分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为研究空沟在层状地基上时,土体参数和土体分界面对土体振动响应的影响,采用Comsol仿真物理场建立了二维有限元分析模型。在研究中,分析了层状地基不同土体参数时的土体振动响应表现差异,结果表明:空沟在深度达到层状地基的土体分界面附近时会出现振动加强现象,该现象受到分层土体的泊松比和密度以及弹性模量的影响。土体参数的变化同样会导致土体振动响应的变化,具体表现为密度越大则土体振动响应就越大; 而弹性模量和泊松比则需考虑分层情况。其中下层弹性模量越大则土体振动响应越大,上层则与之相反; 下层泊松比越小则土体振动响应越大,而上层在空沟深度小于一定范围内时时表现为泊松比越小土体振动响应越大,在当达到一定深度后,上层土体不同泊松比的加速度大小曲线呈现交错状态。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 基于快速边界元方法和三维运动学有限断层模型,对倾滑断层作用下复杂场地地震动进行求解。以三维近断层沉积盆地为例,采用频域内动力格林函数求解散射场的地震动,以频域内地震波的相位变化反映发震断层在时域内的动态破裂过程,突破了确定性震源难以模拟高频地震波散射的瓶颈,通过设计快速边界元方法频域-时域自适应逆变换程序得到时域内地震响应,在频域和时域内皆实现了基于确定性运动学有限震源模型的地震动快速边界元法模拟,量化分析了倾滑断层动态破裂下近场沉积盆地地震动的放大效应,揭示了地震的近断层效应与盆地效应的耦合机制。结果表明:近断层效应和盆地聚焦效应存在明显的耦合作用,显著影响了盆地区域地震动的空间分布,盆地中心点的地震动相较于断层附近输入地震动放大了3.97倍; 永久位移随断层距离的增加而衰减; 在沉积盆地区域内,地震动持时显著延长,软土沉积对外部输入的速度脉冲有放大作用,出现幅值较大的长周期速度大脉冲; 沉积盆地会显著增大近断层强震集中性的分布范围。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 典型的无网格方法采用移动最小二乘函数(moving least squares,MLS)作为近似函数,但由于MLS不具备Kronecker delta函数性质,本质边界施加困难。LRPIM是采用径向基点插值形函数的无网格方法,本质边界条件无需特殊处理,可以直接施加,在保持高精度的前提下提高计算效率。将LRPIM应用于机械结合面接触问题的计算。根据位移连续条件推导了含接触特性的线性互补方程,建立了基于LRPIM的计算模型,采用线性互补算法利用数值积分计算了几种典型的接触问题,得到了接触面压力分布和接触变形,分析了插值函数形状参数和积分域尺寸对计算结果的影响。研究结果表明,插值函数形状参数αc对接触力的影响较小,而形状参数q取-0.5～1.2时有较好的收敛效果; 积分域无量纲尺寸aqx、aqy大于1.5时计算结果开始收敛,大于2.5时出现发散现象,取值2.1时收敛效果最佳。将计算结果与已有结果进行比较,表明本研究方法有较高的求解精度。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为探讨超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)材料在低速冲击压缩下的力学性能,应用大型有限元程序LS-DYNA,结合UHPC材料性能,校准了混凝土连续面盖帽(continuous surface cap,CSC)模型中的参数取值,建立了基于SHPB技术的UHPC低速冲击压缩数值模型并与试验验证,在此基础上探讨了低速冲击下试件单轴抗压强度和应变率对UHPC动力增大系数(dynamic increase factor,DIF)的影响,提出了UHPC动力增大系数数值回归公式。结果表明:基于合适的参数选取,应用校准后CSC模型建立的UHPC动态冲击压缩数值仿真模型具有较好的精准性; 在不同的单轴抗压强度下,应用CSC模型得到的UHPC试件前后端面应力比变化趋势大致相同,但随着应变率的提高,CSC模型模拟效果表现出相对下降的趋势; UHPC动力增大系数随着应变率的提高而增大,随着单轴抗压强度的增大而逐渐降低,表现出明显的应变率效应和强度效应; 建立的耦合应变率和单轴抗压强度的UHPC动力增大系数计算公式能较好地吻合数值分析结果,并在一定程度上避免高估UHPC动力增大系数,对低速冲击作用下UHPC动力特性评估具备一定的适用性。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 钢纤维混凝土内部缺陷的萌生、扩展等变化过程,需从细观角度出发进行研究。为了建立更加接近实际的钢纤维混凝土细观随机分布模型,提出了一种高效可靠的钢纤维混凝土细观建模方法。采用Python语言对ABAQUS程序进行二次开发,避免了建模中不同软件之间信息传递过程繁琐的问题。提出了一种新的关于多边形骨料和钢纤维的干涉判断方法 ——点线法,推导了在任意椭圆形骨料边界上取点的方程,提高了骨料投放的高效性。基于上述方法,对钢纤维混凝土试件在单轴压缩下的破坏过程进行了模拟并与试验结果进行对比。结果表明:对于二维细观模型中的二级配多边形骨料投放比可以达到70%,椭圆形骨料投放比可以达到69%; 消除了钢纤维在建模过程中相交的现象。数值模拟得到的破坏形态和应力-应变曲线与试验得到的吻合较好,进一步验证了提出的方法可行性。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为得到高精度的Ⅰ型应力强度因子,提出了一种基于辛几何方法测定裂纹尖端Ⅰ型应力强度因子的方法。通过在裂纹尖端构建扇形区域,分离辛几何方法下裂纹尖端的全状态向量,结合裂纹尖端的位移场,计算出裂纹的应力强度因子。利用Ⅰ型裂纹尖端位移场的理论解,研究了扇形区域的特征点个数、圆心角大小以及半径长度对应力强度因子精确度的影响。研究结果表明:特征点个数对该方法求解Ⅰ型应力强度因子的精度的影响较大,特征点个数大于37时,相对误差稳定趋向于0; 扇形圆心角对应力强度因子的精度影响较小,但是相同精度要求下,不同的扇形圆心角需要的特征点个数不同; 扇形半径过小时,由于断裂过程中裂纹尖端塑性区域的影响,应力强度因子的解不稳定且相对误差较大。对比相对误差可以发现该方法计算得到的Ⅰ型应力强度因子的精度较高,且该方法只需得到裂纹尖端的位移场就可以精确得到应力强度因子,解决了以往求解体系在复杂应力等情况下求解步骤复杂,导致无法精确得到Ⅰ型应力强度因子的难题。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 硬脆性岩石与软弱岩石一样会发生蠕变破坏,因此研究其蠕变特性对围岩的稳定性具有重要意义。假设黏滞系数与初始弹性模量的幂次方成正比,以此表征岩石初始的软硬和致密状态对其蠕变行为的影响,提出一种改进的分数阶非线性黏滞体,以描述衰减和稳定蠕变阶段的黏弹性特征; 根据连续损伤力学理论,引入损伤因子,建立了考虑时效损伤的分数阶非线性损伤黏塑性体,以描述加速蠕变阶段的力学行为。将胡克体、改进分数阶非线性黏滞体和分数阶非线性损伤黏塑性体串联,建立一个硬脆性岩石非线性蠕变损伤模型,并验证其合理性,试验曲线与模型理论曲线吻合良好,说明该模型能较好描述硬脆性岩石蠕变全过程。对模型参数进行敏感性分析,讨论其对蠕变行为的影响,结果表明相关参数对准确描述硬脆性岩石的蠕变特征有重要作用。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为推动竹结构的发展,展开基于拓扑优化的竹结构设计新方法开发及相应的静力对比试验研究。首先,探讨了运用渐进结构优化指导竹结构设计的系统性方法; 然后结合工程实例,选用面向承压型结构和受拉型结构进化的两种优化可行域,分别开展双车道桥梁结构优化设计并完成静力对比试验。结果表明:基于优化设计的桥梁结构与Michell型桁架结构较吻合,同体积下结构刚度显著高于经验设计构件; 在正常使用状态下,承压型的拓扑拱结构刚度约为受拉型的拓扑悬索结构的3倍,但承载力相较略低。可见,基于渐进结构优化的新设计方法,可以针对不同的承载力和刚度设计要求,构建合适的优化可行域以指导设计出不同的方案,为工程竹结构提供了一种可自动化分析计算的最优化设计方法。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： Nb3Sn超导相转变中的力电耦合效应给超导磁体装备的电磁性能指标和安全运行带来不利影响。鉴于Nb3Sn具有立方相和四方相两种相结构,建立了Nb3Sn立方相、四方相和混合相晶体力学模型,以及考虑变形-临界温度退化和变形-正常态电阻率变化的力电耦合响应模型。研究结果表明,相结构会导致单晶体弹性力学性能有所区别,但静水压作用下不同相结构的Nb3Sn多晶体,其局部应力状态与相结构无关,仅取决于晶粒形貌和取向。由于不同的相结构在外载下的费米面上电子态密度的演变规律基本一致,使得变形诱导的临界温度退化行为对相结构没有依赖性。对于混合相Nb3Sn正常态电阻率变化而言,温度低于马氏体相变温度时,可以采用基于电子-电子散射假设得到的T2规律来描述; 当温度高于马氏体相变温度时,由于四方相向立方相的转变,需要考虑电-声子耦合作用对正常态电阻率的贡献,可以采用拓展的Woodard-Cody电阻率模型来描述宏观电阻率的应变效应。研究结果提高了对不同相的临界性能退化机理的认识。
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 >> 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： 水凝胶在生物医学、脑机接口、传感器、制动器等高科技领域具有广泛的应用前景。然而,水凝胶在面对不同应用环境时仍存在力学性能上的挑战,包括易发生拉伸断裂、塑性变形以及疲劳破坏等问题,这严重限制了其应用范围。为了增强水凝胶的力学性能以适应不同的工作条件,本研究对当前不同组分水凝胶所具备的力学性能以及多种力学强化水凝胶的典型应用进行了综述。首先,对水凝胶的成分构成进行了介绍,包括天然聚合物水凝胶和合成聚合物水凝胶等。进而,通过系统总结不同水凝胶的力学特性和强化方式,深入剖析了抗拉强度、黏接强度和疲劳阈值等力学性能的优化途径。最后,指明了具有优秀力学性能水凝胶相应的应用场景,并对未来的发展方向进行了展望。本综述提供了水凝胶力学性能提升的多元化视角和解决方案,为设计特定需求的新型水凝胶材料提供了科学指导。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-05-07 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了研究矩形腔体侧向正弦周期加热条件下对流扰动的成长和传热特性,本研究对流体力学方程组进行了数值模拟。结果表明:随着格拉晓夫数Gr的增加,对流扰动的最大振幅Amax的成长率变大,线性成长阶段的时间变短。对于高宽比A=10,腔体宽度d=2 cm的腔体,普朗特数Pr=6.949的流体,对流扰动的成长率γm随着格拉晓夫数Gr变化的经验式为γm=9×10-8Gr1.234 3; 对于高宽比A=10、腔体宽度d=6 cm的腔体,普朗特数Pr=0.703的流体,成长率γm随着格拉晓夫数Gr的变化关系式为γm=8×10-4Gr0.52。当Pr=0.027 2时,热壁面平均努塞尔数Nu^-和格拉晓夫数Gr的关联式为Nu^-=0.000 02Gr1.17; 当Pr=6.949时,Nu^-=0.000 24Gr1.05。随着格拉晓夫数Gr数增加,右壁面的传热能力增强。
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