高层钢框架支撑结构多尺度风致疲劳分析方法

为了研究高层钢结构风致疲劳性能,提出了一种由整体尺度到局部节点尺度再到局部焊缝尺度的结构多尺度疲劳分析方法.选取某高层钢框架支撑结构为实际工程,模拟了相应的风荷载,通过建立结构的多尺度有限元模型,对模型进行时程分析,确定了结构应力较为集中的梁柱节点,并得到其应力集中的区域.然后,采用热点应力法对裂纹萌生寿命进行评估,并研究了单元类型及网格划分尺寸对结果的影响.结果表明:该结构底层边跨梁柱节点内侧梁上翼缘板的侧下部易产生较大的应力集中而萌生疲劳裂纹;对于焊缝附近的网格划分类型来说,线性单元及网格尺寸4 mm已基本满足精度需要;该工程的疲劳裂纹萌生寿命为335 a.     

破碎围岩中单拱隧道荷载计算的理论解

按岩体结构观点对隧道围岩进行分类,将其分为连续介质围岩、碎裂介质围岩、块裂介质围岩和板裂介质围岩等类型,其中碎裂介质围岩、块裂介质围岩和板裂介质围岩合称为破碎围岩,进而确定不同类型破碎围岩中隧道荷载计算的力学模型,求出了破碎围岩中隧道荷载计算的理论解,并将板裂介质围岩中隧道荷载理论运用于实际工程的计算.结果表明,计算值与实测值较吻合.     

多因素约束下的致密砂岩气藏离散裂缝特征及地质模型研究

根据地震、测井、野外、岩心和薄片观察解释结果,从断裂成因机制出发,围绕天山前KX气藏开发需要,重新划分裂缝类型,界定尺度范围,划分裂缝期次,建立裂缝发育地质模式;分析构造、沉积、开发与裂缝参数的相关性,优选裂缝发育主控因素,采用"熵权赋值法"构建三维裂缝发育强度地质模型;采用确定法、序贯高斯插值法建立大、中、小尺度缝离散模型,最终构建气藏裂缝属性模型。结果表明:山前KX地区致密砂岩构造裂缝系统具有明显的多尺度性、期次性和多样性,它们符合断层-褶皱-裂缝共生演化系统;多因素权重约束下的多尺度建模方法适合于致密砂岩DFN裂缝模型建立,断层、大裂缝适合优选确定性建模方法,中、小尺度裂缝适合优选序贯高斯模拟方法,地质模型与实际井点数据和开发动态数据吻合度高,可直接应用于双介质渗流数值模拟和气藏防水方案的优化。     

基于坡面植被恢复的岩质边坡分类及生境再造技术研究

高速公路等基础设施建设产生了大量的岩质边坡.受岩性、构造等因素影响,岩质边坡不仅类型复杂,而且坡度大、无土壤、植被恢复十分困难.为了提高岩质边坡植被恢复的质量,需要根据植被恢复对生境条件的要求,对其进行类型划分,并提出与之相适应的生境再造技术.通过借鉴近年来中国北方地区公路岩质边坡生态建设工程案例,选取坡度、坡面结构、坡面平整程度、坡面风化程度等作为分类指标,从植被恢复的角度将岩质边坡划分为4种类型.即:微风化整体结构平整坡面、弱风化块状结构凹凸坡面、强风化碎裂结构平整坡面、碎石覆盖填方坡面.在此基础上,提出了每种类型岩质边坡的坡面处理模式和土壤-植被重建技术方法.这种岩质边坡的分类结果,可为坡面生态恢复设计与施工提供参考.     

多孔介质的细观损伤本构模型

对于多孔介质损伤本构关系进行深入的研究 .介绍了多孔介质损伤本构关系与细观结构连接的原则和方法 ,提出了一个多孔介质非线性弹性损伤本构模型 .其次 ,在 Gurson理论已有工作的基础上 ,推出了一个规则多孔介质基体服从Drucker- Prager屈服准则的近似屈服面方程 ,进而得到了相关联的弹塑本构模型 .最后 ,以裂纹密度为细观损伤变量 ,修正裂纹密度细观损伤对屈服面中偏平面上 J2 的影响 ,推出了地基土弹塑性细观损伤本构模型 .图 1,参 1     

环形石墨烯纳米结构的等离激元激发

基于含时密度泛函理论,研究了环形石墨烯纳米结构的等离激元激发.在低能共振区,和同尺度大小的石墨烯纳米结构相比,环形石墨烯纳米结构光谱的主要吸收峰发生了红移;体系中有两种主要的等离激元共振模式:低能成键模式和高能反键模式.此外,环形石墨烯纳米结构的等离激元激发对体系尺度的大小也有一定的依赖性.     

面心立方金属的基于位错密度的循环本构模型

在晶体塑性理论框架下,建立适用于面心立方金属多晶材料的基于位错密度的循环本构模型.在各向同性硬化律中总位错密度被离散为螺位错和刃位错两部分,考虑了位错增殖、湮灭和相互作用的演化机制,同时采用了修正的非线性随动硬化律,建立单晶的循环本构模型,通过显式尺度过渡准则,把该模型拓展到多晶尺度.应用该模型模拟了典型面心立方结构材料多晶铜的棘轮行为.数值模拟结果表明,该模型不仅可以从多晶尺度模拟材料的棘轮行为和循环硬化特征,还可以从单晶尺度预测不同晶向和不同应力水平下的棘轮行为.     

基于两阶段响应面方法的结合梁斜拉桥多尺度有限元模型修正

以灌河大桥为工程背景,建立了结构精细有限元模型和多尺度有限元模型,并进行全桥环境振动试验,以获取结构的实测动力特性.基于两阶段响应面方法,分别对多尺度模型与精确有限元模型之间的误差和初步修正后多尺度模型与实际结构之间的误差进行修正,并将修正后结果与实测值进行比较.结果表明:经过两阶段响应面模型修正后的计算结果与实测结果吻合较好,最大频率相对误差不超过8%,模态保证准则MAC值基本在90%以上,说明两阶段响应面方法能够较好地进行多尺度模型修正,保证修正后的模型参数仍然具有其物理意义;修正后的有限元模型可以进一步应用于多尺度损伤识别及损伤预后,服务于桥梁健康监测及安全评估.     

基于结构面特征的优势组划分方法

以往的优势组划分方法都是以结构面的产状信息为基础,未考虑结构面力学特征及分组指标权重对优势组划分结果的影响,这样可能会导致分组结果不准确.因此,本文引入结构面特征分级法(CSPC)所定量评价的结构面的力学特征,提出基于结构面特征的优势组划分方法,采用可变模糊聚类迭代模型进行结构面的优势组划分.结果显示,结构面力学特征对结构面优势组划分的影响不能忽略.利用基于结构面特征的优势组划分方法可以预测出每组结构面的抗剪强度参数,为后续的块体稳定性分析奠定基础.     

基于结构面特征的优势组划分方法

以往的优势组划分方法都是以结构面的产状信息为基础,未考虑结构面力学特征及分组指标权重对优势组划分结果的影响,这样可能会导致分组结果不准确.因此,本文引入结构面特征分级法(CSPC)所定量评价的结构面的力学特征,提出基于结构面特征的优势组划分方法,采用可变模糊聚类迭代模型进行结构面的优势组划分.结果显示,结构面力学特征对结构面优势组划分的影响不能忽略.利用基于结构面特征的优势组划分方法可以预测出每组结构面的抗剪强度参数,为后续的块体稳定性分析奠定基础.     

面向CPU+GPU异构计算的SIFT

依据图形处理器(GPU)计算特点和任务划分的特点,提出主从模型的CPU+GPU异构计算的处理模式.通过分析和定义问题中的并行化数据结构,描述计算任务到统一计算设备架构(CUDA)的映射机制,把问题或算法划分成多个子任务,并对划分的子任务给出合理的调度算法.结果表明,在GeForce GTX 285上实现的尺度不变特征变换(SIFT)并行算法相比CPU上的串行算法速度提升了近30倍.     

水化硅酸钙力学参数跨纳-微观尺度计算方法

为了准确高效地基于分子动力学模拟计算微观尺度高、低密度水化硅酸钙(C—S—H)的力学参数,选用7种常用的C—S—H晶体类似物结构和三种多孔介质力学模型进行对比分析研究。首先在纳观尺度通过分子动力学模拟得到C—S—H晶体类似物结构的体积模量、剪切模量、弹性模量和泊松比四个力学参数;并与第一性原理计算得到的结果进行对比,以此为基础,再应用多孔介质力学模型计算获得微观尺度高、低密度水化硅酸钙的相应力学参数;并与已有文献实测的高、低密度水化硅酸钙弹性模量进行验证。结果表明,与第一性原理计算相比,6种Tobermorite晶体结构模型的力学参数计算平均误差约20%; Jennite晶体结构模型计算平均误差达59%。采用C—S—H晶体类似物结构Tobermorite 14,结合Mehta或张俊彦的多孔介质力学模型进行模拟计算,效果最佳。C—S—H晶体结构类型对C—S—H跨纳-微观尺度力学参数准确性影响最大。提出的基于分子动力学模拟和多孔介质力学模型进行水化硅酸钙力学参数跨纳-微观尺度计算方法,避免了采用大规模分子动力学模拟获得高、低密度水化硅酸钙的微观力学参数,计算效率高且结果可靠。     

基于四叉树的不同尺度综合信息元动态划分方法与实现

综合信息元是地理信息系统空间数据采集、存储、管理和进行空间模型分析的基本单元．针对不同研究目的，综合信息元具有相对稳定的大小；不同空间尺度的综合信息元中的起主导作用的因子会有所变化，因此根据不同尺度动态划分信息单元是数据高效集成和模型计算的关键．本探讨了在ARC／INFO环境下，基于四叉树的不同尺度下综合信息元的动态划分方法及其程序实现，同时和其它单元划分方法进行了对比．结果表明，由于其动态性和自动性，这种方法能够有效地进行不同尺度地理信息的集成管理，并可应用于分布式模型计算时进行网格划分．     

基于均匀化理论的页岩基岩运移机制尺度升级研究

基岩孔隙是页岩气藏的主要储集空间.页岩有机质孔隙和非有机孔隙具有不同的赋存方式和传输机制:有机质孔隙存在吸附气、游离气两种赋存方式,无机质内仅存在游离气,气体在有机质孔隙存在吸附解吸和吸附气的表面扩散.传统的数值模拟方法未考虑页岩基岩内不同孔隙介质储集方式和运移机制的差异性,未考虑有机质分布结构特征的影响.本文基于均匀化理论建立了考虑页岩基岩有机质分布特征和相应运移机制的尺度升级数学模型,在小尺度模型中考虑有机质和无机质赋存方式和运移机制的差异性.数值模拟结果表明,传统上具有相同宏观运移参数的基岩,若其有机质分布不同,采用尺度升级后的宏观模型计算的压力变化和产量均不同,必须进行尺度升级才能实现复杂结构分布的页岩基岩模拟的准确性.     

多尺度复杂系统物理建模与模拟·编者按

<正>自然界与工业领域存在大量的形式各异的复杂结构介质或系统.几乎所有的宏观系统都含有多尺度的空间结构或动理学模式.例如,固体材料中有局域晶格结构、位错、晶界、缺陷、裂纹、杂质等;流体系统中有大漩涡、小漩涡、气泡/液滴、边界层等.系统内不同时空尺度的结构和动理学模式之间的竞争往往导致极其丰富、复杂的非平衡行为!所以,宏观介质的动态响应特性不仅取决于外部作用的加载和卸载过程,而且依赖于介质内的稳定和慢变结构(例如,塑性变形中的位错、相变过程中的新相畴、损伤和断裂过程中的空穴和剪     

气体旋转运动对类反对称模式下环膜液体射流破碎尺度的影响

利用线性不稳定性理论研究了气体介质旋转运动对类反对称模式下黏性环膜射流破碎不稳定性的影响.通过对描述黏性环膜射流不稳定性色散方程的推导和数值求解,研究了气体介质的旋转运动对环膜射流破碎尺度模式的影响.研究表明,对于类反对称模式的液体环膜射流,内气体介质的旋转运动对射流的不稳定性有极强的促进作用.能使射流迅速从大尺度破碎模式转换为小尺度破碎模式;外气体介质的旋转运动是环膜射流破碎的促稳因素.不能改变环膜射流的破碎尺度模式.研究结果证明了类反对称模式主要与环膜射流的内气.液界面相关联.在此条件下,内气体介质的失稳作用控制射流的破碎尺度特征,而外气体介质的促稳作用在"穿透"液体射流后被大大衰减.     

考虑地表水地下水交换的分布式水文模型GISMOD开发与应用

详细介绍了一个基于网格、考虑地表水-地下水转换的分布式水文模型GISMOD.该模型由预处理程序、空间插值模块、蒸散发模块、参数设置和径流模拟5个部分组成.GISMOD不仅考虑了蓄满产流和超渗产流2种产流机制,而且提供了3种空间插值方法和8种蒸散发计算方法,具有良好的适用性.该模型将流域在水平方向上划分为若干相同大小的网格,在垂向上把土壤概化为3层,并根据不同土地利用、土壤和岩石类型设置参数,按照水位流量关系式计算不同土层间的水流交换量.黑河流域的实例研究表明,模拟结果与实际情况基本一致,即黑河流域上游地区以表层水下渗为主,在中游地区地下水反补河流.从季节上看,补给水量和下渗水量呈现出相反的变化规律,当下渗水量较高时,补给水量相应减少.最后,将模拟径流量与莺落峡实测结果进行对比,不论在日尺度还是月尺度GISMOD均取得了较好的模拟效果.     

城市地貌分类研究——以重庆市北碚区为例

在介绍国内城市地貌分类系统基础上,以重庆北碚区为例,研究城市地貌分类系统.该分类对城市自然地貌采用相同地貌成因之下的形态分类原则,从坡度和起伏度两方面划分城市自然地貌类型;对城市人工地貌采用“生态—形态”分类原则,从地面透水性和稳定性等生态角度,以及单个建筑形态差异和其空间平面组合形态差异角度来划分城市人工地貌类型.     

土被结构系统分类及其应用

提出土被结构是由土壤群体组成且具有整体性、结构性和功能性的耗散系统的观点;以土被结构空间有序为特征,充分考虑土被各种空间基础,即地貌类型,建立土被结构分类系统.并应用这个系统划分了渭南地区土被结构类型系统.     

用于区域气候模式的地形指数空间尺度转换效果分析

基于0.5°×0.5°的区域气候模式尺度框架,探讨了地形离散和地形平滑分别对地形指数尺度变化的影响程度;分析了地形指数在100和1000m栅格尺度上的统计相关性,并给出了两者在尺度上的转换关系;在此基础上,阐述了区域尺度和全球尺度下地形指数尺度转换的差异.该研究提高了地形信息在大尺度水文模型中的适用能力,实现了区域气候模式中陆面过程的地形参数精细定量化及其时空模拟尺度的转换匹配.