砂岩直接剪切试验三维离散元分析

为了研究高地应力作用下的深部岩体的剪切力学特性,将半经验半理论胶结接触模型植入离散元软件,模拟了砂岩的直接剪切试验,对砂岩的宏、微观特性进行详细的分析。模拟结果表明：砂岩的直剪数值试验过程可以分为3个阶段,即线性剪切阶段、应力衰减阶段及残余强度阶段;剪切过程中,外界做功主要转化为颗粒摩擦耗能,并始终存在着能量守恒;胶结破坏数目会随着剪应变的增大而增加,胶结拉区破坏数目大于胶结压区破坏数目,胶结破坏形式均由弯破坏形式主导;裂纹首先从剪切面两端产生,拉区裂纹产生于剪切面中间,向剪切面两端以及上、下侧扩展,压区裂纹从剪切面两端向中间扩展,最后拉区裂纹与压区裂纹相互贯通布满整个剪切面,在空间上最终形成一个截面呈椭球状的分布域;本文的直剪数值试验结果与砂岩剪切试验结果基本一致。     

仿蚯蚓移动机器人离散步态控制与相位差控制特性比较

从机器人的运动特征、稳态平均速度和波动特性3个方面,对仿蚯蚓移动机器人的离散步态控制策略和相位差控制策略进行比较研究．首先,通过学习蚯蚓的形态学特征,基于舵机－弹簧钢片复合结构,设计并制作了可以执行拮抗变形的仿蚯蚓机器人单元,并将其串联得到一个8单元仿蚯蚓移动机器人．以该机器人为平台,从理论和实验角度研究了机器人在离散步态控制和等相位差控制下的平均速度和运动特征．研究发现,对于2种控制策略,实验得到的平均速度都与理论预测定性吻合,但机器人单元在运动过程中有可能发生显著的向后滑动,使得实验得到的平均速度低于理论预测的平均速度．随后,从波传播的角度对2种控制策略进行了比较．2种控制策略都使得机器人单元的变形以波动的形式沿机器人进行传播,传播方向与机器人运动方向相反,与蚯蚓的后退蠕动波机理保持一致．对于离散步态控制,波传播的波形、波速、波长和周期都与步态参数密切相关;对于相位差控制,波形和周期都由作动规律决定,不能通过相位差进行调节,但波速和波长与相位差成反比．从控制效果来看,机器人在最优的等相位差控制模式下可以实现更高的平均速度,且与蚯蚓的连续特征保持一致,具有一定的优势．     

粘贴于薄板表面的光纤布拉格光栅应变传感器误差修正

考虑现有光纤布拉格光栅(FBG)传感器的应变传递理论均未考虑传感器对基体应变的影响,本文针对FBG传感器粘贴于薄板的情况研究了薄板的应变传递理论。由于光纤应变与薄板应变并不相等,故研究了光纤应变与薄板应变之间的关系以提高FBG传感器的测量精度。建立了粘贴于薄板表面的FBG传感器应变传递理论,分析了FBG传感器与薄板之间的相互作用;利用有限元法(FEM)和实验法验证了理论的正确性。最后,分析了薄板参数对应变传递率的影响。结果显示:FEM解与理论解的误差在4%以内,实验值和理论解误差在5%以内,应变传递率随着薄板厚度和弹性模量的增加而逐渐增大。该理论模型完全满足FBG传感器精度要求,对其实际应用具有一定的指导意义。     

泡沫钛制备工艺及应用的研究进展

泡沫钛具有较小的密度、优异的力学性能以及独特的功能特性，广泛应用在航空航天、国防、海洋工程、汽车、生物医学等领域。介绍了泡沫钛的主要制备方法，包括烧结法、添加造孔剂法、浸渍法、凝胶浇铸法、3D打印法，对泡沫钛的压缩性能、吸能性能、生物相容性、电磁屏蔽性能、吸声性能、微动磨损性能等进行了讨论，并阐述了泡沫钛在生物医用、电池电极、航空航天等领域的应用前景。     

高速磁浮车辆摇枕锻件优化的数值模拟与实验研究

高速磁浮车辆的摇枕形状复杂,在列车高速运行(500km.h-1)中承受强烈的振动和交变载荷,若坯料设计不合理,在锻造过程中经常会产生缺料、折叠等缺陷。本文提出利用计算机仿真优化坯料形状的方法,通过De-form-3D软件对摇枕锻造过程进行数值模拟。再对模拟结果反复分析,克服了由于金属流动不合理而产生的缺陷。逐步优化坯料的形状,并结合数值模拟中出现的体积损失等问题,进行实验对比,最终成形出合格锻件。锻件计算结果与实验基本一致,该方法可用于复杂锻件预制坯料的优化设计。     

非饱和土动剪模量与阻尼比影响因素试验

为指导北京某航天着陆冲击试验床的快速铺设,借助DRNEVICH LONG-TOR型共振柱仪开展了若干组试验,研究了含水率、干密度、围压对动剪切模量与阻尼比的影响。试验结果表明:含水率较小时,动剪切模量随含水率增大而增大,而阻尼比无明显变化;干密度增大,动剪切模量增大,阻尼比有减小的趋势;围压增大,动剪切模量增大,阻尼比有减小的趋势。对12组试验结果进行拟合表明,阻尼比与动剪切模量比之间存在很好的线性关系。同时,通过与前人研究对比表明,不同土体其动力特性不同,因此在着陆场地铺设前对土体动力特性进行研究很有必要。     

应变软化弹塑性岩体中TBM施工过程围岩力学状态的理论分析

 针对深埋圆形隧洞TBM施工过程,综合考虑纵向推进和双层衬砌构筑过程,对围岩–衬砌进行耦合分析,得到应变软化弹塑性岩体在不同时刻施加衬砌时的应力、位移、软化区和破裂区半径的解析解,并给出带衬砌问题围岩达到软化和出现破裂的判据。推导中同时考虑了岩体在软化阶段和残余强度阶段的体积扩容。通过算例分析初衬和二衬施加时刻对围岩位移、软化区和破裂区范围以及围岩压力的影响,讨论了荷载在两层衬砌间的分担演化规律。分析表明,算例中TBM推进至3倍洞径时施加二衬,则二衬阶段产生的位移可控制在总位移的6%以内;衬砌间的作用力对二衬施加时刻较为敏感,而衬砌对围岩的支护力将受初衬和二衬施加时间的共同影响。根据提出的解答,可以进行TBM推进速度、衬砌几何和材料参数及最佳支护时机的初步设计,并预测隧洞施工中位移、应力的时程变化。