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咸水层CO_(2)地质封存储层岩石化学损伤及力学性质劣化试验研究
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作者 梁冰 李磊磊 +4 位作者 郝建峰 孙维吉 秦冰 刘强 郭春雨 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第6期1123-1131,共9页
为了探究超临界二氧化碳注入咸水层后储层岩石的化学损伤规律,利用自制的恒温恒压超临界CO_(2)-水-岩石热流固化耦合试验系统,测试反应前后储层岩心矿物组分、微观结构、矿物元素及氧化物的变化,分析反应溶液pH值和钙、钾、镁离子浓度... 为了探究超临界二氧化碳注入咸水层后储层岩石的化学损伤规律,利用自制的恒温恒压超临界CO_(2)-水-岩石热流固化耦合试验系统,测试反应前后储层岩心矿物组分、微观结构、矿物元素及氧化物的变化,分析反应溶液pH值和钙、钾、镁离子浓度的变化规律,研究反应前后储层岩心试样质量、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等物理力学参数演化规律,揭示超临界二氧化碳注入咸水层后储层岩石的化学损伤特征和力学性质劣化规律。研究结果表明:随着反应时间延长,方解石和钾长石的质量分数逐渐减少,钙元素、钾元素及其氧化物的质量分数也随之减少,试样表面粗糙度增大,产生了溶蚀孔;反应溶液的pH值从7.19降至5.68,方解石溶解速率最快,其次是钾长石,最后是伊利石;反应时间内,试样的质量溶蚀率、泊松比逐渐增大,单轴抗压强度和弹性模量逐渐减小。此外,试样的单轴抗压强度与化学作用时间呈指数函数关系,弹性模量、泊松比与化学作用时间呈三次多项式函数关系,据此建立了化学损伤作用下储层岩石的强度预测模型。以弹性模量为损伤变量,得到了岩心的单轴抗压强度和损伤变量之间的关系,揭示了储层岩石的化学损伤机制。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 地质封存 矿物组分 化学损伤 力学参数 损伤变量
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CO_(2)-水-岩作用后储层力学损伤演化特征研究进展
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作者 郝建峰 张家豪 +3 位作者 孙维吉 梁冰 秦冰 郭春雨 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第7期141-150,共10页
为揭示CO_(2)地质封存水-岩耦合作用机制,采用文献调研和理论分析方法介绍CO_(2)-水-岩反应试验条件和方法、CO_(2)作用后储层物化特性、微观结构演化和力学性质劣化特征等,提出CO_(2)-水-岩石多场耦合作用方面的关键问题,并总结分析每... 为揭示CO_(2)地质封存水-岩耦合作用机制,采用文献调研和理论分析方法介绍CO_(2)-水-岩反应试验条件和方法、CO_(2)作用后储层物化特性、微观结构演化和力学性质劣化特征等,提出CO_(2)-水-岩石多场耦合作用方面的关键问题,并总结分析每个关键问题的研究进展。结果表明:CO_(2)浸泡试验缺乏对不同相态及长期动态溶蚀作用的系统性研究,试验装置难以模拟CO_(2)在真实储层内的运移特征;CO_(2)-水-岩反应沉淀生成-运移-粘附机制尚未明确,导致储层孔隙结构演化与力学性质劣化的关联性研究比较薄弱;储层微观结构与宏观力学参数的实质关系尚未建立,制约了多尺度损伤演化模型的构建;储层力学性质劣化模型未充分考虑热-流-固-化-损伤多场耦合作用。 展开更多
关键词 CO_(2)地质封存 CO_(2)-水-岩 力学性质 损伤演化 微观结构
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浸水煤体静动力学特性与宏细观防冲机制
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作者 王爱文 范德威 +7 位作者 潘一山 代连朋 李超然 杨凯磊 张巍 刘兴发 刘瀚琦 卢闯 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期78-95,共18页
水化作用弱化冲击倾向性煤体宏细观力学性质,改善煤体应力波能量折反射能力,降低注水巷道冲击释能危险性。为探究水化作用下冲击倾向性煤体能量演化机制,开展了不同含水率下单轴压缩、冲击加载试验,基于能量原理分析了不同含水率冲击倾... 水化作用弱化冲击倾向性煤体宏细观力学性质,改善煤体应力波能量折反射能力,降低注水巷道冲击释能危险性。为探究水化作用下冲击倾向性煤体能量演化机制,开展了不同含水率下单轴压缩、冲击加载试验,基于能量原理分析了不同含水率冲击倾向性煤体动静载能量演化规律。利用电镜扫描和X射线衍射设备检测了冲击倾向煤体冲击破裂面粗糙度分形特征以及元素占比,揭示了含水率对煤体细观冲击破裂面粗糙性和矿物元素质量的影响规律,探讨了冲击应力波作用下冲击倾向性煤体浸水增裂防冲机制。结果表明:①从干燥到饱水状态,动静压缩下冲击倾向性煤体破坏裂纹数量增多和曲折性增强,脆性减弱,韧性塑性显著增强。强冲击倾向性煤相较于弱冲击倾向性煤破坏更剧烈,裂纹相对较少。②提高含水率削弱了冲击倾向性煤体动静载弹性应变能积聚能力,总释放能量减少。冲击动载下弱冲击倾向煤反射能占比从55%增至70%,透射能占比从9%衰减至3%,强冲击倾向煤反射能占比从24%增至50%,透射能占比从40%衰减至10%。③加强水化作用使冲击倾向性煤体破裂面的粗糙度和分形维数呈下降趋势,弱化了局部细观裂纹产生的能耗,继而相同冲击动能下冲击倾向煤体冲击裂纹数量增加,应力波在微裂纹中产生更多折射和反射路径,冲击能量在折反射中快速衰减,最终降低冲击释能危险性。 展开更多
关键词 冲击地压 冲击倾向性浸水煤体 能量演化规律 冲击破裂面 粗糙度与分形特征
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不同粗糙度岩石界面断层滑移失稳力学特征分析
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作者 龚政 宋凯 +2 位作者 司绪 梁钦锋 赵扬锋 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期554-560,共7页
为探究岩石界面粗糙度对断层滑移力学特征的影响,研究不同粗糙度岩石组合结构在不同加载速度和竖向载荷下双面剪切实验的力学特征。研究结果表明:岩石界面粗糙度的增加,提高了凹凸体强度和排列层次,竖向载荷的增加,提高了凹凸体闭合程度... 为探究岩石界面粗糙度对断层滑移力学特征的影响,研究不同粗糙度岩石组合结构在不同加载速度和竖向载荷下双面剪切实验的力学特征。研究结果表明:岩石界面粗糙度的增加,提高了凹凸体强度和排列层次,竖向载荷的增加,提高了凹凸体闭合程度,进而影响岩层滑移的类型和进程;岩石界面粗糙度的增加使界面黏聚力增加和启滑剪应力提高,平均每单位节理粗糙系数(joint roughness coefficient,JRC)的提高可提升9.35%的界面黏聚力,在特定JRC范围内,断层界面凹凸体微观力链结构在滑移初期易发生断裂,引发微冲击前兆事件;水平加载速度的增加降低了岩层启滑时断层面剪应力,但降低幅度随着岩石界面粗糙度的增加而减小,不同JRC下降低幅度的最大差值达到4.26%。 展开更多
关键词 冲击地压 断层滑移 粗糙度 滑移速度 岩石界面 黏聚力 加载速度 力学特征
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高应变率下锚固体动态力学特性及能量耗散研究
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作者 张寅 杨晨晨 +3 位作者 代连朋 李家俊 周雨 刘家麒 《振动与冲击》 北大核心 2025年第2期11-20,共10页
优化冲击荷载作用下巷道锚固支护参数是提升冲击地压巷道锚固围岩抗冲变形能力的重要方法。为探究锚固支护锚杆直径这一参数对冲击加载下锚固体圈层变形稳定性的提升效能,采用分离式霍普金森压杆试验系统研究不同锚杆直径作用下锚固体... 优化冲击荷载作用下巷道锚固支护参数是提升冲击地压巷道锚固围岩抗冲变形能力的重要方法。为探究锚固支护锚杆直径这一参数对冲击加载下锚固体圈层变形稳定性的提升效能,采用分离式霍普金森压杆试验系统研究不同锚杆直径作用下锚固体的冲击破坏响应,得到不同锚杆直径参数下锚固体的动态应力-应变曲线、主应变云图、动态能量参数和破碎块度分布规律。研究结果表明:高应变率冲击加载下,随着锚杆直径的增加,锚固体动态抗压强度呈先上升后下降的趋势;锚杆延迟了锚固体裂纹萌生、扩展和贯通的过程,加锚试件锚固止裂效率呈先增大后减小的趋势;锚固体透射能量比与破碎耗散能量比呈先下降后上升的趋势,反射能量比呈先上升后下降的趋势,其分形维数与锚杆直径呈二次函数关系,与破碎耗散能密度呈正相关且一次函数关系;锚杆直径对围岩锚固效应的提升存在最优匹配的特点,锚杆直径过大或过小均不利于降低锚固体的冲击破坏程度。研究成果对优化冲击地压巷道锚固支护参数具有指导意义。 展开更多
关键词 高应变率 锚杆直径 分离式霍普金森压杆 锚固体 能量耗散 分形维数
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专业课程教学中的通识教育——以一般力学类课程为例 被引量:1
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作者 陈立群 《中国大学教学》 CSSCI 北大核心 2024年第10期33-37,F0002,共6页
探讨在专业课程教学中进行通识教育。通过对通识教育理念的分析,明确在专业课程中进行通识教育要聚焦与专业知识密切相关的基础性心思和心智结构。以一般力学类课程理论力学、振动力学和高等动力学为例,说明相关的心思和心智基础性结构... 探讨在专业课程教学中进行通识教育。通过对通识教育理念的分析,明确在专业课程中进行通识教育要聚焦与专业知识密切相关的基础性心思和心智结构。以一般力学类课程理论力学、振动力学和高等动力学为例,说明相关的心思和心智基础性结构,包括科学精神、研究方法、变化描述、数量关系和基本概念。 展开更多
关键词 通识教育 专业课程 理论力学 振动力学 高等动力学
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钛合金/钢钻杆复合钻柱动力学特性分析与优化设计 被引量:2
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作者 陈锋 宾国成 +6 位作者 刘志虎 张建军 郭文婷 吴永清 王文昌 刘强 狄勤丰 《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75-83,共9页
钻井深度的持续增加使钻柱面临的载荷工况越来越严苛。钛合金具有密度小、屈服强度高和弹性模量低等特点,基于井口钻杆抗拉余量设计要求,设计3种钛合金/钢钻杆复合钻柱,即复合钻柱1(Φ101.6 mm钻杆段全段使用钛合金钻杆)、复合钻柱2(Φ1... 钻井深度的持续增加使钻柱面临的载荷工况越来越严苛。钛合金具有密度小、屈服强度高和弹性模量低等特点,基于井口钻杆抗拉余量设计要求,设计3种钛合金/钢钻杆复合钻柱,即复合钻柱1(Φ101.6 mm钻杆段全段使用钛合金钻杆)、复合钻柱2(Φ101.6 mm钻杆上半段使用钛合金钻杆)和复合钻柱3(Φ101.6 mm钻杆下半段使用钛合金钻杆)。为了探究钛合金/钢钻杆复合钻柱(简称为复合钻柱)的动力学特性,基于Hamiton原理建立复合钻柱的动力学模型,并采用节点迭代法和Newmark-β法对模型进行求解,分析3种复合钻柱的涡动特征、动态应力和振动特性,并与常规钢钻柱进行比较。结果表明:钛合金钻杆的使用可有效减缓钻柱涡动速度、动态应力,其中复合钻柱3的涡动速度、动态应力最小;基于振动特征强度对钻井作业参数进行优化,形成复合钻柱3的钻井作业参数推荐图版并给出合理的施工参数范围。 展开更多
关键词 钛合金钻杆 复合钻柱 超深井 动力学特性 钻井参数
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多次采掘扰动煤体力学特性演化规律试验研究 被引量:3
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作者 欧阳振华 刘洋 +5 位作者 李春雷 史庆稳 李文帅 易海洋 秦洪岩 张宁博 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期72-84,共13页
【目的】矿井开采过程中,多次采掘扰动所引发的循环加卸载效应对煤体力学性能的改变是导致冲击地压灾害发生的原因之一。揭示煤体在此过程中的关键力学参数响应特征及损伤机制可为冲击失稳状态判别提供依据,对提升灾害预测能力具有重要... 【目的】矿井开采过程中,多次采掘扰动所引发的循环加卸载效应对煤体力学性能的改变是导致冲击地压灾害发生的原因之一。揭示煤体在此过程中的关键力学参数响应特征及损伤机制可为冲击失稳状态判别提供依据,对提升灾害预测能力具有重要意义。【方法】采用大尺寸类煤体试样,将准静态单轴循环加卸载和冲击动载相结合,精确捕捉试验过程中试样应力、应变以及声发射等响应信息,全面揭示多次采掘扰动作用下试样力学参数变化规律及损伤演化过程。【结果和结论】结果表明:(1)最高加载载荷是影响多次循环加卸载作用下损伤煤体力学性能的最关键因素,随着循环次数的增加,对于加载至屈服阶段的试样,其残余应变呈现先增大后减小再增大的变化趋势,耗散能密度及加载至最高载荷时所对应的声发射特征值逐渐增大,试样损伤程度不断增加;对于加载至弹性阶段的试样,其上述力学特征参数均呈现先减小后增大的变化趋势;而对于试验过程始终处于压密阶段的试样,3组数据均呈现不断减小的变化趋势。(2)在施加冲击动载作用后,3组试样均发生冲击破坏,前期准静态循环加卸载试验中所受载荷越小的试样,其损伤程度越小,发生冲击破坏所需的诱发动载强度越大,峰值破坏弹性模量越大。(3)从应变与能量2个角度对试样损伤度进行表征,通过对比分析,发现能量损伤度对此试验过程中试样损伤程度判别更为敏感。(4)对试样孔洞内部冲击破裂特征观察发现,试样在发生冲击破坏过程中共经历平静期、颗粒弹射期、稳定破坏期以及冲击破坏期4个阶段。(5)可将循环加卸载后期残余应变增大起始值以及冲击破坏过程中稳定破坏前期阶段作为损伤煤体冲击失稳前兆预警信息。研究获得了受多次采掘扰动煤体力学特性的演化规律,可为工程中损伤煤体冲击失稳状态判别提供理论依据,对于及时发现损伤煤体的潜在失稳风险,从而优化支护方案,确保矿井安全开采具有重要意义。 展开更多
关键词 煤矿安全 采掘扰动 冲击动载 声发射 力学特性 损伤机制 损伤度 预警信息
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中耳力学:骨传导与骨传导助听器 被引量:2
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作者 张天宇 任柳杰 +2 位作者 李辰龙 姚文娟 谢友舟 《听力学及言语疾病杂志》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期482-484,共3页
除常用的气传导(air conduction)途径外,人类还可通过骨传导(bone conduction)途径感知声音。骨传导指声音以振动形式通过颅骨及软组织等传导至耳蜗引起听觉感知的物理-生理过程。在几百年前,人类便已认识骨传导现象,并开发了一些利用... 除常用的气传导(air conduction)途径外,人类还可通过骨传导(bone conduction)途径感知声音。骨传导指声音以振动形式通过颅骨及软组织等传导至耳蜗引起听觉感知的物理-生理过程。在几百年前,人类便已认识骨传导现象,并开发了一些利用骨传导的听觉装置。Békésy(1961)发现纯音经骨传导形成的听觉可以被经仔细调节强度相等、相位相反的一个同频率气导纯音所抵消,因此指出骨传导和气传导在耳蜗感知层面具有相同的物理生理机制。骨传导传声过程中大部分能量绕过了外耳、中耳直接刺激内耳,故传导性听力损失患者的骨导听阈并无太大影响,也因此骨传导成为该类患者一种可行的助听方案[1]。一些中耳疾病也常使骨传导听阈形成频率特异的切迹。因此,骨传导成为中耳力学的重要研究课题之一。本文介绍骨传导传音感音的途径与机制,并着重阐述骨传导助听技术的临床应用及其听力学增益。 展开更多
关键词 骨传导 中耳疾病 气导 传音 骨导听阈 切迹 听觉感知 振动形式
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中耳力学:有限元仿真研究进展 被引量:1
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作者 张天宇 任柳杰 +2 位作者 李辰龙 姚文娟 谢友舟 《听力学及言语疾病杂志》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期385-388,共4页
中耳听骨链系统是一个构造精巧的传声装置,通过自身振动将空气中的压力变化(声)信号传导至内耳,克服空气和内耳淋巴液间的阻抗差异。各种中耳病变均会引起这一传声系统的工作异常,导致传导性听力损失。对中耳生理功能和病理机制的深入... 中耳听骨链系统是一个构造精巧的传声装置,通过自身振动将空气中的压力变化(声)信号传导至内耳,克服空气和内耳淋巴液间的阻抗差异。各种中耳病变均会引起这一传声系统的工作异常,导致传导性听力损失。对中耳生理功能和病理机制的深入研究有助于相关临床诊断和治疗技术的发展。实验测量和仿真分析是中耳力学研究的常用方法[1]。实验测量手段的不足主要在于侵入测量困难,获取数据有限,且特殊病理状态的测试样本极难获得。有限元仿真方法基于动力学的理论,在计算机上对中耳传声过程进行再现,不仅成本低廉、可获得多种数据,而且便于研究一些实验中难以模拟的中耳状态。本文介绍有限元仿真技术在中耳生理功能和病理机制研究中的应用,尤其是近年来的进展。 展开更多
关键词 特殊病理 中耳病变 听骨链 传导性听力损失 有限元仿真 中耳力学 传声 信号传导
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部分排水条件下静力触探试验力学机理研究 被引量:2
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作者 王长虹 方恬 +2 位作者 吴昭欣 王昆 汤道飞 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期519-528,共10页
在自然状态下,大部分土体的约束条件介于完全排水和不排水两者之间。在孔压静力触探试验(piezocone penetrationtest,CPTU)的贯入过程中,受探头尺寸、贯入速度和岩土材料等因素的影响,将发生部分排水现象。为研究排水条件对CPTU试验数... 在自然状态下,大部分土体的约束条件介于完全排水和不排水两者之间。在孔压静力触探试验(piezocone penetrationtest,CPTU)的贯入过程中,受探头尺寸、贯入速度和岩土材料等因素的影响,将发生部分排水现象。为研究排水条件对CPTU试验数据的影响,开展三轴压缩试验。引入应变增量比,建立考虑渐近状态的修正剑桥(Modified Cam-Clay,MCC)模型。推导考虑渐近状态MCC模型的柱孔扩张理论,提出CPTU测试数据的力学模型。通过数值模拟和模型槽试验,研究归一化贯入速度与排水系数的规律。结合CPTU数据的力学模型,获得应变增量比与排水系数的数理关系。最后以上海市苏州河地区深层排水调蓄管道系统工程的测试数据为背景,验证力学模型的正确性。结果表明:在部分排水条件下,利用考虑渐近状态的MCC模型,能够描述土体的应力-应变关系,合理解释CPTU贯入的力学机理。 展开更多
关键词 孔压静力触探 部分排水 渐近状态 柱孔扩张理论 应变增量比
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带有斜向惯容的悬挂式隔振系统动力学特性仿真研究 被引量:1
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作者 杨猛 王猛 +3 位作者 骆星九 张孝强 丁虎 陈立群 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第16期263-268,共6页
首先,将惯容器、阻尼器和弹簧进行组合,设计实现全并联隔振单元,并将其斜向布置,构成新型悬挂式隔振系统;其次,以软件ADAMS与MATLAB联合仿真的方式,构建带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统以及仅带有斜向阻尼器和弹簧的悬挂... 首先,将惯容器、阻尼器和弹簧进行组合,设计实现全并联隔振单元,并将其斜向布置,构成新型悬挂式隔振系统;其次,以软件ADAMS与MATLAB联合仿真的方式,构建带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统以及仅带有斜向阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统的仿真模型,并对两种隔振系统进行对比研究,探讨斜向惯容的作用;然后,针对带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统的加速度传递特性进行研究,改变隔振系统参数观察传递率曲线变化,并探讨了在ADAMS环境下以数值方法、半数值半模型方法表示惯容结构的可行性;最后,以半数值半模型的方法表示惯容,在随机激励下对带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统中的惯容施加速度与相对速度、加速度与相对速度、相对加速度与相对速度三种半主动控制方式,探讨不同控制方式对隔振性能的影响。研究结果表明,斜向惯容器可以改善悬挂式隔振系统对低频振动的隔离效果,但会增加高频部分的传递率,相对加速度与相对速度和加速度与相对速度的控制方式可以明显提高悬挂式隔振系统对随机激励的衰减效果。 展开更多
关键词 悬挂式隔振系统 惯容 加速度传递率 半主动控制
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中耳力学:鼓膜的生理和病理
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作者 张天宇 任柳杰 +2 位作者 李辰龙 姚文娟 谢友舟 《听力学及言语疾病杂志》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期290-292,共3页
鼓膜是中耳的“门户”,将环境声压转换为听觉器官结构振动,是中耳实现声音传导和放大的重要组成部分。鼓膜具有特殊的形态和结构,不仅在低频和高频传声中具有不同的振动形态,以适应中耳传声特性的需求,还可通过主动调节保护听力。同时,... 鼓膜是中耳的“门户”,将环境声压转换为听觉器官结构振动,是中耳实现声音传导和放大的重要组成部分。鼓膜具有特殊的形态和结构,不仅在低频和高频传声中具有不同的振动形态,以适应中耳传声特性的需求,还可通过主动调节保护听力。同时,鼓膜是中耳中最易受损的组织之一,也是人类听觉系统中罕见的具有自愈和再生功能的结构。鼓膜修复材料和技术是生物材料、组织工程研究的重要前沿。本文从生物力学角度阐述鼓膜的生理和病理,总结近年来相关领域的最新研究进展。 展开更多
关键词 人类听觉系统 组织工程研究 听觉器官 生物力学 修复材料 鼓膜 中耳 再生功能
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中耳力学:声导抗测试原理及进展
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作者 张天宇 任柳杰 +1 位作者 李辰龙 姚文娟 《听力学及言语疾病杂志》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期572-575,共4页
鼓室声导抗(tympanometry或acoustic immittance)测试是中耳功能评估的无创方法,通过向耳道发射探测音,对中耳反射的声压进行测量,形成鼓室图(tympanogram)。鼓室图的曲线变化反映中耳功能的变化,进而用于中耳病理的诊断。近年来对于中... 鼓室声导抗(tympanometry或acoustic immittance)测试是中耳功能评估的无创方法,通过向耳道发射探测音,对中耳反射的声压进行测量,形成鼓室图(tympanogram)。鼓室图的曲线变化反映中耳功能的变化,进而用于中耳病理的诊断。近年来对于中耳病变精细化诊断的需求促使了宽频声导抗(wideband acoustic immittance,WAI)的发展,相比临床传统采用单一频率(226 Hz)探测音的鼓室声导抗测试,WAI在更广范围的听觉频率区间对中耳功能进行评估,因此具有更好的敏感性和特异性,有望在临床上广泛应用。本文介绍声导抗测试的基本原理,并总结宽频声导抗相关研究进展。 展开更多
关键词 声导抗测试 中耳病变 中耳功能 鼓室图 敏感性和特异性 曲线变化 频率区间
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基于仿生增韧的玻璃复合材料研制与力学行为评估
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作者 王棋 张东升 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期637-637,共1页
目的强韧的工程材料在日常生活和工程应用中的需求日益增长,但是传统的工程材料通常会在强度和韧性之间产生矛盾互斥的现象。自然界中存在大量拥有优异力学性能的生物材料,这些材料凭借独特的微观结构和增强增韧机制实现了高强度和高韧... 目的强韧的工程材料在日常生活和工程应用中的需求日益增长,但是传统的工程材料通常会在强度和韧性之间产生矛盾互斥的现象。自然界中存在大量拥有优异力学性能的生物材料,这些材料凭借独特的微观结构和增强增韧机制实现了高强度和高韧性的兼得。受生物材料微结构的启发,研究者们设计了很多性能卓越的先进结构材料。方法受贝壳珍珠层,鱼鳍条和啄木鸟喙等生物材料中的微结构启发,设计了几种力学仿生结构,并利用激光加工技术和热压复合工艺成功制备了强韧的玻璃复合材料。结果和结论三点弯曲实验结果表明相比珍珠层结构,设计的仿鱼鳍部分分段结构在维持了高刚度和高强度的同时提升了弯曲韧性,这主要得益于滑移和微裂纹的共同增韧机制。单轴拉伸实验结果表明与机械互锁拓扑结构相比,含有缝合界面的仿珍珠层结构拥有卓越的增强增韧效应,这是几何互锁和滑移协同作用的结果。利用仿生结构设计激发的多重增韧机制,结合激光雕刻和热压复合等复合材料加工手段能有效改善脆性材料的力学性能。同时这些仿生策略也为高性能复合材料的设计与制备提供了宝贵启示。 展开更多
关键词 复合材料加工 三点弯曲实验 材料微结构 高性能复合材料 激光加工技术 珍珠层 增韧机制 热压复合
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尾矿坝渗流稳定性研究进展 被引量:4
16
作者 梁冰 曾勇 +1 位作者 易富 杜常博 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第3期107-117,共11页
渗流场是诱发尾矿坝渗流失稳的主要影响因素。加强尾矿坝渗流稳定性研究是保障尾矿坝安全的重要基础,有利于降低尾矿坝溃坝风险。基于国内外的相关研究资料,从尾矿坝的渗流失稳破坏类型与影响因素、渗流稳定性分析方法以及安全监测预警... 渗流场是诱发尾矿坝渗流失稳的主要影响因素。加强尾矿坝渗流稳定性研究是保障尾矿坝安全的重要基础,有利于降低尾矿坝溃坝风险。基于国内外的相关研究资料,从尾矿坝的渗流失稳破坏类型与影响因素、渗流稳定性分析方法以及安全监测预警研究三大方向进行综述,指出了尾矿坝渗流稳定性研究中存在渗透破坏判别方法研究不足、缺乏对渗流场影响因素的系统性研究、宏-细观多尺度模型试验测量手段及其概化分区方法的研究不足,以及缺乏综合性稳定分析与评价方法及安全监测预警技术等方面的问题。针对当前尾矿坝渗流稳定性研究存在的不足,提出尾矿坝渗流稳定性研究领域有待深入探讨的问题,为今后重点研究提供思路。 展开更多
关键词 尾矿坝 渗流稳定性 渗流场 安全监测 研究进展
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采动覆岩破断影响下裂隙诱发机制及三维空间特征 被引量:3
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作者 梁冰 邢景超 +1 位作者 孙维吉 房胜杰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期107-121,共15页
为掌握厚煤层开采覆岩破断及裂隙演化规律,以高河能源E2306工作面为背景,搭建了三维物理相似模拟试验平台,采用分布式光纤感测技术、钻孔窥视监测等相结合的方法,明晰了覆岩破断来压规律与裂隙分布特征。结合薄板弯曲理论,建立采场覆岩... 为掌握厚煤层开采覆岩破断及裂隙演化规律,以高河能源E2306工作面为背景,搭建了三维物理相似模拟试验平台,采用分布式光纤感测技术、钻孔窥视监测等相结合的方法,明晰了覆岩破断来压规律与裂隙分布特征。结合薄板弯曲理论,建立采场覆岩结构力学模型,揭示了采动覆岩破断影响下覆岩裂隙诱发机制,推演了采动裂隙区域发育形态。结果表明:工作面回采完毕,总计来压7次,垮落带、裂隙带发育高度分别为39、71 m。与该工作面现场结果一致,与理论计算数值吻合,符合该矿实际情况。处于垮落带高度内低位近场覆岩呈“对扇形”竖向破断,以“走向悬臂梁−倾向砌体梁”结构破断运动为主,纵向破断裂隙大量发育,横向水平剪切交错裂隙伴生。覆岩自下而上逐渐破断,处于裂隙带高度内高位远场覆岩呈横向破断,以“走向砌体梁-倾向砌体梁”结构破断运动为主,横向水平张拉离层大量发育。采空区边界区域内覆岩裂隙数量随工作面推进呈先增加后稳定的变化规律,走向裂隙数量变化呈抛物线型;采空区中部区域内覆岩裂隙数量随工作面推进呈先增加后减少的变化规律,走向裂隙数量变化呈马鞍型。覆岩破断来压后采空区中部持续承载受压,两侧岩层遭剪切破坏形成剪切下凹区与承载下凹区,区域范围随不同层位覆岩弯曲破断而扩大。采动裂隙区域发育形态由椭圆抛物带演变为两端下凹的椭圆抛物带形态,最终呈现为两端及顶部下凹的椭圆抛物带形态。 展开更多
关键词 三维相似模拟试验 采动三带 裂隙演化 失稳破断 三维空间形态
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采动影响下坚硬岩桥型断层活化与储能演变规律 被引量:2
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作者 吕进国 韩文鹤 +3 位作者 张学朋 彭意胜 潘一山 代连朋 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期902-916,共15页
断层阻滑结构的存在会改变断层能量积聚与滑移行为规律,导致断层活化失稳机理与以往存在较大差异。为研究采动影响下坚硬岩桥型断层活化及储能的演化规律,理论分析了含坚硬岩桥型阻滑结构的断层活化条件;采用物理模拟试验方法,研究了开... 断层阻滑结构的存在会改变断层能量积聚与滑移行为规律,导致断层活化失稳机理与以往存在较大差异。为研究采动影响下坚硬岩桥型断层活化及储能的演化规律,理论分析了含坚硬岩桥型阻滑结构的断层活化条件;采用物理模拟试验方法,研究了开采扰动下含坚硬岩桥断层的滑移规律,分析了含坚硬岩桥与无阻滑结构的断层活化差异特征,研究了工作面回采过程中含坚硬岩桥与无阻滑结构的断层带正、剪应力变化特征;采用数值模拟方法,研究了临近断层开采过程中含坚硬岩桥与无阻滑结构的断层带应力分布与能量积聚规律。研究结果表明:开采扰动下含坚硬岩桥的断层呈现了更强的非均匀性滑移,但断层的滑移量明显减小,活化程度降低,坚硬岩桥可增加断层的稳定性,其稳定性的提高主要体现在断层面黏聚力的增加;靠近工作面的坚硬岩桥应力集中程度最高,最易发生剪切破坏,但在一定程度上坚硬岩桥会分散应力集中带;对于无阻滑的断层带,其弹性应变能密度随靠近断层开采而逐步增高,但增加幅度有限,且弹性应变能密度峰值始终呈现在工作面前方区域;而坚硬岩桥的存在改变了断层带能量的分布规律,其应变能密度峰值主要聚集在坚硬岩桥与断层带接触处位置。越靠近岩桥的断层带,其滑移挤压程度越高,能量积聚程度也越高;含坚硬岩桥的断层能量积聚程度远大于无阻滑结构断层,阻滑结构可大幅度提升断层带储能潜力。 展开更多
关键词 阻滑结构 坚硬岩桥 应变能 断层活化 失稳破坏
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细煤泥电渗、振动挤压脱水试验研究及主控因素分析 被引量:1
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作者 林雪松 李梦凡 +5 位作者 王东 赵龙 刘晟楠 李沈玲 桑雨 王来贵 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期8-16,共9页
为探寻高效、快速促进细煤泥脱水的有效途径,采用改装的空心圆柱扭剪仪进行多组平行试验,对比3载荷连续作用、2载荷同时作用、3载荷同时作用下细煤泥脱水过程与效果。研究结果表明:连续作用最佳脱水方案为挤压-振动-电渗;振动在挤压压... 为探寻高效、快速促进细煤泥脱水的有效途径,采用改装的空心圆柱扭剪仪进行多组平行试验,对比3载荷连续作用、2载荷同时作用、3载荷同时作用下细煤泥脱水过程与效果。研究结果表明:连续作用最佳脱水方案为挤压-振动-电渗;振动在挤压压力较小或脱水早期效果较好,振动脱水所需时间较短,频率接近固体固有频率时振动脱水效果最佳;电渗在挤压压力较大或脱水后期效果较好,单独挤压基础上每增加一种脱水措施均会产生新增的脱水量,同时缩短脱水时间;在相同载荷水平下,多种脱水措施同时作用的脱水效果优于连续作用。 展开更多
关键词 煤泥 脱水 挤压 振动 电渗 空心圆柱扭剪仪
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砂岩不同含水特性对超低摩擦效应影响试验研究 被引量:1
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作者 李利萍 余泓浩 +1 位作者 李秋雨 潘一山 《力学学报》 北大核心 2025年第3期687-700,共14页
为揭示应力扰动下巷道砂岩含水特性对超低摩擦型冲击地压影响机制,利用自制超低摩擦试验装置,以沈阳某矿砂岩为研究对象,通过改变砂岩块体含水率和浸水高度分别模拟深部岩体整体和分层含水特性,以中间砂岩为工作块体,利用其峰值水平位... 为揭示应力扰动下巷道砂岩含水特性对超低摩擦型冲击地压影响机制,利用自制超低摩擦试验装置,以沈阳某矿砂岩为研究对象,通过改变砂岩块体含水率和浸水高度分别模拟深部岩体整体和分层含水特性,以中间砂岩为工作块体,利用其峰值水平位移和岩岩界面合摩擦力分别表征超低摩擦效应强度和阻力,开展砂岩不同含水特性对超低摩擦效应影响试验研究.研究结果表明:(1)不同含水率和浸水高度工作块体位移时程曲线,均有准备、冲击和振荡3个阶段性特征,同时其峰值水平位移随垂直扰动频率增加均具有明显分区特性,超低摩擦效应强影响区和弱影响区分界处峰值水平位移均值分别为0.232和0.368 mm;(2)工作块体干燥、饱和含水率下超低摩擦效应平均强度分别比自然含水率状态下高165%和89.7%,含水率增加后摩擦力平均最大降幅为16.6%,表明砂岩含水率由自然状态下继续增加易发生超低摩擦效应但强度减弱;(3)工作块体浸水高度75 mm时超低摩擦效应强度平均增幅146%,摩擦力最大降幅为12.1%,表明此时易发生超低摩擦效应且强度较高;(4)砂岩块体含水率1.05%和浸水高度75 mm时,超低摩擦效应强度最高,实际工况中需合理控制岩体含水率和浸水高度,防止超低摩擦型冲击地压灾害发生. 展开更多
关键词 岩石力学 岩岩界面 含水特性 超低摩擦效应 砂岩块体
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