波浪载荷下海床土体孔隙水压的瞬态与累积响应机理

室内模型实验和现场观测均已发现了波浪引起的海床孔隙水压力存在瞬态和累积两种响应, 已有工作大多只单独研究其中的一种孔隙水压响应机理.分析得到了波浪诱导残余孔隙水压的理论解答, 并与实验结果进行了比较分析. 在所得理论解的基础上, 进行参量研究, 给出了孔隙水压瞬态和累积响应分析的应用范围. 提出了一种便于工程应用的预测波浪载荷下海床液化势的近似解.     

污染物通过有缺陷膜复合衬垫的一维运移解析解

为了研究污染物通过有缺陷膜复合衬垫的运移特性及为复合衬垫的性能评价提供一个简便方法,建立了污染物通过复合衬垫中的一维渗漏扩散模型.在假设污染物通过土工膜为稳态运移的基础上,结合拉氏变换得到了模型的解析解.和数值方法的比较验证了该解析解的合理性和正确性.分析结果表明,对于重金属离子,土工膜的施工质量和渗滤液水头对复合衬垫的防污性能具有很大的影响,水头从0.3m增大到10m时,击穿时间从50a减少到19a;对于挥发性有机污染物,高水头及土工膜施工质量较差情形下,污染物通过土工膜缺陷的渗漏量亦不容忽视.仅考虑重金属离子通过土工膜缺陷的渗漏会导致不保守的结果.即使在低水头作用下,GCL复合衬垫对挥发性有机污染物的防污性能亦较差.该解相对简单,能用于复合衬垫的初步设计、拟合试验数据及验证较复杂数值模型等.     

理想气体非定常有摩擦有传热一维流动的显式波动解析解

对理想气体在有摩擦有传热时的非定常一维流动给出了一些代数显式解析解, 其中包括1族带行波的解、3族带驻波的解及1个带驻波的解. 前4族解中均含有任意函数, 所以实际上包括了无限多个解析解. 这些波动解除有其重要的理论意义, 并且可以指导一些新型设备的研制外, 还能作为标准解促进计算流动流体力学的发展, 例如用以检验数值解的准确度、收敛性等及帮助发展各种数值计算的技巧, 如差分格式与网格生成等.     

波浪作用下泥沙的起动规律

全面分析了泥沙颗粒的受力情况. 通过对颗粒间的黏结力、薄膜水固体性质导致的附加静水压力和波浪惯性力的考虑,导出了适用于粗、细颗粒泥沙起动的统一公式. 该公式也反映了细颗粒泥沙起动流速随容重的变化. 经国内外大量试验资料和现场观测资料的验证,说明该公式全面概括了各种粒径天然沙和轻质沙在波浪作用下的起动规律,为研究和解决河口海岸泥沙问题提供了一个基础公式.     

地震激励下深水桥墩的随机振动分析

深水桥墩属于一类浸没在深水区域中的细长结构,在地震激励下不能忽略动水压力效应以及非线性效应,又鉴于地震激励的随机特性,因而地震激励下深水桥墩的动力学问题可归结为一个非线性随机振动问题,需开展非线性随机振动研究.为此,本文首先建立深水桥墩的非线性随机动力学模型,包括:将桥墩简化为固定在岩石地基上的悬臂梁;采用Kanai-Tajimi过滤白噪声模型模拟地震动加速度过程;利用辐射波浪理论描述动水压力以及凯恩方法推导深水桥墩系统的运动方程.随后,运用标准随机平均法将系统运动方程近似为关于幅值的平均伊藤方程,建立并求解相应的FPK方程以获得该系统的近似稳态概率密度函数.最后,分别考察了激励强度,质量比以及浸入比对系统稳态响应的影响,并采用蒙特卡罗模拟验证理论解析解的有效性.结果表明:理论解析解与蒙特卡罗模拟结果相当吻合,理论解析解具有较高的精度;激励强度的增强、质量比的增加以及浸入比的提高均会对桥墩的稳态响应产生负面影响,即放大了系统的响应;动水压力效应降低了质量比对系统响应的影响程度;桥墩内域水体的存在也会放大系统响应,且这种影响会随着浸没比的增加而增加.本文的研究结果对于深水桥墩的抗震优化设...     

厚壁筒受任意二次函数分布压力之解及圆筒无限长时的极限

构造一个新应力函数, 推出了厚壁筒受任意二次函数分布压力之解析解, 为求解厚壁筒受任意分布压力作用的空间轴对称变形问题打下了基础.     

斜向波与任意多个长水平圆柱的相互作用

采用多极子展开法对有限水深下线性斜向波与任意多个完全淹没的长水平圆柱相互作用的散射和辐射问题进行了研究. 首先建立由多极子线性组合表示的散射势和辐射势的级数形式的解析表达式, 然后利用Bessel函数的加法定理和物面边界条件来确定该级数表达式中的未知系数, 在此基础上, 导出了波浪力、附加质量和透反射系数的解析表达式. 采用边界元方法对本文的解析解进行了验证, 同时利用本文的解析方法研究了3种不同工况的线性斜向波与多个水平圆柱的相互作用问题. 结果表明, 圆柱个数、排列方式及其间距对波浪力、水动力学系数以及透反射系数有显著影响, 并在数值实验中发现了一些重要而有趣的物理现象.     

考虑对流换热因素的阶形脉冲激光加工热过程解析解及实验验证

材料的激光加工热过程是涉及激光束、工件及周围环境相互作用的复杂热交换问题, 特别是对流换热边界条件的变化将对温度场分布及加工质量产生很大影响. 而以往的温度场求解中, 对流换热条件基本都被简化或忽略, 直接影响了温度场及后续流场、应力场的计算准确性和精度. 研究了考虑对流换热边界条件的材料表面脉冲激光加工热过程, 通过Laplace变换的方法求解出物体温度场分布的解析解, 对无量纲参数进行了适当地设置和定义, 研究了无量纲距离x′、无量纲时间τ、表面无量纲能量吸收M及Biot数Bi与温度分布(无量纲温度T ′)之间的相互关系. 通过分析表明, 随着Bi值的增大, 外界的对流换热作用越来越强烈, 使得温度最大值所处位置偏离开材料表面, 逐渐向内部偏移. 采用红外测温的方法对解析解模型进行了实验验证, 取得了较为理想的结果.     

随机波浪作用下圆沉箱防波堤的动力分析模型

首次将随机波浪荷载应用于圆沉箱防波堤的动力分析, 并将其动力运动过程分为摇摆和摇摆-滑移运动两种运动模态. 引入了控制侧向滑移的阻滑板-阻尼器系统, 提出了一种新的摇摆-滑移动力分析模型, 建立了相应的运动方程. 根据圆沉箱结构的特点提出了附加质量等动力参数的计算公式以及新的地基刚度系数转换关系. 利用Fortran语言环境编写程序, 按此动力模型和方法对工程实例进行计算, 计算结果表明了本模型和方法对随机波浪荷载作用下圆沉箱防波堤动力响应的数值求解的可行性和有效性.     

瞬时孔隙水压力作用下的降雨滑坡稳定性响应分析: 以香港天然降雨滑坡为例

短期集中降雨过程造成的瞬时孔隙水压力的变化是诱发大多数浅层滑坡的主要因素. 在GIS的支持下, 以香港浅层降雨滑坡为例, 采用基于非饱和渗流理论的瞬时降雨响应模型对滑坡稳定性的瞬时孔隙水压力的响应行为特征进行了深入探讨. 对典型降雨过程中的孔隙水压力和滑坡稳定性在时间(降雨过程)和空间(不同深度和平面位置)上的响应行为和分布规律进行了详细分析和讨论, 并与孔隙水压力的实测结果进行了对比. 重点对不同岩土类型和不同渗透性质的斜坡的稳定性在降雨过程中的响应规律和特征进行了对比分析. 同时讨论了前期降雨和不透水下垫面等因素对斜坡稳定性的影响, 以及孔隙水压力的降雨响应时间等特征. 通过研究, 可以更好地理解降雨对滑坡作用的水文过程和诱发机制, 为进行有效的滑坡风险性分析和预测预报提供科学依据.     

在二元合金过冷熔体中枝晶生长在远场来流作用下的稳态解

研究在二元合金过冷熔体中远场来流引起的对流对稳态枝晶生长的影响．在大Schmidt数和零表面张力的情形下,将纯熔体中远场来流引起的对流对枝晶生长作用的结果推广到受远场来流影响的二元合金过冷熔体中,利用多重尺度方法得到了稳态枝晶生长的渐近解,并分析了在对流的作用下枝晶生长的温度和浓度以及界面形态的变化．当熔体流动速度增大时,过冷度对枝晶尖端曲率半径的影响减小．与关于纯熔体的结果比较,二元合金过冷熔体中流动速度对界面形态有更大的影响,界面形状仍然是一个近似的抛物面,流动速度通过影响规范化参数使得系统的Peclet数倾向于进一步增加．     

亚90nm沟道MOSFET亚阈值状态下二维电势和阈值电压的半解析模型

本文提出一个亚90nm沟道MOSFET在亚阈值状态下的二维电势和阈值电压的半解析模型．文章首先根据短沟道MOSFET在亚闽值状态下的物理模型提出定解问题,然后用特征函数将由氧化层和空间电荷区衔接条件所得到的超越方程组作正交展开,得到关于未知量的线性代数方程组．求出了氧化层和空间电荷区的二维电势、耗尽层厚度和阈值电压的表达式．该模型不需要适配参数,运算量小,避免了方程离散化,计算精度与数值解精度相同．文章给出了沟道长度为90nm以下MOSFET的电势分布、表面势、耗尽层厚度和阈值电压计算结果．计算值与二维数值模拟值高度吻合．     

谐和与随机激励共同作用下振动能量采集系统的响应预测

非线性振动能量采集技术是近年来获得广泛发展且有效的微电子设备供能手段,而各类设备工作的实际环境较为复杂,亟需建立更加贴近其真实服役环境的模型,以便对俘能效率开展准确的预测与分析.周期激励与随机噪声联合激励模型能有效模拟振动能量采集器的真实服役环境,但当前研究常局限于单独的周期激励或随机激励情形.为此,本文利用径向基神经网络方法,分析谐和与高斯白噪声联合激励下振动能量采集系统的瞬态响应.首先,构造由高斯基函数与时变权值系数组成的FPK方程试解;随后,采用有限差分格式离散时间导数项,构造由FPK方程残差和权值系数约束条件组成的损失函数;最后,对损失函数进行最小化,获得最优权值系数矩阵,进而得到系统时变响应概率密度函数的近似解.以单稳态与双稳态系统为算例,验证该求解方案,考察了机电耦合系数及机电时间常数对系统瞬态响应和输出功率的影响,并通过与蒙特卡罗模拟对比验证了理论解析解的正确性.结果表明,系统在所设激励扰动下,其响应概率密度函数的拓扑结构随时间演化有较大改变;调整系统关键参数将会诱导其发生随机跳跃以及随机P-分岔,且关键参数的改变对俘能效率有显著影响.本工作结果对探究能量采集系统的随机动...     

应力波作用下岩石类孔隙介质变形破坏与能量耗散机制的数值模拟研究

通过CT扫描、X射线衍射和物理实验等方法获取了天然砂岩的孔隙结构参数、矿物组成和物理力学性质,研制了具有与天然砂岩相同的孔隙结构特征和基体性质、但孔隙率不同的岩石类孔隙介质的物理模型．利用孔隙介质物理模型的CT扫描图像和MIMICS构建了具有不同孔隙率的孔隙结构三维有限元模型．通过设定应力波动理论假设的条件模拟了孔隙介质SHPB冲击破坏过程,分析了波动应力作用下岩石类孔隙介质的动力学响应、应力传递模式和变形破坏机制．研究表明：利用孔隙介质三维有限元模型可以直观定量地分析应力波传播过程中岩石类介质内部孔隙和基体的应力、应变状态及变形破坏机制．一定压强和波速的应力波传播过程中,孔隙率低于15％的岩石介质内部的孔隙未发生明显变形,变形主要体现为孔隙周边基体的微塑性（剪切变形）和开裂（横向拉应变）,以及孔隙周边开裂区域的相互连通．剪应力使基体单元产生微塑性,拉应力使基体单元开裂．孔隙周边基体单元的破坏及相互贯通主要是由于基体单元的横向拉应力或拉应变超过材料的极限值．模拟得到的孔隙介质的应力波传播规律、变形与破坏模式以及能量耗散性质与物理模型的实验结果相吻合．本文研究为解析岩石类孔隙介质的复杂多变动力学响应的内在机制、应力传递模式、变形破坏与致灾机理提供了参考．