Simulation of the diffusion process in composite porous media by random walks

A new random-walk interpolation scheme was developed to simulate solute transport through composite porous media with different porosities as well as different diffusivities. The significant influences of the abrupt variations of porosity and diffusivity on solute transport were simulated by tracking random walkers through a linear interpolation domain across the heterogeneity interface. The displacements of the random walkers within the interpolation region were obtained explicitly by establishing the equivalence between the Fokker-Planck equation and the advection-dispersion equation. Applications indicate that the random-walk interpolation method can simulate one- and two-dimensional, 2nd-order diffusion processes in composite media without local mass conservation errors. In addition, both the theoretical derivations and the numerical simulations show that the drift and dispersion of particles depend on the type of Markov process selected to reflect the dynamics of random walkers. If the nonlinear Langevin equation is used, the gradient of porosity and the gradient of diffusivity strongly affect the drift displacement of particles. Therefore, random-walking particles driven by the gradient of porosity, the gradient of diffusivity, and the random diffusion, can imitate the transport of solute under only pure diffusion in composite porous media containing abrupt variations of porosity and diffusivity.     

Flow Chamber流动腔高度的数值研究

平行平板流动腔是当前研究不同切应力下细胞的变形特点的主要工具之一，通过ANSYS计算力学软件，对相同压力边界条件下不同高度的流动腔内的定常不可压粘性流体的流动进行了数值研究，发现Flow Chamber流动腔底部切应力只有在离两端有一定距离的中间部分才是均匀分布的，而在入口和出口都有比较大的跳跃，入口处的切应力值明显要大干出口处．     

组合桥面板疲劳荷载后剩余承载力试验研究

为了研究高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的剩余承载力,设计制作了两个足尺的正交异性高性能混凝土组合桥面板,通过疲劳和静力加载试验测试了正交异性组合桥面板的静力承载能力、破坏形态与疲劳后剩余极限承载力。试验结果表明：正交异性高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的静力破坏形态为受弯破坏,试件达到极限状态时中支点截面U肋屈曲,受拉钢筋屈服,负弯矩区混凝土板开裂严重,组合桥面板的受力性能发生退化。经过疲劳加载后的桥面板的剩余极限承载力较没有经过疲劳加载的桥面板承载力下降了约11.6%。基于钢筋混凝土黏结滑移理论推导了适用于疲劳荷载作用后的高性能混凝土组合桥面板平均裂缝间距计算公式。对比试验结果,所提出的平均裂缝间距计算公式具有良好的精度,可为实际工程应用提供理论参考。     

CFRP-钢管-CFRP复合钢管约束海砂混凝土短柱轴压试验

以钢管壁厚、钢管屈服强度、碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)层数和位置、混凝土强度等为研究参数,进行19根CFRP-钢管-CFRP复合钢管约束海砂混凝土短柱的轴压试验,分析试件破坏模式、荷载-应变曲线、结构承载力等,并讨论现有算法对承载力计算的适用性.研究结果表明：内外壁CFRP与钢管的组合对核心混凝土有良好的复合约束作用,可大幅提高结构承载力;钢管内外壁张贴CFRP后,其结构破坏模式由剪切破坏变为腰鼓破坏;钢管最先开始屈服,CFRP层数决定纤维布的断裂宽度和分布;荷载-应变曲线在强化阶段呈明显线性上升特性,二次刚度由CFRP层数决定;与外壁张贴CFRP试件相比,内壁张贴CFRP试件的结构承载力更大.     

均布荷载作用下简支组合梁受力机理分析

为了揭示组合梁在均布荷载作用下的受力机理,考虑弯曲和滑移耦合变形,建立组合梁滑移受力机理模型.首先,以单跨简支组合梁为研究对象,探讨组合梁变形与滑移规律、横截面内力分布及结合部传力机理;然后,分析截面尺度、界面刚度与荷载加载面对组合梁受力机理的影响.结果表明：混凝土板抗剪和抗弯作用在房建组合梁中较明显,在桥梁组合梁中可忽略;随着界面刚度比的增加,简支组合梁的曲率、转角、挠度和滑移均减小;混凝土板和钢梁轴力同步增大,混凝土板剪力增大而钢梁剪力减小,混凝土板、钢梁弯矩减小而轴力力偶增大;结合部界面切向力增大而界面法向力基本不变;相较于按自质量分配荷载,均布荷载由混凝土板承担时界面压力增大,由钢梁承担时则界面受拉,应注意验算界面抗拉拔性能.     

钢管混凝土组合柱耐火性能对比分析

采用非线性有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土柱、复式钢管混凝土柱、内嵌十字型钢钢管混凝土柱和4腔钢管混凝土柱4种钢管混凝土组合柱开展火灾下的力学分析,并采用相关实验数据进行验证.分析不同荷载比下钢管混凝土组合柱的温度场、位移-时间曲线、截面内力重分布等.结果表明：内嵌型钢(钢管)有助于提升柱体的轴向刚度,钢管混凝土组合柱的破坏模态表现为压缩鼓曲破坏;低荷载比下内嵌钢管允许方钢管发生更高的温度材性劣化,进而提升了柱体的耐火性能,火灾荷载比越小,提升效果越显著.     

带背景激波系的凹腔流动特性研究

凹腔作为超燃冲压发动机的一种火焰稳定器受到广泛关注,凹腔剪切层与背景激波系的相互作用影响凹腔火焰稳定器的性能。为深入分析背景激波系对凹腔流动的影响,设计了长深比为13.3的闭式凹腔,将凹腔模型前缘激波和风洞上壁面干扰激波作为背景激波系,在Ma=2的直连式风洞中开展了背景激波系与凹腔剪切层的相互作用的试验,采用高速纹影系统对瞬态流场进行了捕捉,重点关注背景激波系和凹腔剪切层的动态变化特性。采用纹影序列的本征正交分解来研究流场中的主要相干结构,采用快速傅里叶变换和连续小波变换对流场的频率域特征进行了分析。结果表明：在背景激波与剪切层相互作用下,激波结构产生大尺度振荡,凹腔内流动结构产生小尺度脉动。通过对激波位置的傅里叶变换分析,发现激波振荡的主导频率集中在90～400 Hz的范围内。通过对纹影图像的空间傅里叶变换分析,发现5 kHz以下的流场振荡主要由激波振荡引起,5 kHz以上的流场脉动主要由凹腔内流动结构引起。     

盾构隧道围岩与衬砌协同作用纵向位移计算法

盾构机掘进过程中,千斤顶顶进力的不均匀引起的纵向位移是管片间初始错台的主要原因之一;基于Timoshenko梁理论的隧道纵向位移计算方法,未能考虑隧道开挖后围岩卸载破坏的变形特征及围岩与衬砌结构的协同作用效应,预测误差较大。建立了考虑围岩卸载扩容效应的等效地基抗力系数计算方法,提出了能考虑螺栓个数的等效抗剪刚度计算公式,建立一种基于Timoshenko梁理论的改进管片拼装式隧道纵向位移理论计算方法。实际工程案例分析表明：考虑围岩开挖卸载过程中围岩的非线性体积相关塑性变形（即扩容效应）更合理;考虑壁后注浆液固化过程的时效性,采用改进的滑移边界条件计算的纵向位移最大值是传统的固定端边界的计算值的2.3倍,边界条件对计算结果影响较大,本文计算方法更符合实际情况,也更安全。     

包裹碎石桩在粉质黏土地基中的承载特性研究

为了探究包裹碎石桩对粉质粘土地基的加固效果,本文基于模型试验和数值模拟方法,对包裹碎石桩与传统碎石桩复合地基承载力特性进行了研究,并分析了碎石模量、碎石内摩擦角和土工格栅刚度等参数对包裹碎石桩复合地基承载及变形的影响。结果表明：传统碎石桩复合地基在荷载小于20kPa时,沉降增大不明显。当荷载大于30kPa时,沉降迅速增大,复合地基失稳破坏;在一定的粒径范围内,相同级配下,碎石粒径越大,碎石桩整体变形越小,承载能力越高;包裹碎石桩的碎石模量在高应力状况下,对复合地基沉降的影响效果较为明显。当桩土模量比大于30时,其对复合地基的沉降影响逐渐减弱;增大碎石内摩擦角能有效增大桩土应力比,并提高桩身应力传递效率。随着内摩擦角的增大,复合地基的沉降逐渐减小,在高荷载水平下,其影响效果更加明显;土工格栅的包裹能减少复合地基沉降,但影响程度有限,当包裹刚度J>1000kN/m时,对沉降的影响逐渐减弱。     

环境因素对复合绝缘子积污特性的影响

复合绝缘子在电力系统中被广泛应用,研究复合绝缘子积污特性与影响因素对降低绝缘子污闪事故的发生有着重要意义。基于FXBW4-10/100型复合绝缘子,建立了欧拉双相流绝缘子积污模型,对不同风速、粒径、浓度下绝缘子的表面积污特性进行研究。结果表明：污秽颗粒主要集中在绝缘子的迎风侧以及背风侧,绝缘子侧风侧积污较少;下表面积污体积分数高于上表面;随着风速的增加,绝缘子迎风侧与背风侧积污体积分数逐渐增大,侧风侧的积污体积分数先增加后减小;绝缘子表面的污秽程度随颗粒浓度的增加近似呈线性增加,整体积污均呈伞形分布;背风侧的积污程度随着颗粒粒径的增加呈现先增大后减小的情况。