根对土壤加强作用的研究

为研究植被根系对边坡稳定和水土保持的作用,该文通过根土复合体的三轴实验分析了根对土体的加强作用,得到了含根体积比为0.5%和1%的根土复合体在10kPa围压下的轴压极限载荷。同时使用基于周期性复合材料的均匀化理论,建立了根土复合材料胞元的数值计算模型。利用该模型,对两种含根体积比情况下的轴压极限载荷进行了数值计算,其结果和实验比较吻合。该文实验在青海进行,研究结果为将来治理青海水土保持问题提供了数据基础。     

基于剪切面能耗等效原理的根土加筋模型

为研究植物根系加筋护坡机理,以传统塑性理论与广义塑性理论为基础,采用理论推导方法,分别推导了单独考虑根与土及将含根土当成一种复合体在极限状态下的内部总能耗表达式,利用剪切面实际能耗确定性与唯一性条件求得了根土复合体的加筋公式,并与含根土现场剪切实验对比.结果表明:相对现有的基于内力平衡原理的加筋模型,用内部能耗等效的根土复合体加筋模型计算的附加粘聚力与实验结果更吻合,且以广义塑性理论为基础的内部能耗等效根土复合体加筋理论优于以传统塑性理论为基础的内部能耗等效根土复合体加筋理论.     

复杂载荷耦合协作对连续油管极限承载能力的影响研究

针对连续油管在作业过程极易发生自锁、承受高内压等极限工作载荷,且在该极限载荷下极易失效的问题,以经典塑性极限载荷力学模型为基础,基于CAE技术,建立连续油管数值计算模型;并利用实验结果验证数值计算结果的可行性。利用已验证的计算模型研究1(1/4)″和2(3/8)″型号的连续油管在拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷下的承载能力。研究表明,在上述四种载荷中,得出内压和弯矩载荷是造成连续油管失效的主控载荷。根据计算结果,推荐了连续油管正常服役的载荷范围;并给出了不同载荷的极限载荷值。研究拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷对连续油管承载能力的影响,可有效避免连续油管提前发生失效和提高连续油管使用寿命。     

含腐蚀损伤加筋板结构极限强度评估方法

选取单筋双跨加筋板模型,基于非线性有限元方法计算了在单轴压缩载荷作用下,模型范围、点蚀坑形状、腐蚀位置、带板柔度、加筋柔度、腐蚀体积、加强筋个数等因素对含腐蚀损伤加筋板极限强度的影响.研究结果表明:腐蚀体积是影响加筋板极限强度的关键因素,且极限强度的折减值与腐蚀体积比接近二次曲线的关系.根据数值计算结果利用多元函数拟合功能得到了含腐蚀损伤加筋板结构极限强度评估公式,可对含腐蚀损伤加筋板的极限强度进行合理评估.     

刺槐根土复合体抗剪强度试验

植被边坡的稳定性与其根土复合体的抗剪强度密切相关，其主要受根系作用与水分作用的影响。通过直剪试验和SWCC试验获取了含根量和含水率与抗剪强度及其指标的关系，推导出根土复合体的强度计算模型。结果表明：刺槐根系能显著增强土体抗剪强度，黏聚力随含根量的增加先增大后趋于平缓，内摩擦角随含根量的增加有所增大，但增长幅度较小；抗剪强度随含水率的增大迅速降低，黏聚力与内摩擦角变化趋势与抗剪强度一致，内摩擦角变化幅度较小；含根量与含水率对土体抗剪强度的影响均体现在黏聚力的变化上；将根土复合体视为含根非饱和土，推导出根土复合体强度计算模型，强度模型的计算值与试验实测值较为接近，对于根土复合体的强度计算有一定的参考价值。     

基于离散元方法的根土复合体冻融损伤数值模拟研究

本文基于离散元对冻融循环作用下根土复合体的力学特性进行研究。利用PFC软件，提出一种新的冻融损伤模拟方法，对黄土进行不同冻融循环次数下的模拟。利用此方法，黄土在不同循环次数下无侧限抗压强度的模拟结果和试验结果较为吻合，证明了此方法的可行性。之后建立根系模型，模拟根土复合体的UU三轴试验，并对根土复合体的数值模型进行参数标定。进一步探究根系角度对根土复合体强度的影响效应，并对不同冻融循环次数下根土复合体的强度特性进行数值模拟研究。研究结果表明:（1）所提出的冻融损伤模拟方法可以较好地模拟黄土在冻融循环作用下的劣化效应（2）根系的存在会提高土体的强度特性。在相同的冻融循环次数下，根土复合体的强度均高于素土，并且根土复合体的强度会随着冻融循环次数的增加先下降后趋于平缓。（3）根系倾角为90度时，对土体的强度提高效应最大，并且在冻融循环作用下，强度下降较低。根系倾角为0度，对土体的强度提高最小。研究结果为从细观角度探究根土复合体的冻融损伤机理提供新途径，并且可为寒区生态边坡工程建设提供指导意义。     

35 kV输电线路复合横担极限承载力研究

近年来,复合材料逐渐被广泛应用于输电杆塔横担结构中,为了研究复合材料横担的极限承载力,本文对35kV复合材料横担进行了极限承载能力试验,得到各个测点在不同横向载荷作用下的位移和应变;建立该复合横担的有限元模型,通过计算得到相应测点的位移和应变结果;结合试验与仿真结果,分析了复合横担在横向载荷作用下的变形规律;通过分析根部压接对复合横担极限承载能力的影响,提出了一种新的法兰与复合材料芯棒的连接方式。研究结果表明：当横向载荷达到16.91kN时,芯棒上表面与法兰开始脱离,当横向载荷达到29.81kN时,复合横担根部发生失效;结合仿真与试验结果,证实了复合横担根部压接脱离是决定复合横担极限承载力的重要因素之一;提出的新型根部连接方式可以有效提升复合材料横担的极限承载能力。     

热力耦合作用下煤样瓦斯渗透特性数值模拟

针对含瓦斯煤渗透率在热力耦合作用下的演变规律,利用多物理场耦合控制方程建立相应的数值模型,对实验工况进行数值求解.将实验及数值模拟结果进行对比分析得出如下结论:1综合不同瓦斯压力情况下的轴压、围压对渗透率影响,模拟结果中渗透率普遍高于实验数据;2模拟计算得到的围压与渗透率之间呈指数关系,与实验结果的吻合度较高;3利用COMSOL Multiphysics数值模拟研究热力耦合情况下含瓦斯煤渗透率的影响规律,轴压处于高应力场下的模拟吻合度高于低应力场,采用单孔瓦斯渗流模型对高应力场的计算吻合度更好。     

冲击载荷下叠层连接材料的建模与计算

叠层连接材料由于其不同层的材料差异使得层间作用力具有不确定性。该文针对叠层连接材料的特点,在复合材料损伤破坏模型基础上,根据小变形弹性理论建立了叠层连接材料的简化单层等效力学模型。为了验证等效力学模型的正确性,将计算结果同Hopkinson压杆实验的结果进行对比,并在此基础上利用实验数据确定等效力学模型计算所需材料参数,采用ANSYS/LS-DYNA有限元计算软件数值模拟计算了筒状壳体在冲击载荷下的动力学响应。研究结果表明:叠层连接材料等效力学模型可以减少计算时间,并保证必要的计算精度,准确地描述叠层连接材料在冲击载荷作用下的力学性能。     

复杂载荷下含体积性缺陷弯管的塑性极限载荷

通过非线性有限元分析给出了含体积性缺陷弯管在内压、面内弯矩、面外弯矩和扭矩作用下的塑性极限载荷。对与体积型缺陷（长轴、短轴和深度)和管线（外径、壁厚和弯曲半径）有关的几何变量进行了系统的分析,并考虑了内压和面内弯矩、面外弯矩和扭矩的组合。结果表明壁厚、缺陷深度和缺陷方向对极限载荷影响较大。     

周期性边界条件下炭黑增强橡胶基复合材料有效弹性性能数值模拟

基于周期性边界条件建立具有随机分布形态的代表性体积单元,通过细观力学有限元方法对炭黑颗粒填充橡胶复合材料的宏观力学行为进行模拟仿真.重点分析圆形和方形炭黑填料粒子模型的变形场和应力场,以及炭黑填料的体积分数对复合材料有效弹性模量的影响规律.结果显示:炭黑颗粒的填充显著提升橡胶材料的弹性模量,而且炭黑填充橡胶材料的有效弹性模量随着炭黑含量的增加而增大;在相同的炭黑含量条件下,方形粒子模型对橡胶材料有效弹性模量的预测结果明显高于圆形粒子模型.     

颗粒增强复合材料热性能的数值模拟研究

利用C语言编写了能生成随机分布的颗粒增强复合材料几何模型的程序,结合MSC商用有限元软件分析了颗粒的体积分数、大小以及分布形态对颗粒增强复合材料热学性能的影响。结果表明:颗粒的分布形态对材料的热膨胀变形及热传导无明显影响,但对热应力有很大影响;颗粒的大小对材料的热膨胀有一定影响;颗粒体积分数的影响和利用混合律的预测结果基本一致。     

铁磁颗粒夹杂软基体复合材料的制备和特性分析

目的制备铁磁颗粒夹杂软基体复合材料,研究其磁学特性和力学特性。方法在室温条件下采用自然固化制备得到铁磁颗粒夹杂软基体复合材料。利用多物理场COMSOL有限元分析软件,研究单向磁场和单轴拉伸下颗粒体积分数对各向异性及各向同性的铁磁颗粒夹杂软基体复合材料特性的影响。结果颗粒体积分数对2种复合材料的相对磁导率及杨氏模量影响很大,且相同颗粒体积分数时,各向异性的铁磁颗粒夹杂软基体复合材料受颗粒体积分数影响更大。结论铁磁颗粒夹杂软基体复合材料的有效性能不仅和材料各组分的比例有关,而且和材料各组分的分布形式有很大关系。     

随机分布纳米颗粒增强陶瓷基复合材料性能数值模拟分析

基于蒙特卡罗方法,利用ANSYS的APDL参数化设计语言,构建随机分布纳米颗粒增强陶瓷基复合材料性能数值分析模型,利用均质化理论计算不同体积比纳米颗粒增强陶瓷基复合材料的热膨胀系数、有效弹性模量和热残余应力。结果表明,所建模型计算的结果与用经典理论方法计算的结果基本吻合,证明所建模型是可靠的,其中三维模型能更准确地分析纳米颗粒体积比较大时微观结构对应力分布状态的影响。     

碳/碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟简

通过建立碳/碳（C/C）复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型,利用有限元方法分析了C/C复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上,模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上,采用ALE方法,并基于实验结果通过Fortran编程控制材料表面烧蚀后退运动,建立了C/C复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型,并进行瞬态有限元分析。结果表明：材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关;并且随着材料烧蚀程度的不同,材料的表面应力也相应变化。     

纤维体积分数对炭/炭复合材料力学性能的影响

以40%,30%和25%3种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体,经3次化学气相浸渗后制备C/C复合材料;测定其未经热处理与经不同温度热处理后的石墨化度,抗弯、抗剪、垂直与平行抗压强度;在偏光下观察其微观结构;采用扫描电子显微镜对其断口形貌进行观察;研究纤维体积分数与C/C复合材料的力学性能的关系及不同热处理条件下C/C复合材料的断裂机理.研究结果表明:在不同热处理状态下,当纤维体积分数为30%时炭/炭复合材料的抗弯、抗压和抗剪强度均最高;经热处理后的试样,其力学性能降低,断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂;热处理温度越高,其力学性能降低的程度越大.     

耐低钾基因型水稻的矿质营养和穗粒性状

在完全营养液条件下（Ｋ＋４０ｍｇ／Ｌ），耐低钾基因型水稻品种“湘早糯１号”比不耐低钾基因型水稻品种“双白－２１１－竹印”分蘖期全株、根、茎秆的Ｋ，Ｎａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｆｅ含量减少，根中的Ｍｇ含量稍多；孕穗期全株、根、茎秆的Ｋ，Ｍｇ含量增加．Ｆｅ含量在茎秆也多．在低钾（Ｋ＋３ｍｇ／Ｌ）营养液条件，“湘早糯１号”分蘖期植株苗高、苗干重、根干重、根体积及植株的Ｋ，Ｍｇ，Ｆｅ；茎秆的Ｋ，Ｍｇ；根的Ｋ，Ｎａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｆｅ含量均比“双白－２１１－竹印”增加；孕穗期全株、根、茎秆的上述５种营养元素含量都增多，茎秆的Ｆｅ含量相近．耐低钾基因型水稻品种“湘早糯１号”在低钾（Ｋ＋３ｍｇ／Ｌ）条件下抽穗率达９６％，结实率达３１．１％，不耐低钾品种“双白－２１１－竹印”抽穗率少于１０％，且不结实     

纳米SiC含量对Ti3SiC2/Al复合材料摩擦磨损特性的影响

采用SPS方法制备出SiC和Ti3SiC2双相增强Al基复合材料,并在MM-200型摩擦磨损实验机上进行干摩擦试验。研究了不同含量SiC对Ti3SiC2/Al复合材料组织及耐磨性的影响,结果表明,颗粒体积分数及磨损载荷对复合材料摩擦磨损特性有显著影响。复合材料具有良好的摩擦磨损性能,烧结温度为550℃,SiC的体积分数从0.5%上升到2%时,复合材料的摩擦系数从0.34降到0.285,降低16.2%。烧结温度为400℃,SiC的体积分数从0.5%上升到2%时,复合材料的磨损量从0.0079降到0.0039,降低50.63%。     

环氧树脂耐磨胶粘涂层冲蚀磨损特性的研究

以聚氨酯预聚体改性环氧树脂为基体,以Al2O3颗粒为增强相,制备了树脂基复合材料,在自制的磨损试验机上,系统考察了具有单一颗粒（ 粒度为200μm）和具有级配颗粒（质量比为3：1）的树脂基复合材料的冲蚀磨损特性随颗粒体积分数的变化规律,并结合磨损表面的形貌特征对其磨损机理进行了初步探讨,结果表明：对于具有单一颗粒粒度的复合材料,当陶瓷颗粒的体积分数约为22％－25％时,其抗冲蚀磨损特性最佳,是正火态45号铸钢的28倍;对于具有级配颗粒的复合材料,当陶瓷颗粒的体积分数约为26％－30％时,其抗冲蚀磨损特性最佳,是正9火态45号铸钢的36倍。     

PVA纤维增强高性能水泥基材料的韧性

采用低掺量(纤维体积率为1%~2%)的高强度高弹模聚乙烯醇纤维(简称PVA纤维)进行延性纤维基材料韧性的研究,分析了材料组成参数(PVA纤维体积率、纤维长径比、界面改性剂和砂灰比等)对高强度高弹模PVA纤维增强水泥基材料韧性的影响。结果表明,使用高强度高弹模PVA纤维以及通过材料组分优化,可以在低体积率下得到高韧性水泥基复合材料,凹土可以做为PVA纤维的一种界面改性剂。