分类： 力学 >> 生物力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 目的 对比受试者在平地常速行走过程中,不同鞋底厚度的运动鞋对高中生的步态参数产生的影响,受试者穿着不同鞋底厚度的运动鞋进行训练,探究鞋底厚度对高中生下肢爆发力的影响。方法 以24名在校的男性高中生为研究对象,随机分成4组,穿着鞋底厚度为0、1、2、3 cm的运动鞋在平地上行走并测试步态参数,穿着上述4种不同鞋底厚度的运动鞋经过为期8周的体育专项课训练后测试立定跳远和下蹲跳的动力学指标,并对步态参数和下蹲跳的动力学指标采用单因素方差分析进行统计分析。结果 运动鞋鞋底厚度在1～3 cm区内受试者的步态周期更大,步长、步周长、步速和步频均小于穿着鞋底厚度0 cm的运动鞋的受试者,鞋底厚度0 cm组的步速和步频均最快分别为(1.42±0.08)m/s、(1.75±0.03)m,3 cm鞋底的运动鞋的步速和步频均最慢分别为(1.13±0.02)m/s、(1.49±0.04)m,过8周训练后,穿3 cm厚度的运动鞋实验后对立定跳远成绩的增幅达到0.14 m,增幅最大,下蹲跳的动力学指标的提升效果显著高于鞋底厚度0 cm组。结论 运动员穿着平底运动鞋在平地行走时更为稳定,能够降低运动中的风险,穿着厚底运动鞋在训练过程中激活了更多的肌肉纤维,对提升运动员下肢爆发力的效果更为显著,穿着鞋底厚度0 cm的运动鞋对运动员的提升效果无明显优势。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 基于平面波势函数,采用间接边界积分方程法(indirect boundary integral equation method,IBIEM)研究了双孔隙流体饱和介质中弹性波入射下二维孔洞的散射特性。推导得到了双孔隙介质中全空间二维线源动力格林函数,并给出了各散射波的位移场和应力场。在数值精度验证的基础上,以双孔隙二维饱和全空间中孔洞为例,解决了平面P、SV波入射下的地震波散射问题。数值结果表明:双重孔隙介质中的位移幅值、环向应力幅值、孔隙压力变化规律与不同入射波形,入射频率,孔隙率和边界排水条件密切相关,位移幅值在低频(无量纲频率η≤2)入射时出现峰值。环向应力幅值与干土条件相比更为复杂,基质孔压与裂缝孔压的存在增大了双重孔隙饱和介质的能量效应,总体震动趋势大于干土条件,环向应力放大可达62%。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 采用实验方法研究了气-液复合液滴撞击超疏水表面的动力学过程,考察了撞击过程中复合液滴内部空腔破裂的临界条件,及其铺展系数最大值和动态变化的特性,并分析了其与单相液滴撞击现象的区别。实验结果表明:发生空腔破裂的临界阈值随液体黏度的增加和气-液直径比的减小而增加。最大铺展系数随液体黏度和空腔尺寸的增加而减小,推导出了复合液滴空腔破裂临界阈值的理论公式,以及适用于气-液复合液滴最大铺展系数的理论模型。此外也研究了复合液滴撞击后的接触时间,发现在3种气-液直径比下,复合液滴的接触时间均小于单相液滴,并提出了无量纲接触时间随直径比变化的理论公式。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 基于数值模拟,研究了分离比ψ=-0.4和长高比Γ=40的腔体内的双局部行波对流的动力学特性。结果发现,对流圈在端壁产生,向中心传播,到达一定位置对流圈消失; 在矩形腔体中两端壁附近行波对流区域与中间部位无对流的传导区域同时共存,形成双局部行波对流; 双局部行波对流中的行波由腔体两端向中部传播; 腔体二分之一高度处的温度与垂直流速分布是谐波结构,波形比较光滑,浓度分布是台型结构; 随着时间的发展,垂直流速最大值稳定在某个数值周期变化,下壁面努塞尔数基本稳定在某个数值,垂直流速最大值和下壁面努塞尔数及其达到稳定的时间随着相对瑞利数r的增加而增加; 双局部行波对流稳定的存在于相对瑞利数r∈{1.52,1.57 的区间,双局部行波的对流区长度随着相对瑞利数r的增加呈良好的增加关系,并给出了双局部行波的对流区长度随着相对瑞利数r变化的拟合关系式。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 钠冷快堆中非能动停堆的控制棒下落规律和下落时间是控制棒设计的重要参数,是典型的水动力学问题。为解释钠冷快堆控制棒组件在落棒试验中的摆动和撞击现象,采用仿真软件动网格方法模拟研究了控制棒的下落过程,分析了影响控制棒下落规律的影响因素,提出了缓冲控制棒下落速度的方法,试验件落棒时间试验结果与数值模拟结果之间的误差为2.44%。主要结论:模拟发现控制下落过程出现晃动与偏心现象,降低控制棒重心可减缓晃动幅度; 控制棒初始偏心及下落偏心对总体下落时间影响较小; 缓冲杯底部小孔不影响缓冲效果,缓冲杯表面采用锯齿形沟槽结构可有效提高缓冲效果,锯齿形沟槽缓冲效果比矩形槽提高了47.2%。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 研究横向磁场中矩形薄板在外激励作用下的超谐波共振和1:3内共振的联合共振问题。针对一边固定三边简支的矩形薄板,利用Galerkin积分法得到两自由度非线性振动微分方程组。采用多尺度法求解,得到前两阶模态的幅频响应方程组。通过算例,得到系统发生超谐-内联合共振时前两阶响应幅值与各参数关系的曲线图,讨论了外激励幅值、磁场强度等参数对系统振动的影响。结果表明,考虑内共振时高阶模态被间接激发,系统存在着能量的交换,调节磁场强度可控制系统的共振。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为研究三元乙丙(ethylene propylene diene monomer,EPDM)力学行为的拉伸速率依赖性,分别开展了拉伸速率为3、30、300、500 mm/min下EPDM的单轴拉伸实验,分析了EPDM非线性力学行为规律及其拉伸速率特性。基于分数阶Kelvin-Vogit模型、ZWT模型和OGDEN模型,对应变160%时不同拉伸速率的实验曲线进行了拟合,对比研究了模型的表征能力。结果表明,EPDM全程加载曲线呈典型“S”型,具有显著的非线性迟滞特性,且拉伸速率越大迟滞环面积越大,阻尼损耗能力越强; 在应变大于68%阶段,EPDM力学行为的拉伸速率特性显著,并呈现硬化现象。分数阶Kelvin-Vogit模型和OGDEN模型适用于EPDM在低拉伸速率下、应变低于68%阶段黏弹性材料的力学行为的表征; ZWT模型适用于EPDM在高拉伸速率下应变高于100%阶段黏弹性材料的力学行为的表征,且ZWT模型在低拉伸速率下也具有较好的拟合效果。研究结果可为EPDM制品的性能评估及优化提供有益参考。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 受滚木运输的启发,设计了一种轮-阜复摆互动机构,通过在两个平面上分别构造摆轮和凸台阵列,可实现平面之间的平稳滑动。为了研究滑动中接触面间法向力和切向力的关系,建立了轮-阜机构的系统动力学微分方程,并基于Runge-Kutta方法提出一种迭代算法对之求解,计算摆轮和凸台相互碰撞所产生的滑动阻力。数值仿真结果表明,合理设置轮-阜机构的几何参数,可以减少接触面相互滑动中的能量损耗,从而大幅提高法向载荷和等效切向阻力之间的比值。在理论分析的基础上,制造了相应的实物模型进行实验验证,结果显示该机构可以实现平稳的滑动,且切向驱动力可低于法向载荷的百分之一,从而验证了该机构的可行性。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 地震是影响赤泥堆体场稳定性的重要因素之一。采用有限元强度折减法和规范指导方法对龙塔崖沟干法赤泥堆场进行了静力稳定性分析,确定了滑动面的位置和形状,计算了静力条件下的安全系数。以拟静力法不同烈度工况下的堆积体安全系数为标定值,分析了两条实测地震波作用下的堆积体位移、加速度以及动力安全系数的变化规律,计算结果满足规范设定的阈值,可确定堆积体是稳定的。通过与不同方法、不同规范的评价要求对比,判定有限元强度折减法可作为稳定性分析的评价标尺。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为进一步研究考虑SSI效应的层间隔震结构在三维长周期地震下的响应规律以及与普通地震动作用下的区别,分别输入一维、二维、三维的普通地震动与长周期地震动。针对在长周期地震动三维输入工况下支座应力远超规范值的问题,在原支座的基础上,增加竖向隔震装置,不仅减小了支座应力,同时进一步验证了三维隔震结构在长周期地震作用下的可靠性。研究发现,长周期地震动作用下,考虑SSI效应的层间隔震结构地震响应大于普通地震动输入下的响应; 三维长周期地震下结构地震响应大于一维和二维输入下的响应; 三维隔震结构在长周期地震作用下仍然可以有效隔离竖向地震,支座应力有效减小,地基土体应力得到优化,具有良好的隔震效果。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 天然不含节竹管在工程中应用较广,研究此类天然薄壁管结构的抗冲击能力具有重要的意义。利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB),研究天然竹管的抗冲击性能并进行有限元分析。在ABAQUS中应用三维Hashin和Puck单向纤维复合材料失效准则,结合应变率效应对强度的修正建立竹管本构模型,对冲击载荷下的天然不含节竹管进行模拟,得到的动态应力-应变曲线和破坏模式与SHPB实验接近,验证有限元模型的准确性。结果表明:实验与模拟的极限抗压强度误差最小为2.19%、最大为8.68%; 在不同的冲击压缩载荷下,竹管出现端面压溃、沿轴向劈裂等破坏形式; 竹管外壁节点处的位移、速度和加速度响应均随冲击载荷的增加而增加; 随冲击载荷升高,入射能、反射能、吸收能和比吸能随时间均呈上升趋势,透射能随时间变化不大; 不含节竹管的峰值载荷远低于薄壁圆管 GFRP(glass fiber reinforcement plastic),但比吸能较为接近,说明不含节竹管并不适用于需承受大冲击能量的高速冲击防护领域。初步结果可为竹管用于工程结构防护给予理论参考。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 准确地分析和预测浅壳结构在热冲击下的动态稳定性和结构完整性,对于工程中普遍使用的壳结构的设计和优化具有重要意义。利用非线性浅壳理论,并使用Ritz法和Newmark直接积分法研究了内表面受热冲击作用的四边简支各向同性浅壳的动态突跳(snap-through)行为。分析结果表明:浅壳在足够强的热冲击下会发生动态突跳,而在突跳前后都会发生较剧烈的热振动; Budiansky-Hutchinson准则可用于判定发生动态突跳的临界热冲击条件。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 采用ABAQUS通用有限元软件对装配式方钢管约束混凝土桥墩进行建模,计算了桥墩试件荷载-位移滞回曲线与骨架曲线特征值; 以轴压比、长细比、约束系数、方钢管屈服强度、混凝土强度、钢管嵌入深度与桥墩边长比、嵌套钢管直径与桥墩边长比、嵌套钢管厚度与桥墩边长比为拓展参数,研究各参数对装配式方钢管约束混凝土桥墩荷载-位移骨架曲线的影响规律; 借鉴钢管约束钢筋混凝土柱的计算框架,拟合得出装配式方钢管约束混凝土桥墩各特征值(弹性刚度、水平荷载峰值、峰值荷载位移与下降段刚度)的计算公式; 该计算公式与有限元分析结果吻合良好,有限元分析值与公式计算值之比的平均值为1.004～1.035,均方差为0.133～0.162; 选取实际工程对算法进行实例验证,计算结果与有限元数值吻合良好。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 圆环隔振器是一种以圆环结构为基础的非线性隔振器,圆环结构在压缩变形过程中会受到压力和环面拉伸的耦合作用,从而产生非线性恢复力,对圆环结构非线性恢复力的精确建模是研究隔振器性能的关键。将圆环结构等分为多段曲梁,利用梁约束模型对每段曲梁建立计及几何非线性的力-位移关系模型,结合曲梁间的力传递关系和几何约束关系,建立了圆环整体在压缩过程中的非线性恢复力模型,并计算了圆环变形过程中所有分段点处的正应力。通过电子伺服疲劳试验机对圆环结构在压缩过程中的恢复力进行了测量,验证了梁约束模型的建模精度。研究结果表明,利用梁约束模型可以表征圆环结构非线性恢复力特性,其建模精度与椭圆积分法相当,而模型表达式和求解过程都比椭圆积分法简洁。圆环在压缩量最大时正应力最大,此时最大正应力在圆环的上下端点。梁约束模型的建模精度随着分段数的增加而提高,当分段数大于12时,梁约束模型的恢复力计算误差小于2%。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为确定橡胶混凝土的软化本构模型,对2种缝高比和5种橡胶掺量的混凝土试件进行楔入劈拉试验研究和理论分析。依据试验结果,采用规范公式及能量守恒定律计算混凝土试件的断裂韧度和断裂能,并求解出PETERSSON、欧洲混凝土规范、XU和REINHARDT3种软化曲线的相关参数。根据3种软化本构关系得到黏聚韧度理论值,并与黏聚韧度试验计算值进行了对比分析。研究结果表明:掺入适量的橡胶集料可提高混凝土的断裂失稳韧度和断裂能; 3种典型的混凝土软化模型均不能很好地描述橡胶混凝土的黏聚韧度; 对XU和REINHARDT软化关系式进行修正后,得到了橡胶混凝土的软化本构模型,可用于研究橡胶混凝土材料的抗裂特性。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了揭示工业钢渣细骨料制备的钢渣混凝土的冻融破坏机理,采用快速冻融法进行试验,测试了冻融循环后不同钢渣细骨料替代率混凝土的质量损失率、强度损失率、相对动弹性模量,并分析冻融损伤规律; 使用扫描电镜方法观察钢渣混凝土水化产物及钢渣-砂浆界面过渡区,进行冻融损伤微观机理的分析。结果表明:钢渣细骨料因冻融作用而发生明显破坏; 钢渣细骨料与水泥凝胶的界面过渡区优于普通骨料; 钢渣替代率为60%时混凝土的质量、强度损失最小,分别只减少了4.06%、44.2%; 钢渣替代率为100%时混凝土的质量、强度损失率最高,分别为6.05%、58%; 冻融循环次数大于50时,钢渣掺量为60%的混凝土相对动弹性模量高于其余掺量组; 采用钢渣取代细骨料为提高混凝土在冻融循环作用下的工作性能时建议取代率为60%。通过对钢渣混凝土的损伤演变分析,建立了钢渣混凝土的冻融损伤演变模型。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 可靠性灵敏度能够反映基本变量分布参数对可靠度的影响程度,为可靠性分析与优化设计提供指导。提出了一种基于多维平行六面体模型的非概率可靠性灵敏度分析方法。首先,给出基本变量域完全位于安全域时采用非概率可靠性指标,而基本变量域与安全域有交集时采用非概率失效度作为可靠性度量的原因。其次,推导结构线性系统的可靠性灵敏度解析式,并进一步探讨所提方法对结构非线性系统的适应性问题。最后,通过3个工程算例验证文中方法有效可行。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了对比微波加热和传统加热对花岗岩力学特性的影响,采用微波加热和传统加热两种方式对花岗岩进行了不同温度加热处理(分别是300、500、600、800 ℃),对加热后的试样分别进行密度、纵波波速测量和单轴压缩试验,分析了两种加热方式下密度、波速、应力应变曲线、单轴抗压强度和弹性模量随温度变化规律,讨论加热方式对花岗岩性能的影响。结果表明:两种加热方式下,花岗岩的密度、波速、单轴抗压强度和弹性模量均随加热温度升高而降低,并且在500～600 ℃范围内降低速率最大。在相同加热温度下,微波加热会使花岗岩的密度、波速、单轴抗压强度和弹性模量下降得更多。两种加热方式诱导的差异性随加热温度升高而增加。相比于传统加热,微波加热时间更短,一般仅为传统加热时间的1/7,微波加热在降低花岗岩性能方面效率更高。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了有效改善蜂窝结构的强度与刚度,提出利用静态凝聚法实现变胞元的几何参数和非均匀排布同时优化的方法。根据卡氏定理,推导胞元的等效弹性模量和泊松比; 沿轴向均匀划分蜂窝芯为若干列子结构,利用有限元法得到子结构的刚度矩阵; 采用静态凝聚法建立超单元刚度矩阵,依据超单元节点编号装配获得蜂窝芯的整体刚度矩阵; 计算蜂窝芯在剪切载荷作用下的结构变形,并与ANSYS结果比较分析。以子结构的个数以及胞元的夹角、夹板宽与斜壁长之比为设计变量,胞元的等效弹性模量最大和蜂窝芯的变形最小为设计目标,利用改进的粒子群算法进行优化并研究蜂窝芯优化前后的静、动态特性变化规律。结果表明:变胞元非均匀排布优化后,最大的位移、应力、应变均明显减小,且激励频率等于第二阶固有频率时振动最为强烈。研究结论可为蜂窝结构变胞元排布的优化设计提供指导。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了研究再生粗骨料取代率和偏心距对圆钢管再生镍铁渣混凝土柱力学性能的影响,设计了13个试件进行轴心和偏心受压试验,分析试件的荷载-跨中挠度曲线、侧向挠度曲线、刚度退化和耗能。在普通钢管混凝土的研究结果基础上,回归拟合适用于钢管再生混凝土的压弯承载力预测公式。结果表明:偏压试件的挠度沿柱高呈对称分布,形状符合正弦半波曲线; 加载过程中截面中性轴的位置向受压区偏移,表明受压区面积逐渐缩小,受压区高度减小; 当取代率超过30%后,随着再生粗骨料取代率的增加,试件的极限承载力降低,刚度逐渐退化,试件破坏时的耗能系数表现为降低的趋势; 随着偏心距的增大,试件的极限承载力降低,侧向挠度曲线的包络面积逐渐增大,刚度逐渐退化; 根据拟合的压弯承载力计算公式得到的计算值与试验结果吻合较好。
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