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Constitutive model of disturbed soil-structure interface within mining subsidence areas 被引量:1
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作者 CHANG Hong XIA Jun-wu 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第7期1676-1683,共8页
The characteristics of a disturbed soil-structure interface were studied based on the variation regularities of the disturbed soil within its mining subsidence area using direct shear tests.The effects of the initial ... The characteristics of a disturbed soil-structure interface were studied based on the variation regularities of the disturbed soil within its mining subsidence area using direct shear tests.The effects of the initial moisture content on the shear strength parameters of the soil-structure interfaces were analyzed.The results indicate that the cohesion of the interface initially increased and then decreased as the initial moisture content increased.In addition,the friction angle of the interface decreased as the initial moisture content increased.A constitutive model of the disturbed soil-structure interface,a rigid-plastic model based on the initial void ratio and saturability(VSRP) model,was established based on the results.In order to validate this model,a finite element analysis of DRS-1 direct shear tests was conducted.The finite element model calculations coincided with the results of the DRS-1 direct shear tests.The proposed model also reflected the nonlinear features of the soil-structure interface. 展开更多
关键词 mining SUBSIDENCE areas soil-structure interface RIGID-PLASTIC model FINITE element method
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不同横肋间距的土工格栅界面特性宏细观研究
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作者 靳静 温馨 +3 位作者 梁小勇 王迪 杨广庆 周诗广 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第4期1602-1613,共12页
土工格栅与土之间界面特性是影响加筋土结构稳定的关键因素。为研究不同横肋间距土工格栅的界面摩擦特性,对3种横肋间距(28、35、50 cm)土工格栅进行室内宏观拉拔试验和离散元细观模拟,宏观层面分析不同横肋间距下拉拔力与拉拔位移的关... 土工格栅与土之间界面特性是影响加筋土结构稳定的关键因素。为研究不同横肋间距土工格栅的界面摩擦特性,对3种横肋间距(28、35、50 cm)土工格栅进行室内宏观拉拔试验和离散元细观模拟,宏观层面分析不同横肋间距下拉拔力与拉拔位移的关系、界面摩擦特性的变化规律,细观层面上研究颗粒配位数、孔隙率、位移场,以及拉拔过程中土体内部力链的变化规律。研究结果表明:拉拔力-拉拔位移关系曲线呈非线性,随着横肋间距的减小,峰值拉拔力不断增大。在法向应力为200 kPa作用下,横肋间距由50 cm减至28 cm时,峰值拉拔力提高70%,28 cm横肋间距的土工格栅抗剪强度较强。筋土界面的黏聚力和摩擦角也随横肋间距的减小而增大。在细观层面,较小横肋间距的土工格栅砂土密实性更好,土体内部颗粒分布更均匀。同时,随着拉拔位移的增加,筋土界面配位数随之减小,使得土体发生一定的剪胀现象。随着横肋间距的减小,土体整体孔隙率下降,密实性明显提高,土工格栅对土体嵌固作用增强。在拉拔过程中土工格栅横肋附近的颗粒旋转,横肋间距较大时,土体内部难以形成贯通的剪切带。较小横肋间距的土工格栅在横肋节点附近力链分布更强。研究结果可为土工格栅加筋土结构设计与应用提供一定的参考。 展开更多
关键词 土工格栅 横肋间距 拉拔试验 离散元法 筋土界面
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基于分区有限元界面元混合算法的重力坝长期抗滑稳定分析
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作者 傅露莹 林潮宁 +2 位作者 程家林 杜效鹄 李同春 《河海大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期72-79,共8页
为了研究软岩地基上重力坝安全系数的演化规律,提出了一种基于监测数据的结构面抗剪断强度参数反演方法,通过建立抗剪断强度参数的时变模型,应用分区有限元界面元混合算法,实现了对重力坝长期抗滑稳定性的动态评估。工程实例验证结果表... 为了研究软岩地基上重力坝安全系数的演化规律,提出了一种基于监测数据的结构面抗剪断强度参数反演方法,通过建立抗剪断强度参数的时变模型,应用分区有限元界面元混合算法,实现了对重力坝长期抗滑稳定性的动态评估。工程实例验证结果表明,该方法能够考虑工程参数的真实变化,提高了分析结果的准确性,同时能对工程的安全系数进行动态评价。 展开更多
关键词 混凝土重力坝 抗滑稳定 安全系数迭代解法 分区有限元界面元
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基于稳定L^(2)投影的有限元-浸没界面耦合方法
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作者 魏昶 李上明 《力学学报》 北大核心 2025年第6期1336-1350,共15页
有限元-浸没界面耦合方法(finite element-immersed interface method,FE-IIM)是一类结合有限元离散与浸没界面法边界间断特征的流固耦合模拟方法,旨在实现固体界面处物理量变化的精确解析,但是较差的稳定性限制了该方法的实际应用.文... 有限元-浸没界面耦合方法(finite element-immersed interface method,FE-IIM)是一类结合有限元离散与浸没界面法边界间断特征的流固耦合模拟方法,旨在实现固体界面处物理量变化的精确解析,但是较差的稳定性限制了该方法的实际应用.文章提出一种基于稳定L^(2)投影的FE-IIM耦合方法,要求固体边界满足C^(0)连续性条件,在边界单元上引入有限元形函数,使得界面处的物理量能够在基函数空间中实现连续、可控的表达.通过稳定L^(2)投影策略,重构固体C^(0)连续边界上的间断条件,建立流场物理量延拓至固体界面的插值方案,有效抑制随着雷诺数增大界面物理量演化过程中易出现的非物理震荡.在界面间断条件处理中,推导了IIM间断条件在有限元基函数空间中的数学表达,并引入速度和压力的一阶导数间断条件,提升界面物理量的计算准确性.通过分析Re=200~50000条件下的典型数值案例,结果展现了文章方法能够准确捕捉主要流动结构,有效解析边界物理量的细致变化.稳定投影FE-IIM耦合方法为需要精确捕捉界面压力等物理量分布特征的流固耦合模拟提供理论参考. 展开更多
关键词 流固耦合 浸没界面 有限元 稳定 L2 投影
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煤粉界面厚度影响下结合面接触刚度分析
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作者 杨辛未 孙东 +2 位作者 张帅 吴东璇 陈洪月 《振动与冲击》 北大核心 2025年第2期120-130,共11页
为研究煤粉界面厚度对结合面接触刚度的影响,对接触表面的微观形貌进行了刻画,试验测量了煤粉颗粒间及其与接触面间的接触参数,并基于颗粒液桥与颗粒破碎理论,采用有限元-离散元耦合方法,建立了含有煤粉界面的结合面三体接触模型,分析... 为研究煤粉界面厚度对结合面接触刚度的影响,对接触表面的微观形貌进行了刻画,试验测量了煤粉颗粒间及其与接触面间的接触参数,并基于颗粒液桥与颗粒破碎理论,采用有限元-离散元耦合方法,建立了含有煤粉界面的结合面三体接触模型,分析了不同煤粉界面厚度对结合面接触刚度的影响。研究结果表明:随着煤粉界面厚度增加,煤粉颗粒破碎数量先增加后降低,当界面厚度为0.5 mm时发生破碎的颗粒数量最多,其中中大粒径颗粒主要起到承载作用;随着界面厚度的增加,煤粉颗粒力链数量和长度随之增加,煤粉颗粒间的液桥力随之减小,随着大粒径颗粒的破碎,液桥力会发生骤降;当界面厚度为0.3 mm、0.5 mm、0.7 mm时,结合面三体接触刚度分别为1.792×10^(8) Pa/m、1.659×10^(8) Pa/m、1.600×10^(8) Pa/m,最后采用试验方法进行了验证。研究结果为煤矿装备动态特性与寿命预测研究提供依据。 展开更多
关键词 煤粉界面 三体接触刚度 多尺度方法 有限元-离散元耦合方法
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降压开采下深海能源土近井界面力学特性耦合分析
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作者 卢永鑫 蒋明镜 王思远 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第6期1298-1307,共10页
天然气水合物作为最有潜力的清洁能源之一备受关注。开采过程中水合物分解将使近井水合物沉积物(即深海能源土)力学特性劣化,引起系列开采风险及工程地质灾害。针对目前大多数研究未从微观角度着眼于开采中的能源土-井筒结构接触界面特... 天然气水合物作为最有潜力的清洁能源之一备受关注。开采过程中水合物分解将使近井水合物沉积物(即深海能源土)力学特性劣化,引起系列开采风险及工程地质灾害。针对目前大多数研究未从微观角度着眼于开采中的能源土-井筒结构接触界面特性变化,采用实用型水合物开采多场耦合分析框架TOUGH+HYDRATE+PFC,考虑相对更为真实的能源土-井筒接触界面的不同情况,开展了降压开采多场耦合数值模拟,对近井土体以及井筒本身的力学响应进行了对比分析,探讨了井筒表面粗糙度对于开采中土体、井筒间的相互作用的影响规律。结果表明:①不同的井筒表面粗糙程度未对温压化及开采效率方面产生明显影响。②适当提高井筒表面的粗糙程度可有效地减小接触土体沉降幅度,增强井壁接触区域的土体稳定性,降低开采风险以保证开采能够相对稳定地长期进行。③井筒粗糙度的增大会导致井筒受到更大的摩擦力,需控制井筒表面不能过于粗糙以防止井筒本身受力过大影响而失稳破坏。 展开更多
关键词 深海能源土 水合物分解 离散单元法 开采井 界面 耦合分析
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钢-UHPC-NC螺栓连接组合梁负弯矩区抗弯试验研究
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作者 杨大海 汪志甜 +1 位作者 王倩 史俊 《桥梁建设》 北大核心 2025年第2期34-42,共9页
为改善装配式钢-混组合梁墩顶负弯矩区桥面板开裂问题,以某装配式双工字钢-混组合梁桥为背景,提出钢-超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土(NC)螺栓连接组合梁,并对其抗弯性能进行研究。按缩尺比1∶5设计并制作1根钢-NC栓钉连接组合梁试件(... 为改善装配式钢-混组合梁墩顶负弯矩区桥面板开裂问题,以某装配式双工字钢-混组合梁桥为背景,提出钢-超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土(NC)螺栓连接组合梁,并对其抗弯性能进行研究。按缩尺比1∶5设计并制作1根钢-NC栓钉连接组合梁试件(试件P-1)和1根钢-UHPC-NC螺栓连接组合梁试件(试件P-2),开展试验梁在负弯矩作用下的静力试验,对其裂缝特征、开裂荷载、钢-混界面滑移、极限承载力等进行对比分析;并采用Abaqus软件建立试验梁有限元模型,分析螺栓连接度、预紧力和UHPC层厚度对钢-UHPC-NC螺栓连接组合梁受弯性能的影响。结果表明:与试件P-1相比,试件P-2的开裂荷载提高了40%,最大裂缝宽度降低了71%,梁端钢-混界面滑移提高了约56.6%;高强度螺栓及UHPC-NC叠合桥面板的联合应用可显著提高钢-混组合梁的抗裂性能,但对钢-混组合梁极限承载力性能的提高作用不明显;当抗剪连接度大于1时,螺栓连接度对钢-混组合梁的刚度、极限承载力及开裂荷载的影响较小,螺栓预紧力对钢-混组合梁极限承载力无明显影响,提高UHPC层厚度可提高钢-混组合梁的各项性能,但成本较高。建议UHPC层厚度取为桥面板厚度的1/4。 展开更多
关键词 装配式钢-混组合梁 螺栓连接 负弯矩 裂缝 钢-混界面滑移 极限承载力 抗弯试验 有限元法
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表面周期性粗糙度对接触黏滑行为的影响
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作者 王志强 雷震宇 《东北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期76-82,共7页
为研究表面周期性粗糙度对接触界面黏滑特性的作用机制,利用有限元方法,建立了滑块-平板接触三维柔性体模型,分析了表面光滑以及单/双表面粗糙条件下的接触黏滑运动过程.结果表明,在速度加载阶段,对于表面光滑工况,系统振动形式表现为... 为研究表面周期性粗糙度对接触界面黏滑特性的作用机制,利用有限元方法,建立了滑块-平板接触三维柔性体模型,分析了表面光滑以及单/双表面粗糙条件下的接触黏滑运动过程.结果表明,在速度加载阶段,对于表面光滑工况,系统振动形式表现为初始的单次黏滑振动和后续的持续滑移振动.对于单表面粗糙工况,系统发生了不稳定周期振动,且振动形式表现为循环往复的黏滑振动.对于双表面粗糙工况,受双接触表面复杂的粗糙度影响,系统振动响应表现为往复无序的黏滑振动.适当减小粗糙度幅值和增大粗糙度波长,有利于促进粗糙表面接触. 展开更多
关键词 周期性粗糙度 接触界面 黏滑行为 有限元方法 振动响应
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提高球团矿配比对高炉布料的影响及其优化研究
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作者 宁泽尧 张晓辉 王楠 《烧结球团》 北大核心 2025年第1期95-102,共8页
含铁炉料结构直接影响着高炉布料料层孔隙度,进而影响煤气流合理分布,探究球团矿配比对料层分布的影响及改善层间界面效应至关重要。本研究采用离散单元法对2550 m^(3)高炉的炉顶区域进行了三维建模,研究了存在焦炭层时提高球团矿配比... 含铁炉料结构直接影响着高炉布料料层孔隙度,进而影响煤气流合理分布,探究球团矿配比对料层分布的影响及改善层间界面效应至关重要。本研究采用离散单元法对2550 m^(3)高炉的炉顶区域进行了三维建模,研究了存在焦炭层时提高球团矿配比对炉料料面形状的影响规律,并对矿焦层间界面效应提出了优化方案。结果表明,随球团矿质量配比的提高,炉料颗粒在溜槽末端的速度与落点半径增大,料流更加分散;随溜槽倾角增大,溜槽有效长度增加,炉料落点半径大幅增大;提高含铁炉料中球团配比,使得含铁炉料在径向上向炉喉中心滚动,而在纵向上整体高度降低,矿焦界面渗流现象严重。因此,增加球团矿配比时,为保证炉喉处初始料面稳定的形状,应使矿石布料角度增大,以减缓含铁炉料向炉喉中心的滚动。 展开更多
关键词 球团矿配比 料面形状 料流轨迹 界面效应 离散单元法
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预应力UHPC-NC组合梁结合面徐变剪应力分析 被引量:3
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作者 邓继华 李冬亮 +2 位作者 周亚栋 田仲初 刘新华 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1075-1082,共8页
在恒载应力作用下,预应力UHPC-NC组合梁因两种材料不同的徐变特性及加载龄期的差异导致结合面产生徐变剪应力,分别采用解析法和有限元法对结合面徐变剪应力进行分析。在解析法中,用三角级数表示UHPC-NC结合面的应力分布,基于结合面上的... 在恒载应力作用下,预应力UHPC-NC组合梁因两种材料不同的徐变特性及加载龄期的差异导致结合面产生徐变剪应力,分别采用解析法和有限元法对结合面徐变剪应力进行分析。在解析法中,用三角级数表示UHPC-NC结合面的应力分布,基于结合面上的变形协调,利用最小余能原理推导出结合面徐变剪应力计算公式。在有限元法中,将组合梁UHPC层与NC层均划分成四边形平面应力单元,对结合面则采用等效杆单元模拟。以T形截面预应力UHPC-NC组合梁为例进行计算方法的验证,两种方法的计算结果吻合良好,且研究发现徐变剪应力最大值位于梁端;在此基础上对影响结合面徐变剪应力分布的UHPC层压应力、梁高、计算龄期、环境年平均相对湿度等参数进行分析,结果表明:结合面徐变剪应力最大值随着UHPC层压应力、计算龄期、环境年平均相对湿度的增大而增大,但基本不随梁高变化;结合面徐变剪应力最大值的位置随着梁高的增大而逐步向跨中靠近,其他因素不影响应力最大值的位置。研究结果可为UHPC-NC组合梁结合面的抗剪设计提供参考。 展开更多
关键词 UHPC-NC组合梁 结合面剪应力 徐变 最小余能原理 有限元法
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CFRP层合板单搭胶接接头胶板界面剥离强度仿真分析 被引量:1
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作者 张亚楠 陈栋 +2 位作者 时建纬 铁瑛 李成 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第1期74-82,88,共10页
基于异材界面奇异应力场理论,以CFRP层合板单搭胶接结构为对象,通过有限元和实验的方法分析了结构承载时板胶结合界面上出现的应力分布,锁定界面剥离强度关键区域,通过网格无关的有限元应力比值法提升仿真求解精度,最大限度还原板胶界... 基于异材界面奇异应力场理论,以CFRP层合板单搭胶接结构为对象,通过有限元和实验的方法分析了结构承载时板胶结合界面上出现的应力分布,锁定界面剥离强度关键区域,通过网格无关的有限元应力比值法提升仿真求解精度,最大限度还原板胶界面应力分布,着重探讨了多层各向异性CFRP板与传统均质材料在仿真过程和结果的差异,及搭接长度、胶层厚度、结构胶参数等对板胶界面应力分布及起裂点位置的影响,为板胶界面剥离应力的优化、胶接工艺的改进和单搭胶接接头强度的提升提供理论支撑。结果表明:各层参数不同的CFRP板胶界面承载时,剥离应力的最大处需由三个维度共同约束,其中两个维度的约束结果与均质材料相同,极值位于板胶界面垂直于拉伸方向的边缘,实际结构中失效的起始亦常见于此处,第三维度受层合板多层异性影响,该边缘上应力最大的点既不位于该边缘的中点也不位于界面角部,具体位置由材料参数和胶接结构共同影响。 展开更多
关键词 复合材料 界面应力 胶层 单搭接接头 有限元
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循环剪切作用下含可燃冰砂土-开采井界面强度弱化细观机制
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作者 张玉 侯劲宇 +2 位作者 栾雅琳 陶子卓 李建威 《中国石油大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期91-100,共10页
含可燃冰砂土呈现埋藏浅、未成岩和强度低的特性。波浪循环荷载作用下含可燃冰砂土-开采井界面弱化特征显著,直接影响井口稳定。采用离散元方法,通过设置波浪循环荷载引起的井筒运动,研究含可燃冰砂土-开采井界面循环剪切力学特性,并从... 含可燃冰砂土呈现埋藏浅、未成岩和强度低的特性。波浪循环荷载作用下含可燃冰砂土-开采井界面弱化特征显著,直接影响井口稳定。采用离散元方法,通过设置波浪循环荷载引起的井筒运动,研究含可燃冰砂土-开采井界面循环剪切力学特性,并从细观角度揭示界面宏观弱化机制。结果表明:可燃冰赋存导致含可燃冰砂土-开采井界面呈显著的强度弱化及剪胀体变特征,且可燃冰饱和度越高,弱化及剪胀越显著;原因在于近井区域含可燃冰砂土在循环剪切作用下形成胶结失效区域,大部分颗粒失去胶结约束,同时少部分胶结未失效的可燃冰颗粒与邻近颗粒形成较大粒径团簇,这些颗粒和团簇翻滚错动且无法充分传递荷载,导致界面产生强度弱化和剪胀体变;法向应力与剪切振幅的增大均会加剧界面试样可燃冰颗粒的胶结失效发展,强度弱化现象更为严重。 展开更多
关键词 含可燃冰砂土-开采井界面 循环剪切 界面弱化 胶结作用 离散元
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砂岩-混凝土结构面剪切特性试验研究及离散元模拟 被引量:1
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作者 杨凯旋 刘亚楠 +1 位作者 赵衡 赵明华 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期165-176,共12页
为从宏、细观角度揭示常法向刚度(Constant Normal Stiffness,CNS)条件下锯齿状砂岩-混凝土结构面剪切机制,首先采用湖南大学自主改造的CNS岩石直剪仪开展3组砂岩-混凝土结构面室内剪切试验.在此基础上,采用刚性墙替代法建立与室内试验... 为从宏、细观角度揭示常法向刚度(Constant Normal Stiffness,CNS)条件下锯齿状砂岩-混凝土结构面剪切机制,首先采用湖南大学自主改造的CNS岩石直剪仪开展3组砂岩-混凝土结构面室内剪切试验.在此基础上,采用刚性墙替代法建立与室内试验相应的离散元数值模型,并引入3个显式运动学方程控制砂岩试样运动轨迹从而实现CNS条件加载,将数值模拟与试验结果对比验证了模型的合理性.随后,开展16个工况的数值剪切试验,通过观察剪切裂纹扩展和力链演化形态,从细观角度揭示结构面破坏模式和荷载传递机制,并从宏观角度分析锯齿几何尺寸(半波长λ、起伏角θ)和加载边界条件(初始法向应力σn0、法向刚度K)对剪切强度和法向膨胀的影响.结果表明:剪切裂纹按照“平稳增加—急剧增加—增幅减小”的发展趋势由结构面区域逐渐向岩石内部扩展,结构面破坏模式随起伏角的增大由滑移磨损向剪断破坏过渡,剪切强度随λ、θ、σn0和K的增加呈指数函数型增加. 展开更多
关键词 直剪试验 砂岩-混凝土结构面 离散元法 常法向刚度
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含摩擦界面复合材料输流管道非线性振动分析 被引量:1
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作者 乔逸飞 瞿叶高 +1 位作者 高鹏林 彭志科 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3312-3323,共12页
针对含摩擦界面复合材料输流管道流固耦合动力学问题,基于Reissner薄壳理论和对流波动方程建立了纤维增强复合材料管道和流体介质的动力学方程,采用宏观滑移摩擦模型刻画管道摩擦界面上的非线性摩擦力分布,发展轴对称半解析有限元方法... 针对含摩擦界面复合材料输流管道流固耦合动力学问题,基于Reissner薄壳理论和对流波动方程建立了纤维增强复合材料管道和流体介质的动力学方程,采用宏观滑移摩擦模型刻画管道摩擦界面上的非线性摩擦力分布,发展轴对称半解析有限元方法来构建含摩擦界面复合材料输流管道非线性动力学模型,研究了流体载荷和摩擦界面等对管道非线性振动响应的影响.结果表明,含摩擦界面复合材料输流管道摩擦界面上点的滞回曲线由两个对称的黏滞区域和两个对称的滑移区域组成,摩擦界面的黏滞-滑移切换导致输流管道振动响应除包含激励频率外,还包含一系列奇次超谐波;随着界面摩擦系数增大,输流管道基频处的轴向振幅减小,法向振幅增大,而3次超谐波处的轴向及法向振幅先增大后减小;随着界面摩擦刚度增大,输流管道基频及3次超谐波处的轴向振幅先减小后增大;来流速度主要影响含摩擦界面输流管道的法向振动,对管道的轴向振动影响很小. 展开更多
关键词 复合材料输流管道 摩擦界面 黏滞-滑移运动 非线性振动 半解析有限元方法
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含复杂裂隙网络岩质边坡三维稳定性计算方法 被引量:3
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作者 马玉福 刘建设 +1 位作者 龚文平 李馨馨 《水电能源科学》 北大核心 2024年第6期93-97,共5页
岩质边坡稳定性主要受控于结构面的空间组合关系,二维稳定性计算结果往往忽略结构面切割的空间效应,无法准确反映其真实稳定性情况。基于离散裂隙网络模型(DFN)提出了考虑复杂裂隙网络分布的岩质边坡三维稳定性计算方法,该模拟方法假定... 岩质边坡稳定性主要受控于结构面的空间组合关系,二维稳定性计算结果往往忽略结构面切割的空间效应,无法准确反映其真实稳定性情况。基于离散裂隙网络模型(DFN)提出了考虑复杂裂隙网络分布的岩质边坡三维稳定性计算方法,该模拟方法假定岩体由岩块和裂隙面组成,分别采用实体单元和无厚度摩擦接触界面单元模拟,基于有限元强度折减法求得岩质边坡的潜在滑动面及安全系数。结果表明,该方法可有效分析含多条裂隙面三维边坡稳定性;二维平面应变模型无法准确反映真实三维边坡失稳问题,忽略三维效应的边坡稳定性分析易出现过于保守设计的情况;在保证精度的前提下,所提方法可有效减小前处理网格剖分难度,对于解决含复杂裂隙网络岩质边坡三维数值模拟问题具有优势。 展开更多
关键词 边坡稳定性 裂隙网络 有限元强度折减法 三维模型 无厚度摩擦接触界面单元
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位移外推法和扩展有限元法计算应力强度因子的比较 被引量:3
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作者 张亚洲 钟红 王立强 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第5期2045-2051,共7页
作为评定裂缝是否扩展的重要参量,应力强度因子的计算精度影响材料性能的评估。通过含预制裂缝的三点弯曲梁、矩形板中心裂缝、矩形板中心斜裂缝和矩形板中心界面裂缝模型4个数值算例,采用位移外推法和扩展有限元法分别计算了裂缝尖端... 作为评定裂缝是否扩展的重要参量,应力强度因子的计算精度影响材料性能的评估。通过含预制裂缝的三点弯曲梁、矩形板中心裂缝、矩形板中心斜裂缝和矩形板中心界面裂缝模型4个数值算例,采用位移外推法和扩展有限元法分别计算了裂缝尖端应力强度因子。将计算结果与解析解或其他数值方法参考解进行对比验证了上述两种方法的计算精度。此外,探讨了网格密度对应力强度因子求解精度的影响以及剔除裂尖附近的结果对位移外推法求解应力强度因子的影响。发现位移外推法可以通过对裂尖进行网格局部加密和去除裂尖奇异点来提高精度;扩展有限元法对网格密度要求相对较小,综合计算时间考虑,可以适当增加网格密度。结果可为求解应力强度因子和针对试验-数值耦合法计算断裂韧度提供参考。 展开更多
关键词 应力强度因子 位移外推法 扩展有限元法 单材料均质模型 双材料界面模型
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激波冲击下的交错液柱形态演化数值研究
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作者 王建国 关奔 +1 位作者 边泽乐 吕光锐 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3430-3441,共12页
采用时空守恒元与解元方法对平面激波冲击交错排列的3液柱形态演化过程进行研究.展示了平面激波冲击3液柱后的波系结构及界面形态演化过程,发现液柱间的通道增强了激波间的相互作用,使下游液柱迎风面上压力分布不均,导致其迎风面在较短... 采用时空守恒元与解元方法对平面激波冲击交错排列的3液柱形态演化过程进行研究.展示了平面激波冲击3液柱后的波系结构及界面形态演化过程,发现液柱间的通道增强了激波间的相互作用,使下游液柱迎风面上压力分布不均,导致其迎风面在较短时间内从弧面演化为平坦表面.测量了下游液柱的迎风面极点位移和宽度,观察到上游两液柱间通道的变窄趋势使得气流对下游液柱迎风面极点的冲击减弱,降低了其迎风面极点位移速度.通过测量3液柱整体的无量纲宽度、高度和质心位移,发现第二通道宽度在气流与界面的相互作用中发挥了关键作用.随着第二通道宽度减小,气流对界面的作用能力增强,上游液柱后部凹陷的演化速率加快,第一通道侧的尖端逐渐消失,3液柱整体的无量纲宽度由减小到增大的转折点提前,而后期的无量纲质心位移速度减慢.在第二通道宽度较大的算例中,上游液柱仍保持了较为对称的结构特征.而在第二通道宽度较小的算例中,上游液柱在波系演化阶段便显现出显著的非对称性,不再展现出对称的结构特征. 展开更多
关键词 激波 交错排列液柱 波系演化 界面变形 时空守恒元与解元方法
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复杂等离子体光子晶体能带结构计算
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作者 卢欣 旷盈 +2 位作者 杨洁 王志杰 王立群 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期341-364,共24页
等离子体光子晶体是由等离子体和其他介电材料或者真空构成的,具有周期性结构,其可调控的带隙特性使得等离子体光子晶体在滤波器、等离子体隐身衣和等离子体透镜等军事医学器件制造上具有广泛的应用。因此,通过改变等离子体的密度、温... 等离子体光子晶体是由等离子体和其他介电材料或者真空构成的,具有周期性结构,其可调控的带隙特性使得等离子体光子晶体在滤波器、等离子体隐身衣和等离子体透镜等军事医学器件制造上具有广泛的应用。因此,通过改变等离子体的密度、温度等参数来获取满足特定需求的能带结构特性便有着非常重要的意义。基于上述考虑,提出Petrov-Galerkin有限元计算方法来求解并分析等离子体光子晶体的带隙特性。该方法的核心思想是构造在边界上系数互为倒数的基函数和测试函数所构成的空间,在消除边界上积分的同时降低自由度。采用的网格为半笛卡尔投影网格,该网格能适应复杂等离子体柱形状。在建立弱形式时将界面非线性连续条件线性化,简化了界面积分项的处理。通过绘制数值算例的能带结构图,分析验证了等离子体电子密度、等离子体光子晶体柱的填充率和形状等因素对带隙宽度、带隙位置、耦合带隙以及截止频率造成的影响,从而实现等离子体光子晶体能带结构的可调控性。 展开更多
关键词 等离子体光子晶体 Petrov-Galerkin有限元法 半笛卡尔投影网格 界面非线性连续条件 能带结构
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温度对电缆终端界面应力影响的仿真研究
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作者 邓繁盛 李秀峰 +3 位作者 丁志鹏 刘迪 白鑫宇 魏凯 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期101-109,共9页
电缆终端硅橡胶(SR)绝缘与电缆本体交联聚乙烯(XLPE)绝缘之间良好的界面压力,是保证电缆终端高效安全运行的关键。电缆终端内径处的径向应力为电缆终端与电力电缆间的界面压力,温度的变化导致界面机械应力、界面热应力以及SR绝缘应力松... 电缆终端硅橡胶(SR)绝缘与电缆本体交联聚乙烯(XLPE)绝缘之间良好的界面压力,是保证电缆终端高效安全运行的关键。电缆终端内径处的径向应力为电缆终端与电力电缆间的界面压力,温度的变化导致界面机械应力、界面热应力以及SR绝缘应力松弛特性存在差异,进而影响电缆终端的界面压力。文中采用单变量法研究温度对于界面机械应力、界面热应力以及SR绝缘应力松弛特性的影响,通过实验测得SR以及XLPE试样的线膨胀系数随温度的变化规律,将其分配到三维模型中,利用SR绝缘的超弹性和粘弹性本构模型,仿真计算不同温度下的界面径向应力。结果表明:界面径向机械应力即初始面压随温度的升高而下降;不同温度下界面热应力大小存在差异,界面压力增幅随之变化,最大增幅约21.87%;SR绝缘的应力松弛速度随温度的升高而加快,电缆终端SR绝缘温度长期处于70℃运行50年后,界面压力下降5.63%左右。 展开更多
关键词 电缆终端 界面压力 机械应力 热应力 应力松弛 有限元法
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储/隔层岩石及层间界面性质对压裂缝高的影响 被引量:17
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作者 李扬 邓金根 +2 位作者 蔚宝华 刘伟 陈建国 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期80-86,共7页
为评价储层和隔层岩石及层间界面性质对压裂缝高的影响,基于ABAQUS有限元计算平台,采用Cohesive单元研究了岩石弹性模量、地应力和抗拉强度等因素对压裂缝高的影响,并对各因素的影响程度进行了比较。通过数值模拟得出,弹性模量大的隔层... 为评价储层和隔层岩石及层间界面性质对压裂缝高的影响,基于ABAQUS有限元计算平台,采用Cohesive单元研究了岩石弹性模量、地应力和抗拉强度等因素对压裂缝高的影响,并对各因素的影响程度进行了比较。通过数值模拟得出,弹性模量大的隔层在裂缝穿过界面时对其并无明显限制作用,反而会有利于隔层中缝高的增大;最小水平主应力大和抗拉强度高的隔层对缝高的扩展有显著限制作用;当储隔层界面的抗剪强度高出某一临界值时,压裂缝高急剧增大,小于该临界值时界面会发生滑移,裂缝被完全限制在储层内;在特定地层条件下,裂缝在储层中为垂直缝,扩展至界面处后开始沿界面扩展,形成T形缝。研究表明:弹性模量大的隔层对于控制压裂缝高不利;最小水平应力大和抗拉强度高的隔层有利于控制缝高,并且地应力的影响程度约为抗拉强度的1.6倍;界面抗剪强度越小,储/隔层界面就越容易发生滑移,越有利于控制压裂缝高。 展开更多
关键词 岩石 界面 水力压裂 裂缝高度 有限元法
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