基于Lenosky原子作用势单层石墨烯片的力学模型

基于对Lenosky碳-碳共价键作用势连续化得到的单层石墨烯的势能和Hamilton原理,导出了单层石墨烯的动力学方程.使用该数学模型及Galerkin方法,研究了矩形单层石墨烯片的静力挠曲问题.结果显示,石墨烯片的几何尺寸较小时,弯曲刚度对结构的受力影响较大,可用板理论来描述;随着结构尺寸的增大,弯曲刚度的影响迅速降低;当矩形石墨烯片的短边尺寸大于10 nm时,可以忽略弯曲刚度对结构的影响,使用薄膜理论来描述单层石墨烯的力学性质.

结构面控制型斜坡震裂力学机制研究

大光包滑坡为汶川地震触发的最大规模滑坡,是典型的结构面控制型的滑坡。本文以其为地质原型,考虑其坡体结构和地形地貌,建立起数值计算模型,对其进行全过程动力模拟,对坡体的应力演化过程进行全程分析,从力学演化过程来解释斜坡的地震变形破坏机制。结果表明:斜坡的应力演化特征对其变形破坏过程起控制性作用,对于结构面控制型的斜坡来说,结构面的应力状态控制着斜坡的变形破坏,斜坡破坏前,坡体的应力特征表现出整体性,结构面处的应力特征与坡体较为一致,表现出控制性作用;在结构面破坏后,其控制作用明显减弱。对于结构面,其前缘破坏以剪切破坏为主,后缘为拉张和剪切复合型破坏。

污水管下穿既有互通式公路立交变形影响分析

非开挖顶管施工技术被广泛应用于穿越公路、铁路、河流、闹市区等不允许或不能开挖条件下进行各种管道的铺设、更换和修复,以减小对环境的影响。将针对具体工程案例,采用有限元分析软件ABAQUS对污水管顶管施工对既有互通式立交变形影响进行三维数值模拟、计算及分析,力求掌握在顶管工程施工过程中,桥梁桩基础的沉降和变形,并通过计算分析指导施工,确保临近公路的结构安全和运营安全。

公路隧道火灾时安全疏散通道研究

为了保证灾害发生时人员的安全疏散,隧道安全疏散通道的合理布局至关重要。首先收集了国内外49座公路隧道案例,统计分析了公路隧道常用的安全疏散方式以及它们的特点和适用范围;针对公路隧道最常用的横通道疏散方式,深入分析了横通道间距分布区间、发展趋势以及与隧道长度之间的关系。在案列统计分析的基础上,以某水下公路隧道为例,进行了安全疏散通道设计并采用Building Exodus软件验证了其合理性。本文研究成果为公路隧道安全疏散通道的合理确定提供了参考依据和借鉴。

矩形微通道散热器流道的数值模拟及尺寸优化

微通道散热器具有体积小、流速小、压降小、散热高等优点,随着工业微型化的发展,微型散热器的应用越来越广泛.已有的研究表明,微通道的散热性能主要决定于微通道的几何参数和流体的流动情况,相对于三角形和梯形结构,矩形微通道具有更好的散热性能.基于ANSYS Workbench有限元软件,对长度为40 mm,不同截面尺寸的单通道内流体流动及传热性能进行了数值模拟,给出具有较小压降、较大散热效率的微通道尺寸.对优化后的模型计算分析,在一定流体流速和温度的初始状态下,基底给一定热通量,经过计算,散热器可运输的热通量较高,压降较低,热传递效率较大,散热器具有良好的工作性能.

等边三角形微通道内层流的流动特性和换热特性的研究

研究等边三角形截面微通道内充分发展层流的流动特性和换热特性,基于Navier-Stokes方程的基本理论,在等边三角形一边向流体加入定常热流密度时,给出了微通道内充分发展层流的速度分布和温度分布的近似解,以及微通道内充分发展对流传热的摩擦因子和Nusselt数;并通过商业软件Fluent对微通道内的流动和换热进行数值模拟,得到通道内温度和速度的数值解,进而计算得到充分发展对流传热的摩擦因子和Nusselt数;二者进行对比,结果吻合很好,验证了计算结果的正确性.

粗糙元对矩形微通道内层流流动的影响

以带三角形、矩形、梯形、半圆形壁面粗糙元的矩形微通道为研究对象,通过数值模拟研究分析了粗糙元段压降、努塞尔数以及热源器件接触面上的温度。结果表明,三角形粗糙元间距为0.3mm的矩形微通道内的散热性能较好,与光滑矩形微通道相比,热源器件接触面上的温度可以降低10.41%。

基于刚性块体系统的岩质边坡稳定性上限法研究

以块状岩质边坡为研究对象,将其离散为块体+结构面的几何系统。基于塑性极限分析上限定理并结合非线性数学规划方法,提出基于块体系统的岩质边坡稳定性分析上限法。该方法以块体、结构面的位移速率、转角速率为未知量,基于块体与结构面的变形协调方程,推导出满足关联流动法则的结构面塑性流动约束条件,结合结构面的屈服条件、块体平衡方程、边界条件以及附加约束条件,得到岩质边坡稳定性分析上限法求解超载系数、强度储备系数的非线性数学规划模型,并提出上限法非线性数学规划模型的求解策略。最后对3个经典算例进行分析,得到安全系数严格的上限解,并将计算结果与其他方法的结果进行比较,验证所提上限法的正确性。

单层石墨烯片的非线性板模型

基于实验得到的非线性本构关系和板理论,本文建立了包含三次及五次非线性项的单层石墨烯片的板动力学模型.针对四边简支矩形板,使用Ritz法研究了在板中点作用集中力时的静力弯曲,以及边界均匀受力时的静力屈曲问题.结果显示,基于非线性本构关系的板模型能很好的描述单层石墨烯片的力学行为,而且模型中的五次非线性项对结构的弯曲变形有显著影响.

基于流固耦合方法的水轮机蜗壳结构振动及损伤机理研究

蜗壳流道内的内水压力是引起外围混凝土发生损伤的主要原因.基于流固耦合理论,并引入混凝土弹塑性损伤模型,建立了流体与蜗壳结构耦合振动分析的理论框架,提出了一套水轮机流道内水体流动诱发蜗壳外围混凝土振动损伤的数值计算方法.首先基于有限体积法建立水轮机蜗壳流道流动的数值模型,同时采用有限元方法建立蜗壳结构固体区域的三维有限元模型;进而将流体区域边界上动水压力作为外荷载实时传递给固体区域边界进行三维有限元非线性损伤瞬态分析,实现了大型水轮机蜗壳结构中流体流场到固体应力、位移场的单向耦合三维数值分析.通过计算分析得到了水体流动诱发蜗壳外围混凝土振动的响应规律以及混凝土损伤的发展规律.