基于广义Voigt模型的半渗透边界隧道周围饱和软土固结分析

引入衬砌半渗透边界条件,使用广义Voigt黏弹性模型描述隧道周围饱和软黏土的流变特性,基于Terzaghi-Rendulic理论建立以超孔隙水压力为变量的软土二维流变固结控制方程。采用保角变换和分离变量方法,得到超孔隙水压力关于时间和空间变量的两个独立方程,依次使用Laplace变换法与部分分式展开法得到时域内超孔隙水压力消散解。将广义Voigt模型退化为已有四元件Burgers模型和五元件模型并与其对比,验证解答的可靠性。基于建立的解答,分析衬砌透水程度、Kelvin体数量、独立Newton黏壶黏滞系数、隧道埋深等因素对超孔隙水压力消散与分布的影响规律。结果表明:衬砌与土体的相对渗透系数比越大,超孔隙水压力的消散起始时间越早,消散速度越快。Kelvin体数量越多,超孔隙水压力消散越慢;独立黏壶黏滞系数越大,其产生的黏滞变形越小,超孔隙水压力消散速率越快;隧道埋深越大,土体渗流路径越长,超孔隙水压力消散越慢;当相对渗透系数比为0.01时,超孔隙水压力随着到隧道外壁距离的增大而逐渐减小,当相对渗透系数比为1.00时,超孔隙水压力随着距离的增大而出现先增大后减小的现象;随着相对渗透系数比的增加,Kelvin体数量对超孔压消散的影响越小,不同独立黏滞系数带来的超孔压消散差异逐渐减小,隧道衬砌作为土层内部新透水边界的作用越突出。

基于Lorentzian模型与伪Voigt模型的谱拟合算法的准确性比较

为了比较基于Lorentzian模型与伪Voigt模型的2种谱拟合算法的准确性,基于布里渊散射的分布式光纤传感原理,首先比较了实测布里渊谱的Lorentzian模型和伪Voigt模型的计算结果,然后通过伪Voigt模型数值生成了具有不同形状和信噪比的布里渊谱,并分别采用基于Lorentzian模型与伪Voigt模型的谱拟合算法计算了布里渊频移。最后,对这2种算法的准确性进行了比较。仿真结果表明,在不同布里渊谱形状和信噪比条件下,基于Lorentzian模型与伪Voigt模型的谱拟合算法的计算准确性相近,但前者的计算量小于后者。

广义Voigt模型模拟的饱水土体一维固结理论及其应用

一、引言地基固结沉降计算是土力学中的重要课题。对于沿海地区的片架结构粘土,考虑其流变性质往往是必要的。目前计算中采用弹性模型不能考虑次固结压缩效应。Maxwell,Voigt及Merchant模型等可在一定程度上反映土的粘弹性,但模型的固有特性使它们只适用于某些类型的土。本文采用图1所示可广泛用于各种粘弹性土体的广义Voigt模型,导出饱水土体一维固结问题的普遍理论解,现有Terzaghi和王盛源等的解均为本文普遍解的特例。

采用Voigt模型的布里渊散射谱关键特征高精度提取方法(英文)

布里渊散射谱满足Voigt函数,现有的拟合算法提取得到的特征参数容易存在误差。为了保证布里渊谱特征提取时的准确性,从而提高温度和应变测量的准确性,提出了一种采用Voigt函数的布里渊散射谱特征参数提取算法。采用了高斯-厄米特积分来计算Voigt函数,采用最小二乘拟合方法给出了对应的目标函数,同时给出了初值提取方法,采用Levenberg-Marquardt算法来最小化目标函数,一旦目标函数趋于最小化即可获得特征参数。此外还实现另外一种算法,该算法采用随机值方式求解初值,然后采用Levenberg-Marquardt算法来优化目标函数。基于数值产生大量不同信噪比的布里渊谱和实测布里渊谱,两种算法的计算结果表明,随机值算法的收敛概率为80%~90%,文中算法在所有情况下均能收敛。文中算法的计算误差仅为随机值算法的1/1011~1/7,计算耗时仅为随机值算法的1/8~1/3。

采用Voigt模型的布里渊散射谱关键特征高精度提取方法

布里渊散射谱满足Voigt函数，现有的拟合算法提取得到的特征参数容易存在误差。为了保证布里渊谱特征提取时的准确性，从而提高温度和应变测量的准确性，提出了一种采用Voigt函数的布里渊散射谱特征参数提取算法。采用了高斯一厄米特积分来计算Voigt函数，采用最小二乘拟合方法给出了对应的目标函数，同时给出了初值提取方法，采用Levenberg—Marquardt算法来最小化目标函数，一旦目标函数趋于最小化即可获得特征参数。此外还实现另外一种算法，该算法采用随机值方式求解初值，然后采用Levenberg—Marquardt算法来优化目标函数。基于数值产生大量不同信噪比的布里渊谱和实测布里渊谱，两种算法的计算结果表明，随机值算法的收敛概率为80％～90％，文中算法在所有情况下均能收敛。文中算法的计算误差仅为随机值算法的1／1011～1／7，计算耗时仅为随机值算法的1／8～1／3。

VOIGT模型复合杆纵向冲击时的应变分析

本研究探讨了VOIGT模型的复合杆受到纵向冲击的问题 ,经分析可知 ,随着两种材料弹性模量之比的增大 ,传递时间在减少 ,而随阻尼系数的增大 。

机织建筑膜材料的广义Kelvin-Voigt蠕变模型

对平纹组织为基布的PVC涂层膜材料进行了经纬两方向各自5种不同应力条件下的单轴向拉伸蠕变试验,给出了广义Kelvin-Voigt模型的具体蠕变方程,并利用广义三参数、五参数与七参数Kelvin-Voigt的蠕变方程对实验数据进行了分析.结果显示:随着模型参数个数的增加,预测效果也呈现出递增趋势;当模型参数为7个时,各应力拟合的确定系数均在99.9%以上,表明七参数广义Kelvin-Voigt蠕变模型已可以很好地预测膜材料的蠕变特性.

广义Voigt土模型条件下桩的纵向振动响应与应用

研究了桩侧土广义Voigt模型条件下 ,任意层桩土系统的振动特性 ,并求得了桩顶在瞬态半正弦脉冲荷载作用下 ,桩顶的时域纵向响应的半解析解 ,同时结合基桩完整性检测的机械阻抗法和反射波法研究了各主要模型参数以及土层界面、桩身缺陷等对桩顶时、频响应曲线的影响 ,得到了许多结论 .结果表明 ,得到的理论成果相比于已有理论更加完善并能更好地反映客观实际 .

广义Voigt土模型基于虚土桩法的桩基纵向振动

在桩侧土广义Voigt模型条件下,研究成层土中黏弹性桩在纵向振动荷载作用下的动力特性。将桩底截面范围内有限层桩底土模拟为虚土桩,建立虚土桩-土、桩-土耦合振动模型,采用广义Voigt体模型建立桩、虚土桩与桩侧土的纵向振动动力方程。利用桩-土、虚土桩-土的耦合接触条件求解动力方程,得到桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解。通过对虚土桩参数的研究检验桩底土对桩顶动力响应的影响,得到一系列的桩顶速度导纳曲线及时域反射波曲线。

基于Voigt与Reuss模型的岩土二元介质破损规律

在破损力学的理论框架下,非均质岩土材料被抽象为由胶结元和摩擦元组成的二元介质。本文基于Voigt和Reuss模型推导出满足变形协调和应力连续条件的岩土破损力学本构方程,通过算例分析三轴复杂应力状态下岩土二元介质的破损规律、荷载及变形的分担情况。结果表明:岩土二元介质的破损行为与胶结元、摩擦元的物理力学特性、围压和应力水平等有关,随着应力水平的增大,胶结元在抵抗轴向压力中发挥的作用逐渐减小,而在抵抗轴向变形中发挥的作用则先减小后增大;随着围压的增大,胶结元在抵抗轴向压力和剪切力中发挥的作用均逐渐减小,而在抵抗轴向变形和剪切变形中发挥的作用均逐渐增大。

锂离子电池固态扩散阻抗的Voigt建模与参数辨识

固态扩散阻抗表征锂离子电池电极性能,为测试和改进电极材料提供了便利。将可兼顾分析电极参数影响和模拟过电压且具有物理意义的Voigt模型从表示正极平面、球形颗粒阻抗推广至圆柱形颗粒阻抗模型用于石墨等负极材料,将颗粒粒径等电极参数与模型参数相关联,建立模型过电压表达式,分析电极参数对电压的影响,并引入具有全局搜索方式的花朵授粉算法将表达式拟合电压测量值,得到模型参数的最优解。进一步地将该模型用于商用磷酸铁锂电池的测试分析,预测电极在各类工况下的固态扩散过电压,为锂离子电池电极材料的开发和性能提升提供技术支撑。

粘性消能器Voigt计算模型分析与研究

附加粘性消能器的消能减震结构可由原结构的抗侧刚度和消能器的阻尼系数并联的Voigt模型表示,其中原结构为未加粘性消能器的结构。本文根据Voigt模型的受力特点,推导出附加粘性消能器的消能减震结构在外力作用下的力与位移关系式,由此绘制出结构的滞回曲线。根据推导出的阻尼比的计算公式得到阻尼比在滞回曲线中的几何意义,并分析出原结构的抗侧刚度、附加阻尼器的阻尼系数和外部干扰力的频率对Voigt计算模型滞回曲线的饱满度、形状变化趋势等的影响。结果表明,阻尼比几何意义为滞回曲线截距值的一半,阻尼系数越大、圆频率越大、原结构的抗侧刚度越小、阻尼比越大,滞回曲线越饱满,耗能能力越强,为附加粘性阻尼器的消能减震结构设计提供有益参考。

成层广义Voigt地基中粘弹性桩纵向振动分析与应用

研究了考虑桩身材料阻尼、桩侧土采用广义 Voigt模型条件下 ,成层土中不均匀桩 (截面面积或材料性质在桩长方向上存在突变 )的纵向振动特性 ,求得了瞬态半正弦脉冲荷载作用下 ,桩顶频域响应的解析解及时域响应的半解析解 ,分析了桩身材料阻尼及不同土质的桩侧土层分界面对桩顶时、频响应曲线的影响 ,得到了许多新的结论 .终将所得理论结果与实际工程桩及预制模型桩的实测曲线进行了拟合对比 ,结果表明 ,本文得到的理论成果相比于已有成果能更好地反映客观实际 .

钨渗铜材料力学弹性性质的实验测量与物理模型计算

钨渗铜材料是一种以钨为基体、铜为夹杂的两相复合金属材料,由于具有优异的力学性能和热、电特性而被广泛应用于军事和民用领域。采用引伸计测量器、应变测量仪、超声波仪分别测量了钨渗铜材料的力学性质,并依据钨渗铜复合材料的结构特点,把钨渗铜材料中的铜和钨分别看成为复合材料的夹杂和基体,利用Voigt模型和Reuss模型分别计算出钨渗铜材料弹性性质的上界值和下界值,利用本征应变自洽法计算钨渗铜材料的弹性性质,理论计算结果与实验结果吻合。

基于修正Kelvin模型的活检针预穿刺模型建立与分析

针对预穿刺过程中活检针的受力变化难以分析的现状,提出了一种修正Kelvin模型,对预穿刺过程中活检针的受力特点进行建模分析。与原有理论模型Kelvin-Voigt模型相比,修正Kelvin模型在考虑组织黏弹性的同时,研究了预穿刺力随穿刺时间和穿刺速度的变化情况。最后利用穿刺实验进行验证,通过对比分析Kelvin-Voigt模型和修正Kelvin模型的相对误差,发现修正Kelvin模型能够与实验数据实现更好的吻合。研究表明,修正Kelvin模型对预穿刺力进行建模分析更具合理性。

沥青动静态加载条件下的黏弹模型及模型普适性

使用动态剪切流变仪(DSR)对沥青进行多温度条件下的动态频率扫描和静态蠕变试验,分别使用多种经典模型和分数阶导数模型描述沥青频率扫描下的黏弹性能,使用经典模型描述沥青静态蠕变行为,对模型参数进行分析,并建立同时满足频率扫描和蠕变试验的普适模型。结果表明:在动态条件下经典模型描述沥青流变行为有波动,而分数阶导数模型具有很好的拟合效果;静态条件下经典模型有较好的拟合效果,且模型参数满足阿仑尼乌兹方程,分数阶导数模型的参数无规律;使用的2种沥青仅在52℃存在能够同时满足静态和动态条件的普适模型,在其他温度段沥青模型无普适性。

鼻-颅底虚拟手术基于黏膜钳力交互的肿瘤形变

目前还没有针对黏膜钳力交互的颅底肿瘤形变研究,黏膜钳作为鼻-颅底手术的主要工具之一,研究其虚拟仿真可以为鼻-颅底虚拟手术系统提供技术支撑.首先,基于CT重建颅底脊索瘤模型,参照实物建立黏膜钳模型;其次,根据碰撞点与三角面片的位置关系进行精确碰撞检测;再次,根据碰撞点与三角面片顶点的距离的比例将外力分配到顶点上;从次,基于Voigt模型模拟肿瘤形变,采用4阶龙格-库塔法求解动力学方程;最后,基于Geomagic Touch设备与弹簧-阻尼器模型实现力反馈.实验所用脊索瘤模型有2601个顶点,在CPU i7-9700K,GPU 1660Ti环境下的实验结果表明,形变效果符合软组织的黏弹性、应力-应变非线性与应变滞后性,形变帧速超过60帧/s,达到实时性要求,针对17位医师的问卷调查也获得了较好评价.

自由振动时带承台单桩的纵向动力特性

基于广义Voigt模型,在考虑桩身材料阻尼情况下,研究带承台单桩的竖向自由振动问题.根据阻抗传递法推出桩顶阻抗,将所求得的桩顶阻抗作为支承刚度代入承台的自由振动微分方程中,运用Laplace变换及逆变换推导得到承台自由振动位移在时域范围内的半解析解.采用参数研究方法,分析桩径、桩长、桩身材料阻尼以及不同性质的桩侧土层对带明置承台单桩自由振动特性的影响;将所得解与工程实测曲线进行对比,结果表明:得到的理论计算结果与工程实测数据较接近,理论方法能够反映工程实际.

大鼠肝纤维化分期的流变特性分析

指出肝脏纤维化会导致生物组织的力学属性发生改变,按照纤维化分期对大鼠肝脏组织进行流变力学实验.用Zener和Voigt两类黏弹性模型解释实验得到的剪切模量.结果表明,Zener模型比Voigt模型能更好地描述大鼠肝纤维化各分期的组织流变特性,尤其是Zener模型的弹性系数E2从F1到F2期有显著改变.研究还发现E2值可视为区分纤维化轻度(F1期)以下、中度(F2期)以上的分水岭,这一发现为肝脏黏弹性与纤维化分级的理论研究提供了新思路.

立方晶粒各向异性集合金属的非线性弹性本构关系

在Voigt模型下,Barsch(1968)和Johnson(1985)分别给出了立方晶粒各向同性集合和正交集合的非线性弹性本构关系.本文推导出基于Voigt模型的、比Barsch和Johnson结果更一般的、立方晶粒各向异性集合的非线性弹性本构关系,这里金属的各向异性通过织构系数来描述.