基于SENDB试样的砂岩复合脆性断裂行为研究

基于岩石裂缝多为三维的事实,对不同裂缝长度和支座间距组合下的单边切槽深梁(SENDB)试样3个形状因子(即量纲一化的Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子、量纲一化的T应力)进行三维标定,并与已有的二维数值标定结果进行细致对比,相关结果为科学使用SENDB试样开展岩石复合断裂韧度测试,讨论试件厚度对岩石复合断裂韧度计算的影响等奠定了基础。结果表明,由三维模型获得的几何因子相比二维模型所得结果更大,故使用二维计算结果确定的断裂韧度将比实际值小,对水力压裂这类"造缝"岩石工程设计可能带来不利影响。最后,基于SENDB试样开展从纯Ⅰ型到纯Ⅱ型的砂岩复合断裂韧度测试,并利用广义最大周向应力(GMTS)准则从理论上研究SENDB砂岩试样裂纹尖端的三维微破裂区与载荷复合度的关系。研究表明,随着裂缝倾角b的增加,由最大周向应力确定的微破裂区范围从中间大两头小变为中间小两头大;其次,裂纹在扩展方向上的临界微破裂区并非GMTS准则所采用的不变量r0=(2π)-1(KIc/st)2;更为关键的是,纯Ⅰ型裂纹和纯Ⅱ型裂纹对应的临界微破裂区半径并不相等,进而从根本上否定了GMTS准则的理论假定,相关结果为合理使用GMTS准则提供了参考并指明了GMTS准则的改进方向。     

一种基于遗传算法的高频反激变换器的优化设计

在理论分析的基础上,以优化高频变压器的磁芯功率损耗和绕组功率损耗为目标,以单端反激式变压器为例建立了高频变压器的总功率损耗计算模型。在该功率损耗计算模型的基础上结合从系统角度设计DC-DC变换器的方法,采用一种基于遗传算法的高频DC-DC变换器的优化设计方法,得到了设计参数的最优取值。利用优化设计方法设计了高频DC-DC变换器印制板电路,实验验证了优化设计方法的正确性。     

基于iSIGHT的手机模型的优化

本文介绍了多学科设计优化的概念和发展历史,并介绍了进行MDO计算的iSIGHT软件,最后给出了MDO的实例。     

隧道围岩构造软岩大变形发生机理及分级方法

系统分析了国内外隧道围岩大变形案例,发现应力场、地质构造、地层岩性等因素是驱动隧道围岩大变形孕育发生的根本条件,并严格受构造控制,进而提出了构造软岩大变形的基本概念;根据大变形的构造控制理念与发生机理,对隧道构造软岩大变形分类进行了重新界定(断层型、碎裂型和小夹角型)。以岩石强度应力比为基础,突出构造运动影响,量化考虑地层时代、优势结构面产状、岩石强度、岩层厚度、岩体完整性5个影响因素,提出了适用于不同地质勘察阶段隧道围岩大变形分级新方法。利用垭口隧道、盐边隧道、新林隧道等18个隧道大变形案例,对本文提出的构造软岩大变形新分级方法进行了系统验证,结果表明本文提出的分级方法具有较好适用性。研究成果对围岩大变形发生机理认识、大变形灾害判识与控制均具有重要指导意义。     

聚碳酸酯的复合断裂力学行为的实验研究

为了研究聚碳酸酯材料的复合断裂力学行为,利用半圆形PCBA试件开展了多组复合断裂三点弯曲试验,获得了不同复合程度的破坏荷载、裂纹初始扩展方向以及从纯Ⅰ型到纯Ⅱ型的全范围复合断裂韧度。实验发现:被广泛用于复合断裂预测的最大周向应力理论(MTS)无法正确预测PCBA的复合断裂;从纯Ⅰ型到纯Ⅱ型其破坏荷载基本相等,即破坏荷载与裂纹的复合程度关系不大。     

基于NDB试样的脆性岩石拉剪复合断裂行为研究

岩石复合断裂机理一直是岩石力学领域的研究热点。首先,利用新提出的单边切槽深梁(NDB)试样开展从纯Ⅰ型到纯Ⅱ型全复合度加载下的砂岩复合断裂试验,获得了系列载荷复合度下的砂岩复合断裂强度及砂岩断面。其次,研究砂岩复合断裂强度与随载荷复合度的变化行为,讨论了岩石复合断裂强度特征,并使用最常用的最大切应力(MTS)准则、最小应变能密度因子(MSED)准则、最大能量释放率(MERR)准则和改进的R(IR)准则预测了砂岩复合断裂强度。最后,使用激光扫描仪获得砂岩复合断面并进行断面重构,利用分形理论定量刻画岩石复合断裂面的粗糙度,研究岩石在复合载荷作用下的内在破裂机制。结果表明:砂岩等效断裂韧度随载荷复合度的增加逐步减小,IR准则与MERR准则可很好地预测砂岩复合断裂强度,MTS和MSED准则严重高估了Ⅱ型为主的砂岩复合断裂强度;砂岩断面不同复合载荷作用下的砂岩断面分统计特征具有统计意义上的相似性,一定程度上预示着不同复合载荷作用下的砂岩试件具有相似的内在破裂机制;考虑到脆性材料的强度特点,结合复合载荷作用下裂缝扩展行为,可确定拉剪复合载荷加载下岩石内在断裂机制的确为拉破坏。     

全自动离子色谱法测定氢气中总卤化物和甲酸

建立了一套全自动取样与检测的离子色谱分析方法,用于分析氢气中总卤化物和甲酸的含量。采用离子色谱仪结合淋洗液发生器(Na₂CO₃为0.24 mol/L,NaHCO₃为0.3 mol/L的混合溶液)、阴离子交换柱Dionex IonPac^TM AS19(4×250 mm),Dionex阴离子自再生抑制器和全自动取样装置(去离子水作为吸收液)检测氢中总卤化物和甲酸含量,得到的峰面积与浓度有良好的线性关系(r²=0.999),仪器检测限为0.01 mg/L。实验结果表明本方法具有良好的重复性,相对标准偏差(RSD)<3%,可以满足氢气中总卤化物和甲酸的定量分析要求,为实现全自动氢能品质检测提供技术支持。     

复合材料板在变温场下的超声导波传播特性及损伤成像方法

基于Lamb波的损伤监测方法已在复合材料结构健康监测中得到了广泛的应用。然而，复合材料结构的服役环境复杂多变，超声导波信号极易被外界因素干扰。本文研究了玻璃纤维层合板在变温场下的超声导波特性及损伤成像修正方法。首先，利用红外热成像仪研究持续加热下超声导波信号幅值和相位的变化规律，并构建因变温引起的幅相误差矩阵。其次，将误差矩阵代入多重信号分类（2D-MUSIC）算法中修正导向矢量，并建立代价函数迭代出准确损伤位置。玻璃纤维复合材料层合板的模拟损伤实验表明该方法有效提高了2D-MUSIC算法在变温场下的损伤定位分辨率和精度。     

一种结构优化方法的研究与实现

介绍了一种结构优化的方法--多学科设计优化（MDO）以及数学表达方法.用iSIGHT软件对轴承座进行分析,建立了一种结构优化系统.实例的优化结果验证了该系统的有效性和合理性.     

川藏铁路深埋隧道围岩灾变分析与思考（特约稿）

国家新时期世纪工程川藏铁路面临全球最为复杂的工程地质条件。受深部环境和工程扰动影响,沿线深埋隧道围岩失稳灾变问题凸显;符合深部特征的围岩灾变分析研究,既是川藏铁路深埋长隧安全建设的重大现实需求,也是提升我国特殊地质条件下深部工程开发能力的关键。为此,以“深部围岩灾变分析”为核心,从深部围岩孕灾的原位地质环境与工程扰动效应入手,重点开展了深部围岩质量分级、大变形判识和岩爆孕灾等方面的理论方法研究与思考。首先,概述了川藏铁路深部围岩孕灾的原位地质环境特征,并从试验模拟和理论分析两个层次揭示了深部围岩孕灾的工程扰动效应;进一步,以修正的BQ法为基础,发展了可综合反映地应力、地温和地下水影响的围岩质量分级方法,初步应用于川藏铁路深部多场耦合环境下的隧道围岩分级修正研究;最后,针对川藏铁路深埋隧道围岩灾变的两种典型显现形式(大变形与岩爆),提出了隧道围岩大变形分级多因素分步评估方法,以及深部围岩岩爆综合预测研究思路和预测模型与方法。相关研究成果和学术思想可为川藏铁路沿线深埋隧道围岩灾变分析与稳定性研究提供借鉴与参考。