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  • 复合材料承压结构健康监测技术研究进展
    胡超杰, 杜阿龙, 杨露露, 杨斌
    2024, 45(3): 593-613. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.001
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    复合材料承压结构是指采用复合材料制造的用于承受压力的部件，例如车载储氢容器、液氧贮箱、固体火箭发动机等．结构具有轻质高强、可设计性好等诸多优点，在航空航天、汽车和石化等领域得到广泛应用．然而在严苛服役条件下，复合材料承压结构的损伤积累及扩展极易导致部件失效，因此为提高其在役安全性，发展先进结构健康监测技术至关重要．本文首先详细对比了超声导波、声发射、红外、光纤光栅等监测方法的优缺点，重点阐述了复合材料承压结构健康监测方法及研究进展．其次，针对复合材料承压结构的材料特征，讨论了植入式微纳材料传感器在纤维/基体界面和层间性能监测方面应用及面临的关键挑战．最后，探讨了新型传感技术及人工智能方法的研发进展，并分析了其在复合材料承压结构在役安全保障领域的应用前景．
  • 入水问题中手性材料降载特性的数值模拟
    张雪松, 颜志淼, 王本龙
    2024, 45(3): 614-624. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.002
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    手性超材料通过其特殊结构的设计，可以实现异于常规材料的独特特性．本文旨在讨论超材料层对于入水冲击载荷的影响．通过非线性本构关系模拟了反四手性蜂窝(Anti-Tetrachiral Honeycomb, ATH)的力学性能，并比较了不同的材料特性本构关系对于入水过程的影响．研究表明，材料的平台应力与致密应变均对入水冲击的载荷有较大影响．当平台应力较高时，材料性质接近于常规材料，且平台应力的降低与致密应变的增加均可延长冲击载荷作用的时间，降低材料所受冲击的峰值．
  • SiC复合包壳在辐照后LOCA工况下的热力耦合行为及其影响机制研究
    王金强, 陈露宁, 卢志威, 王诗槐, 任啟森, 薛佳祥, 丁淑蓉
    2024, 45(3): 625-637. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.003
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    碳化硅(SiC)复合包壳的热-力学性能和抗辐照性能较强，是一种优异的轻水堆事故容错燃料包壳，其结构完整性对反应堆安全运行至关重要．本文综合考虑各层材料的辐照效应，开展了SiC复合包壳在轻水反应堆稳态运行1 146天后发生失水事故(Loss of Coolant Accident, LOCA)期间的热-力耦合行为数值模拟，获得了CVD-SiC单质层的第一主应力分布和演化规律，并对应力演化的影响机制开展了分析．结果表明：LOCA期间内部CVD-SiC单质层的最大拉应力先迅速增加，后缓慢增加，存在开裂的风险；包壳外压降低是内部CVD-SiC单质层最大拉应力及复合材料层损伤因子快速增加的重要原因；内压随着温度的升高而增大，是内部CVD-SiC单质层最大拉应力及复合材料层损伤因子继续增加到峰值的原因；复合包壳管在稳态运行阶段存在较大的径向温差，由于LOCA初期温差的降低引起的热应力对内部CVD-SiC单质层的最大拉应力也产生了显著的影响，有望通过提高碳化硅纤维增强复合材料的热导率来降低复合包壳管的失效风险．
  • 考虑界面接触的燕尾榫结构局部并联偏差传递建模方法研究
    邹斌, 刘涛, 康贺贺, 吴玉萍, 李志敏
    2024, 45(3): 638-651. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.004
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    燕尾榫是航空发动机中重要的连接结构，其装配精度直接影响整机的性能和稳定性．然而，叶盘燕尾榫结构服役于高温高压高转速的极端工作环境，其装配界面会发生弹性或塑性接触变形影响几何偏差的传递．为探究燕尾榫界面接触对结构偏差传递的影响机制，首先，本文简要介绍了基于雅克比旋量模型的串联结构偏差传递分析方法．其次，基于奇异积分方程的数值解法实现了非对称平压头接触的界面接触力学分析，构建了界面传递等效旋量．在此基础上，利用最小势能原理将界面接触变形纳入偏差分析中，提出了考虑界面接触的燕尾榫结构局部并联偏差传递建模方法．最后，以燕尾榫结构为例，将提出的方法与传统方法进行对比，验证了提出方法的可行性和准确性，并研究了不同转速和风压下界面接触对燕尾榫偏差传递的影响．研究结果证明了燕尾榫界面接触变形对结构偏差传递的显著影响，并为其他机构的偏差传递分析提供了一种可行方法．
  • 锂离子电池活性材料剥离强度的实验测试方法
    高海超, 陈明, 宋亦诚
    2024, 45(3): 652-666. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.005
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    锂离子电池电极复合活性材料的开裂和损伤对电池的容量和循环性能具有显著的负面影响．选择合适的粘结剂和材料配方以提高活性材料的粘结强度，对于电池的长期循环使用具有非常重要的意义．然而，复合活性材料在电极尺度的断裂强度非常难以测量．本文提出了一种基于多孔集流体电极剥离实验的定量测量电极复合活性材料断裂性能的测试方法，通过多孔集流体电极剥离实验和无孔集流体电极剥离实验的对比，依据集流体开孔率的不同，获得复合活性材料自身的剥离强度，并进一步通过实验验证了所测复合活性材料剥离强度与集流体开孔几何的无关性．最终，测量了两种商用配方制备的石墨负极剥离强度，通过与相关数据的比较，验证了测量结果的可靠性和本实验方案的有效性．本实验方法可以测量复合活性材料在稳态断裂时的能量释放率，表征材料的粘结强度，对相关的电极材料制备和数值模拟具有重要意义．
  • 变温环境下胶囊混凝土拉压性能及影响因素分析
    余陈, 吴佰建, 郭力
    2024, 45(3): 667-675. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.006
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    胶囊混凝土是一种具备微裂缝自动修复能力的高耐久性工程材料，应用前景广阔.目前对胶囊混凝土力学和自愈性能研究较多，但缺乏对服役环境变温荷载影响的研究．本文研究了荷载与温度共同作用下胶囊混凝土的力学行为，首先采用双线性软化本构关系建立不同胶囊尺寸的胶囊模型和无胶囊混凝土模型，进行单轴拉伸和单轴压缩测试，考察了胶囊尺寸对胶囊混凝土力学行为的影响，随后模拟不同温度下的热源，研究了考虑热传导和温度变化的胶囊混凝土抗压和抗拉性能．数值模拟结果表明，添加胶囊所导致的非均质性使得混凝土拉压强度降低，胶囊尺寸越大，降低幅度越大；一般而言，抗拉强度比抗压强度下降更为明显；由于胶囊和混凝土的热膨胀系数不同，变温环境可使胶囊混凝土的强度降低20 %左右，需在材料设计和参数优化中加以考虑．
  • 基于相场法的混凝土冻融疲劳耐久性能研究
    邹博煜, 贺鹏飞, 戴瑛, 王本劲
    2024, 45(3): 676-687. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.007
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    为了研究混凝土在疲劳与冻融耦合作用下的性能表现，采用疲劳相场法对混凝土的性能演化进行了研究．基于随机骨料投放算法，得到一定面积分数与带界面过渡区(Interfacial Transition Zone, ITZ)的混凝土骨料模型．通过引入热力耦合疲劳相场模型，对混凝土冻融疲劳开裂的全过程进行了数值模拟研究．结果表明：冻融过程中，损伤起始于骨料角点处应力水平最高的界面过渡区；纯冻融条件下，冻融前期损伤发展比较缓慢，后期损伤迅速发展；冻融加疲劳条件下，混凝土耐久性能大大降低，寿命仅为纯冻融条件下的50 %，随着冻融次数的增加，混凝土强度、弹性模量逐渐降低，且降幅增大．
  • 面向在轨组装服务的空间机器人动力学分析及抑振阻抗控制设计
    刘东博, 陈力
    2024, 45(3): 688-696. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.008
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    研究了空间机器人在轨组装空间桁架操作的抑振阻抗控制问题．首先，利用Lagrange方法建立了载体姿态受控形式的空间机器人系统动力学模型；通过对系统进行动力学分析，推导了相应的机械臂末端和桁架插头在基连坐标系下的运动雅可比关系；结合阻抗控制原理，根据插头位姿与其输出力之间的动态关系建立了二阶线性阻抗模型．然后，设计了标称PD (Proportional Derivative)的控制器，并引入滑模变结构控制器来实现对建模不确定项的精确补偿，以提高力/位的控制精度．考虑滑模控制器固有的抖振，结合模糊控制原理，采用将滑模面作为输入，补偿控制增益作为输出的控制方案来提高抑振效果．该控制策略不依赖滑模面微分信号，计算量少，鲁棒性强，且无需复杂的模糊专家规则库．通过Lyapunov原理证明系统是一致渐进稳定的．基于Matlab仿真结果分析，验证了所提控制策略的有效性和抑振性能．
  • 极限下限分析的区域光滑径向点插值法
    陈莘莘, 董昊, 李庆华
    2024, 45(3): 697-705. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.009
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    极限分析的高效数值计算方法在结构设计和安全评定中具有非常重要的作用．为了更加有效地求解极限分析问题，将区域光滑径向点插值法与二阶锥规划相结合，提出了理想弹塑性结构极限下限分析的一种新方法．将问题域离散为简单的三角形背景单元，每个单元进一步划分成若干个光滑域．为了将复杂的域积分转化为简单的边界积分，并且避免计算形函数的导数，采用广义梯度光滑技术对每个光滑域进行应变光滑处理．由于径向点插值法构造的形函数满足Kronecker delta性质，本质边界条件可以直接施加．依据下限定理，在满足以等效积分弱形式表达的自平衡应力场平衡条件的基础上，用二阶锥规划成功构建了极限分析下限法的计算模型，从而可方便地通过基于原始-对偶内点法的数学规划求解器MOSEK直接求解该问题．数值算例结果表明，本文所提方法有效地克服了维数障碍问题，具有较高的计算精度，并且计算结果对网格畸变十分不敏感．
  • 曲面双叉戟自锁吸能系统设计及吸能性能研究
    朱一林, 钟朋, 傅烨, 卢福聪
    2024, 45(3): 706-716. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.010
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    自锁吸能系统无需外加约束或内部连接即可抵挡外部冲击而不发生元件飞溅，在吸能防护领域引起了广泛关注．然而，现有吸能系统大多为块体式平面自锁吸能系统，无法对曲面构筑物提供有效防护．为此，本文发展了一种能与曲面构筑物紧密贴合的新型曲面自锁能量吸收系统．吸能系统由曲面双叉戟状薄壁管组装构成，结构简单、易于生产且可灵活拆装．基于有限元仿真，本文进而系统地研究了曲面双叉戟状薄壁管系统和单管的吸能特性．结果表明：当系统受冲击时，管件的齿状结构及齿间管槽可限制相邻管件的位移，使系统在冲击载荷作用下能够实现自锁；管件在冲击过程中始终与曲面构筑物保持贴合；此外，吸能系统仅受冲击侧管件参与变形．因此，曲面自锁系统可对曲面构筑物提供有效的防护，并且可重复利用，具有较高的经济性．
  • 一种新的耦合型塑性损伤本构模型预测高强钢损伤断裂
    李祥, 马娟娟, 余丰
    2024, 45(3): 717-729. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.011
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    本文提出一种新的耦合型塑性损伤本构模型，用来预测不同应力状态下高强钢的损伤断裂行为．所提出的本构模型考虑了应力三轴度和Lode参数对损伤的影响，仅通过光滑拉伸和剪切试样就可完成参数标定，并实现了对紧凑拉伸断裂试样裂纹萌生与扩展的预测．研究发现，高强钢的临界损伤值是恒定的材料属性，与应力状态无关，可作为材料裂纹萌生的断裂准则，在该准则下可准确预测试样断裂应变．此外，损伤断裂受应力三轴度、Lode参数和塑性应变的共同影响，导致不同试样的起裂位置有所差异．
  • 考虑孔隙的复合材料热压罐固化数值模拟研究
    任天乐, 赵涵硕, 师中华
    2024, 45(3): 730-738. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.012
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    考虑孔隙的影响，建立了预测复合材料构件残余应力的数值模拟计算理论模型，在理论模型中引入孔隙变量来描述材料特性的变化．基于粘弹性固化残余应力本构，采用顺序耦合和完全耦合两种热力耦合数值模拟方法来预测复合材料构件变形和残余应力的演变趋势．通过与实验对比，验证所建模型的正确性及有效性，重点研究耦合方式之间的差异性和孔隙的影响趋势．结果表明：顺序耦合较完全耦合模拟方法计算效率更高，粘弹性模型对复合材料构件的固化残余应力预测准确，孔隙含量对固化变形有明显的降低趋势．
  • 低速冲击下碳纤维面板泡沫夹芯复合材料的损伤分析
    王凡, 熊景毅, 王文群, 高进城, 严仁军
    2024, 45(3): 739-749. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.013
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    主要研究了夹层复合材料受外来载荷作用下的凹痕、横向位移、接触力随时间的变化规律．采用高阶剪切变形理论给出夹层板的广义内力表达式，再由薄板小挠度理论、Hertz接触理论、夹层板平衡方程、Navier法推导出夹层板在外来载荷作用下的动态响应过程．其中，夹层板的接触力和横向位移由两自由度弹簧-质量模型给出．将推导的结果与文献中的理论结果对比，本文计算的误差均不超过6 %．并在此基础上比较了不同冲击条件下夹层板的抗冲击性能．
  • 极端工况下几何精确梁理论和CR理论的适用性研究
    范理, 刘小会, 王家林, 鲁佳帛, 吕中宾
    2024, 45(3): 750-761. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.014
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    几何精确梁理论和共旋(Co-Rotational, CR)梁理论是模拟柔性梁动力响应的两种常用方法，然而，针对极端工况下这两种方法的仿真对比分析尚不充分．本文首先基于几何精确梁理论和共旋坐标理论推导了空间大转动梁的刚度矩阵、质量矩阵以及非线性求解的迭代方法，并从理论上讨论了两种方法的特点．最后编写了两种方法的有限元仿真程序，并通过具体算例对比了它们的收敛性和计算效率．仿真结果表明：在足够的单元数量下，两种方法都能提供准确的数值结果；当单元数量较少时，共旋公式的数值结果比几何精确梁理论更精确，并且在相对少量的单元情况下仍能提供足够的精度，这是由于两种方法在迭代过程中对变量更新的不同处理方式所致；在相同单元数量下，几何精确梁理论展现出更高的计算效率和更好的收敛性．本文的研究结果对于柔性梁的数值仿真具有重要的参考价值．
  • 瓷砖胶粘结层剪切强度测试机理及方法改进研究
    王滕, 王盈莹, 高可为, 王东阳
    2024, 45(3): 762-770. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.015
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    准确测量瓷砖胶粘结层剪切强度对有效预防瓷砖脱落至关重要．本文首先改造常规拉力试验机，设计出一种基于单搭接接头的剪切测试装置，开展不同厚度瓷砖胶粘结层的剪切强度测试试验，结果表明：接头破坏模式均为粘结界面脱粘开裂破坏，无瓷砖胶内聚破坏；瓷砖胶层厚度越大，粘结层剪切强度越低．建立数值模型计算分析发现，单搭接接头剪切时会产生附加弯矩，导致纯剪变为拉剪，从而产生试验误差，且瓷砖胶厚度越大，剪切时因附加弯矩产生的误差越大．为消除附加弯矩对剪切测试结果的影响，本文改进剪切试验装置，通过双搭接接头对称加载的方式，有效避免因附加弯矩产生的试验误差，提高瓷砖胶粘接层剪切强度测试结果的准确性．
  • CAP1400蒸汽发生器干燥器性能分析及试验研究
    史志龙, 矫明, 应秉斌, 李经怀
    2024, 45(3): 771-780. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.016
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    针对CAP1400蒸汽发生器汽水分离装置干燥器的研发设计，本文从汽液分离机理、研发方式、工程设计等方面对国内外研发设计机构开展了广泛调研，并创新性地提出一种适用于先进核电厂蒸汽发生器干燥器的研发技术．本文采用数值模拟分析替代传统冷态试验对波形板进行选型研究，并采用各向异性多孔介质模型对干燥器整体三维结构模型进行数值计算，得到干燥器波形板入口蒸汽速度分布．根据计算得到的最高流速，对汽水分离装置试验件开展有针对性的热态性能试验，得到其在不同入口蒸汽流速、不同入口蒸汽湿度下的工作性能曲线，确定该型号干燥器的允许工作范围，以论证干燥器所有波形板入口处的蒸汽流速均在试验件热态试验确定的临界蒸汽流速以内，确保蒸汽发生器出口蒸汽的品质满足电厂安全稳定运行要求．
  • 组合型浮式防波堤水动力响应与消浪性能研究
    王贯宇, 谢书刚, 伍磊, 张天向, 涂佳黄
    2024, 45(3): 781-794. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.017
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    为提升方箱式浮式防波堤的稳定性和消浪效果，本文发展了一种组合型浮式防波堤，并基于计算流体动力学方法，采用黏性流体理论，建立了二维数值水槽，以组合型浮式防波堤为研究对象，并通过与方箱式浮式防波堤进行对比，重点探讨了系泊方式和波参数对组合型浮式防波堤运动响应与消浪性能的影响．此外，对浮式防波堤周围水体的涡量分布情况进行了分析，揭示了其波浪能量耗散机制．研究结果表明，组合型浮式防波堤对波浪的耗散能力远高于方箱式浮式防波堤，其主要通过能量耗散衰减波浪．相比于方箱式浮式防波堤，组合型浮式防波堤的整体运动响应较小、消浪能力较强，且系泊方式对组合型浮式防波堤运动响应与消浪性能影响较小．然而，当入射波高增加时，系泊方式对其消浪性能有较大影响．研究结果可为浮式防波堤的优化设计和实际工程应用提供参考．
  • 圆形基坑极正交各向异性支护结构变形解析分析
    朱杰江, 王明辉, 高云飞, 杨骁
    2024, 45(3): 795-807. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.018
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    考虑圆形深基坑支护结构轴向和环向配筋的差异，将支护结构简化为极正交各向异性圆柱薄壳，研究了分层土体中具有弹性支撑环梁约束的支护结构轴对称变形和内力特征．首先，将弹性支撑环梁的约束解除，代之以沿环向分布的未知集中力，基于弹性环梁和圆柱壳的边界条件和变形协调条件，得到了分层土体中具有弹性支撑环梁支护结构轴对称变形的解析解．其次，以上海地区某一圆形深基坑支护结构为例，揭示了支护结构环向和纵向弹性模量、环梁刚度、土体重度和静止土压力系数等因素对支护结构内力和变形的影响，结果表明：支护结构以环向承压为主，轴向弯曲为辅，故其环向刚度对径向位移的影响要明显大于其轴向刚度的影响，但材料参数对内力分布影响较弱；环梁刚度的增加可有效限制支护结构的变形，但会引起支护结构在支撑环梁处内力的显著增大；土层性质相差不大区域的支护结构可按均质土中支护结构进行分析，而土层性质有较大突变区域的支护结构分析则需考虑土层的分层效应．
  • 液氮冻融对不同含水率煤岩力学与渗流特性影响研究
    齐消寒, 张颖, 侯双荣, 刘晓东, 刘忠桦, 谢文坤
    2024, 45(3): 808-824. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.019
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    为探究液氮冻融对不同含水率煤岩力学渗流特性的影响规律，采用非接触式数字图像技术测量流固耦合试验系统，进行不同含水率下冻融煤岩三轴加载及渗流实验研究．研究结果表明：(1) 经液氮冻融2次处理的煤岩，在围压相同轴压加载试验中，随含水率增加，煤体细观损伤增强，轴向峰值应变、峰值强度和弹性模量逐渐降低，泊松比逐渐增加．(2) 液氮冻融下不同含水率的煤样在压密、弹性、屈服和破坏4阶段的轴向应变场中应变集中现象强烈，在压密、弹性和屈服阶段应变场存在负值，媒体产生膨胀变形．(3) 液氮冻融引起的裂隙扩展增加了煤体的渗透性，含水率3 %~6 %煤样较含水率0 %~3 %渗透率增长1.31倍，含水率6 %~9 %煤样渗透率较3 %~6 %煤样增长1.43倍，含水率9 %煤样渗透率可达9.37×10-12 cm2．本文研究结果可为深部低渗煤层瓦斯抽采效率提供理论指导．
  • 页岩气储层中甲烷运移的变分数阶导数模型研究
    常爱莲, 黄乐, 张郡铄, 姜天奇, 邵明鲁
    2024, 45(3): 825-833. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.020
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    因页岩气开采过程中形成的复杂流动缝网系统，导致甲烷气体向浅层地下水迁移，从而引起地下水甲烷含量超标，引发的地下水污染问题是当前备受关注的环境问题之一．因页岩储层结构的复杂性与随机性，且非均质性较强，甲烷在页岩储层中的运移规律有待深入研究．甲烷在基岩中以扩散为主，在裂缝中以渗流为主，从流动建模的角度来看经典对流-扩散模型不能有效刻画甲烷气体的运移规律．针对强非均质性页岩储层结构特点，本文建立能够准确描述具有历史依赖性的运移过程的变时间分数阶导数模型，揭示甲烷在非均匀介质中的反常扩散特征，模拟甲烷的浓度穿透曲线，有效刻画甲烷运移规律．结果表明：变阶数α(t)能够表征甲烷运移过程的时间记忆性，刻画浓度穿透曲线具有的明显拖尾特征及停滞效应．本研究解决了传统整数阶方程无法准确描述的反常扩散现象，为预测双碳目标下的页岩气开采过程中的地下水污染风险提供一种理论指导．
  • 基于KPCA-XGBoost机器学习的大跨体育场风荷载预测
    艾辉林, 王盛世, 陶厚正
    2024, 45(3): 834-841. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.021
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    大跨空间结构风荷载的取值是该类结构抗风设计关注重点，通常借助风洞试验或数值风洞确定，但其费用高周期长等特点限制其广泛应用．机器学习方法近年受到关注，逐渐应用于结构的风荷载预测并取得了不错的效果．利用核主成分分析(Kernel Principal Component Analysis, KPCA)对数据进行降维处理，借助可以集成学习的XGBoost机器学习模型，采用十折交叉验证对超参数进行选择，编写了基于机器学习的大跨空间结构风荷载预测程序．通过对多个已有工程项目风洞试验结果的学习训练和预测结果比对，证明该方法具有处理数据能力较强、预测效率较高及泛化能力较强等特点．随机选取未参与模型训练的风向角下数据进行模型准确性验证，结果表明模型的值均达到0.9左右，预测值与试验值较为接近，体型系数在迎风区的预测精度略低于背风区，而极值风压则在背风区的预测精度好于迎风区．
  • 细粒含量对冻土-桩界面剪切特性影响研究
    胡峻晖, 崔宏环, 王跃庚, 李续靖
    2024, 45(3): 842-854. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.022
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    针对华北北部地区桩土界面的稳定性开展研究，采用往复直剪仪，在不同法向压力下进行常规直剪试验和往复直剪试验，重点探究了在负温条件下6种细粒含量(0 %、10 %、20 %、30 %、40 %、50 %)对冻土-混凝土界面冻结强度和剪切刚度的影响规律．结果表明：随着细粒含量的增大，常规直剪条件下界面的峰值强度变大，冰胶结强度占比随之提高，且割线模量也不断变大；在往复剪切作用下，界面剪切刚度随剪切循环次数的增加不断衰减，30 %细粒含量时界面的剪切刚度衰减幅度最大；虽然细粒的加入会增大界面的剪切刚度，提高界面抵抗变形的能力，但在往复剪切作用下细粒会使界面剪切刚度衰减幅度变大，不利于结构的稳定性．通过层次分析法得出往复剪切次数、细粒含量、环境负温对界面剪切刚度的影响权重分别为58.52 %、25.40 %、16.08 %；该分析结果可为相关工程实践提供参考依据．
  • 盾构下穿引起的既有隧道沉降变形研究
    王理想, 刘四进, 王军, 段其广
    2024, 45(3): 855-866. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.023
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    新建盾构隧道下穿会对既有隧道周围土体产生扰动，导致既有隧道产生较大的沉降变形．针对该工况，基于两阶段分析法，提出一种理论解析方法，以预测新建盾构隧道下穿引起的既有隧道的沉降变形．利用简化的随机介质理论，求解新建隧道开挖引起的土体自由沉降，并将该沉降施加于既有隧道之上．将既有隧道简化为Timoshenko梁模型，利用Vlazov地基模型模拟隧道-土的相互作用，构建盾构下穿作用下既有隧道的沉降变形微分方程．利用有限差分法对沉降变形微分方程进行求解，得到既有隧道在盾构下穿作用下产生的沉降变形解答．结合两个工程案例，将理论解析结果与实测数据进行对比，验证了所提出的理论解析方法的合理性．对影响既有隧道沉降变形的三个关键参数进行分析，结果表明：既有隧道最大沉降与地层损失率之间呈线性关系，地层损失率越大沉降也越大；随着隧道夹角的减小，既有隧道的变形范围显著增大；增大新旧隧道轴线距离，能够显著减小隧道沉降．
  • 骨料含量和试件尺寸对混凝土单轴受压细观性能影响
    翁维素, 周胜, 乔春蕾, 刘仲洋
    2024, 45(3): 867-876. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.024
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    为了研究粗骨料含量对混凝土单轴受压性能及尺寸效应的影响，通过编写Python脚本在Abaqus中建立二维混凝土随机骨料模型．该模型涵盖了骨料、砂浆和界面过渡区三相混凝土细观结构，使得模型更加接近真实混凝土结构；通过设置骨料含量和模型尺寸这两个变量，研究了其对模型力学性能的影响．研究结果表明，在同一试件尺寸下，随着骨料含量的增加，混凝土损伤破坏渐趋严重，弹性模量略有增大，抗压强度呈下降趋势；相同骨料含量下混凝土的尺寸效应明显，随着试件尺寸的增加，细观非均质性增强，导致混凝土抗压强度降低，损伤破坏现象更趋明显．分析尺寸效应对模型的影响规律，为实际情况下缩尺模型的性能预测提供参考．
  • 分数阶粘弹性地基上裂纹梁的自由振动
    张骏, 魏培君, 周小利, 王刚
    2024, 45(3): 877-886. https://doi.org/10.15959/j.cnki.0254-0053.2024.03.025
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    本文研究了分数阶粘弹性Pasternak地基上含多裂纹Euler梁的自由振动问题．首先，引入分数阶导数概念，建立粘弹性Pasternak地基模型，推导出地基应力-应变本构的复模量以及地基反力．其次，将裂纹等效成无质量扭转弹簧，借助于裂纹能量释放率和应力强度因子的关系，推导出梁的局部柔度．然后，基于传递矩阵方法，建立含多裂纹梁的分段传递矩阵进而得到总体传递矩阵．最后，基于梁的边界条件，建立求解裂纹梁的复固有频率及振型的线性代数方程组，数值求解得到含多裂纹梁的固有频率及振型．以含双裂纹的两端简支Euler梁为例，数值计算了复固有频率和振型．并基于曲率模态分析裂纹位置对复固有频率和振型的影响．数值结果揭示了粘弹性地基的分数阶系数、粘性系数以及裂纹位置和裂纹深度对复固频率和振型的影响规律．