观数值模拟。研究了不同轻粗骨料体积含量、表观密度、最大粒径及其随机分布对轻骨料混凝土单轴受压损伤分布及宏观应力-应变曲线关系的影响。结果表明,轻骨料混凝土受压破坏时轻粗骨料颗粒会破裂,轻粗骨料体积含量与表观密度对轻骨料混凝土力学性能的影响较大,轻粗骨料最大粒径对轻骨料混凝土单轴受压强度有轻微的影响,轻粗骨料的随机分布对轻骨料混凝土单轴受压应力-应变曲线的非线性段有一定影响,且对损伤分布影响明显。

公路桥隧结构区域分布传感监测技术及病变和灾变早期识别(下)

实时有效地对公路桥隧进行早期精准监测,捕捉结构病变和灾变信息,追踪结构早期损伤并分析损伤演化过程,进而把握维护管理、制订对策的最佳时机,才能达到制订高效、科学的桥隧结构长寿命维护管理策略的目的。为此,研究分析桥隧结构病变和灾变监测技术面临的挑战,介绍适合于桥隧结构病变和灾变早期监测的区域分布传感理念、技术和理论方法。区域分布传感理念是通过结构关键区域的具有一定标距的宏应变分布感知及损伤覆盖,获得与变形转角、应力荷载以及动力特性等有直接映射关系的宏微观结合信息,达到结构损伤精准探测以及结构局部、整体各项参数全面识别的目的。依据相应理念,首先详细介绍具体的结构参数识别方法,并基于宏应变模态的损伤早期识别方法进行分析,进而依据早期精准监测的技术需求,针对拉索断丝、支座老化、水下结构冲刷、边坡滑坡、隧道收敛变形、不均匀沉降、围岩变形等典型病变和灾变,结合实际工程案例介绍具体的桥隧病变和灾变早期监测技术方案。

公路桥隧结构区域分布传感监测技术及病变和灾变早期识别(上)

实时有效地对公路桥隧进行早期精准监测,捕捉结构病变和灾变信息,追踪结构早期损伤并分析损伤演化过程,进而把握维护管理、制订对策的最佳时机,才能达到制订高效、科学的桥隧结构长寿命维护管理策略的目的。为此,研究分析桥隧结构病变和灾变监测技术面临的挑战,介绍适合于桥隧结构病变和灾变早期监测的区域分布传感理念、技术和理论方法。区域分布传感理念是通过结构关键区域的具有一定标距的宏应变分布感知及损伤覆盖,获得与变形转角、应力荷载以及动力特性等有直接映射关系的宏微观结合信息,达到结构损伤精准探测以及结构局部、整体各项参数全面识别的目的。依据相应理念,首先详细介绍具体的结构参数识别方法,并基于宏应变模态的损伤早期识别方法进行分析,进而依据早期精准监测的技术需求,针对拉索断丝、支座老化、水下结构冲刷、边坡滑坡、隧道收敛变形、不均匀沉降、围岩变形等典型病变和灾变,结合实际工程案例介绍具体的桥隧病变和灾变早期监测技术方案。

单轴压缩条件下岩盐应力-溶解耦合效应的细观力学试验分析

通过大量的单轴压缩条件下岩盐应力–溶解耦合效应的细观力学试验,发现在应力作用下岩盐的溶解特性会发生显著的变化。采用溶解质量(即宏观溶解速率)与轴向塑性应变和溶解时间之间的关系来定量描述应力作用下岩盐溶解速率的变化,在试验结果的基础上得到溶解质量与轴向塑性应变和溶解时间之间的变化规律;通过不同阶段的裂纹溶解之后形态上的变化,对不同轴向塑性应变下岩盐宏观溶解速率发生变化的机制进行分析。发现在溶蚀作用下,岩盐的力学性质会发生变化。通过对溶解阶段应力随着溶解时间的变化关系的研究,得出溶蚀作用下岩盐力学性质发生变化的机制在于岩盐发生溶解从而使得岩盐裂纹的临界应力强度因子降低。研究成果为进一步研究岩盐的应力–溶解耦合机制奠定了试验依据以及理论基础。

光栅式宏/微应变传感器的设计

为满足桥梁及深海设备对毫米级测量范围和纳米级测量分辨力的应变测量要求,设计了一种基于光栅莫尔条纹测量原理的宏/微应变传感器。该传感器由上下两个滑块构成,滑块之间不设置导向机构,而是由弹簧片连接,以避免被测件的横向形变对传感器上下滑块导向机构的影响并由此影响到传感器的安装条件。考虑到弹簧片能够对传感器支撑结构产生附加形变,对支撑结构的形变进行了理论计算和有限元仿真。理论分析和实验结果表明,在-2～2mm形变测量范围内,传感器的测量分辨力小于5nm,而由支撑结构产生的最大附加形变小于20nm。

碳化硅晶须增强铝基复合材料热残余应力的宏观特征

采用Ｘ射线宏观应力测试方法，测量ＳｉＣｗ／ＬＤ２复合材料的热残余应力，应用盲孔及电阻应变片技术，研究热残余应力对宏观应变释放的影响。结果表明，热残余应力在材料表面呈三向拉应力状态，且不能引起宏观应变释放，是伪宏观残余应力。冷处理可降低复合材料的热残余应力。

脆性岩石渐进及蠕变失效特性宏细观力学模型研究

压应力作用脆性岩石渐进及蠕变失效特性是其力学性质研究的两个主要研究方向。其对于深部地下开挖围岩稳定性的判断有着重要的指导意义。岩石内部微裂纹扩展对脆性岩石的渐进及蠕变特性有着重要的影响。因此,基于岩石的应力与裂纹扩展关系及裂纹扩张演化法则,并结合宏细观损伤定义之间的关系,提出了一个新的宏细观力学模型,推出了岩石完整的应力–应变关系与蠕变理论表达式。分析了围压对岩石的应力–应变关系的影响。研究了岩石内部初始微裂纹尺寸及裂纹间摩擦系数对应力应变关系及岩石强度的影响。并给出了不同围压下岩石裂纹初始应力与峰值应力,其对蠕变实验中的施加应力初始值选取提供了一定参考。然后,研究了恒定围压、轴压分级加载应力路径下的岩石蠕变应变及应变率变化趋势。通过试验结果验证了理论模型的合理性。进而,对压应力作用下细观裂纹扩展对岩石力学特性影响的理解提供了一定的理论参考。

非饱和膨胀土的弹塑性本构模型研究

Alonso(1999)提出的膨胀土模型存在着微观结构参数难以确定的缺点。本文在阐述膨胀土干湿循环试验后,对膨胀土的结构特征进行了分析,并研究了膨胀土的微观变形机理。认为膨胀土宏观上的胀缩塑性变形是由两部分塑性变形组成,一部分是微观结构层次中集聚体胀缩变形耦合后形成的微—宏观结构耦合变形,另一部分是宏观结构塑性变形。由此,本文改进了膨胀土模型,利用宏观结构层次的参数和微-宏观结构变形耦合参数t计算前部分变形,而后部分变形仍按低塑性非饱和土的弹塑性变形计算。最后通过计算实例表明:模型的结论与试验相近。

变荷载下基于运行宏应变形状的宏应变模态识别（英文）

为了发展宏应变模态识别技术并提高其在土木结构健康监测中的适用能力,提出了运行宏应变形状的概念及相应的获取方法,并进一步识别了宏应变模态,以适用结构处于不断变化的未知激励环境.所提新技术的核心是基于宏应变传递率函数在系统极值点独立于激励源并收敛的独特性质.通过对一个三跨连续梁结构模型进行力锤激励,对所提方法进行了试验验证,同时将识别结果与未知激励条件下最常用的峰值拾取法(PP)和随机子空间法(SSI)以及数值结果进行了对比分析.结果表明,该方法联合了多次测试数据,在不同加载工况下,其识别结果在精度和稳定性方面具有独特优势。

高能球磨Co系纳米粉末的应变和宏观应力

用X-ray法研究了高能球磨制备Co-La2O3和Co-CeO2粉过程中Co粉的宏观应力与球磨时间的关系,两种不同晶型的稀土氧化物对Co粉的晶格应变影响不尽相同,掺La2O3的粉末球磨到23 h之前,Co粉的晶格应变,即宏观应力随球磨时间的增加而增加,但在23-47 h这段范围,宏观应力几乎不随球磨时间的增加而变化.掺CeO2的Co粉的宏观应力在研究时间范围内随球磨时间的增加几乎呈线性增加.

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。

薄板硬化指数n值的测定

用Testware—SX软件模块编制试验程序,宏命令编制数据处理程序计算薄板硬化指数n值,该方法简单有效。

利用攀枝花仁和台压容应变资料预测强震

20世纪 90年代中后期 ,攀枝花仁和钻孔应变台RZB - 1型压容应变仪记录了数次强震。通过计算该台的主应变方向 ,并结合强震进行分析 ,发现强震发生在该台的最大或最小主应变方向附近 ;计算了该台单位体积应变势能值 ,发现强震发生在应变势能值升至峰值后回落的过程中。这两种方法对于强震预测有重要意义。对于这些现象给出弹性力学解释 。

AZ31镁合金高应变速率轧制宏微观仿真

本工作通过构建宏观有限元模型和微观动态再结晶模型,对AZ31镁合金在300~400℃、平均应变速率为10~29 s^(-1)的条件下进行高应变速率轧制宏微观模拟。对比实验结果的结论如下:随着平均应变速率的增加,模拟的轧板宽度方向等效应力差值和宏观边裂长度都减小,等效应力差值越大,边裂长度越长,宏观模拟结果与实验一致;采用微观动态再结晶模型、宏观有限元历史加载耦合元胞自动机(CA),模拟AZ31镁合金高应变速率轧制中的动态再结晶过程,微观模拟结果与实验吻合;随着平均应变速率的增加,再结晶越完全,使得应力集中被释放,边裂长度减小。通过建立AZ31镁合金高应变速率轧制多尺度宏微观仿真模型,能够精确模拟仿真高应变速率轧制过程,对镁合金高应变速率轧制的精确控制提供了新的思路。

基于宏应变曲率的桥梁式动态称重方法研究

桥梁式动态称重技术利用桥梁响应反算车辆轴重、轴距等关键信息,相较于路面式称重技术,其安装维护避免了对正常交通的影响,应用前景广泛。然而,还存在着密集群轴难以识别、传感器耐久性不足等问题。为此,该文基于长标距光纤光栅(FBG)传感器序列测得的宏应变时程,提出车辆信息相关指标:宏应变曲率,并建立了新型桥梁式动态称重方法,可同时识别车辆车速、轴距及轴重。结合经试验验证的车桥耦合模拟获取不同参数工况下桥梁宏应变响应,对该方法在不同车型、车速、路面不平顺、传感器位置及标距长度等参数工况下的识别精度进行分析,结果表明:该方法车速、轴距的整体识别精度较高,受不同参数影响较小,误差小于1%,相较而言,轴重识别结果较不理想,尤其对于较小轴距的车轴或群轴,可通过缩短传感器标距长度进行改善,解决密集群轴难以识别的问题。该方法识别精度还不受传感器布置位置影响,可有效提升系统安装维护便利性。

植物病原镰刀菌大分生孢子的诱导研究

在山西植物病原镰刀菌的分离培养及种类鉴定的过程中,对原来没有或后期失去大分生孢子而只有小分生孢子的80个菌株,用7种方法进行了大分生孢子的诱导研究。其中更换不同类型培养基如绿豆培养基、麦粒培养基、Bilai培养基等,及原寄主重接种等方法诱导大分生孢子效果较好,有40株被诱导出大分生孢子,运用传统的分类方法鉴定,其分属于13个种和3个变种,从而为镰刀菌研究提供了重要方法和技术。

3种保藏方法对66种大型真菌活力影响

对斜面低温保藏法、胶塞封口保藏法和石蜡油保藏法在180 d里保藏50种野生大型真菌和16种栽培食用菌的效果进行评价,期间每隔45 d对菌丝活力进行检测。结果表明:胶塞封口保藏法对大部分保藏菌株的保藏效果都比较好,只有脐顶小皮伞保藏效果比较差。斜面低温保藏法比较适合短期1～2个月保藏菌株。石蜡油保藏法对菌丝活力有较大影响,但适合长时间保藏菌株。

有织构 TiC 渗层内三维宏观应力梯度分布的研究

本文在综合研究前人理论的基础上,提出用侧倾装置的 H 晶面法或多重因子晶面法,根据所测晶面的 X 线弹性常数来测定有织构的 TiC 渗层内三维宏观内应力及三维宏观加权平均内应力梯度分布和精确测定无应力的2θ_0。本法可适用于测定各种渗层、涂层材料表面薄层内外的三维宏观内应力梯度分布。

陶瓷基复合材料力学性能计算及涡轮导叶宏观响应分析方法

针对涡轮导叶宏观热力学响应,将化学气相沉积工艺2D编织SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料完成拉伸试验并将该试件进行分割,对分割后的试样进行断面电镜扫描,测量统计细观编织结构参数,建立考虑缺陷位置和形状的代表性体积单元模型。采用细观有限元方法,应用该模型计算得到SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料的宏观弹性常数。结果表明:面内拉伸模量预测值比试验值低4.4%,剪切模量预测值比试验值高7.8%。结合陶瓷基复合材料涡轮导叶的加工工艺,建立了材料分布映射模型,对导叶典型特征结构件在给定热载荷下的宏观响应进行预测。结果表明:涡轮导叶典型结构加热段尾缘第1主应变预测值比试验值低5.5%。