Material fatigue properties for assessing mechanical components weakened by notches and defects

This paper addresses the problem of estimating the material fatigue properties for assessing real mechanical components. Initially, some practical rules are proposed to estimate the fully reversed plain fatigue limit, Δσ₀, using the material tensile stress. These rules are obtained by subdividing materials into five different groups: carbon steels, low-alloy steels, high-alloy steels, aluminium alloys and cast irons. Subsequently, using a large database of fatigue data found in the literature, it is demonstrated that the fully reversed torsional plain fatigue limit can be directly estimated from the fully reversed uniaxial plain fatigue limit by simply using Von Mises' formula. Finally, some empirical equations are proposed to estimate El Haddad's short crack constant, a ₀. These equations are based on the assumption that this material property can be derived from the plain fatigue limit determined at a given load ratio, R . Since the a ₀ values depend on the load ratio, so a ₀ versus Δσ₀ relationships can directly account for the R influence. The aim of this paper is to provide engineers engaged in assessing real structural components with empirical rules to estimate the material fatigue properties. All these pieces of information are needed to apply the most modern methods suitable for assessing components weakened by any kind of geometrical feature and subjected to any kind of fatigue loading.     

玻璃纤维纬平针织物性能及纤维体积分数分析

采用改变纱线根数的方法，利用横机编织了多种不同纱线线密度的玻璃纤维纬平针织物，并改变编织的弯纱深度，得到3种弯纱系列的试验用布20块。通过对针织物结构参数的研究，分析了玻璃纤维针织物线圈长度、密度以及厚度与纱线线密度的关系，并从理论上推导了纬平针织物的纤维体积分数。试验结果表明：纱线线密度仅对针织物的横密和厚度有影响，玻璃纤维纬平针织物的纤维体积分数与织物紧密系数线性相关，增加纱线线密度和减少弯纱深度可增加针织物的纤维体积分数。     

玄武岩纤维-碳纤维混杂平纹织物增强环氧树脂基复合材料的制备与力学性能

对以平纹织物为增强体的混杂纤维复合材料（HFRP）的刚度和强度进行研究。设计热压工艺并制备7组具有不同混杂比的玄武岩纤维-碳纤维（玄-碳）混杂增强环氧树脂基复合材料试样进行拉伸试验。基于平纹织物的结构特征,对传统混合定律加以修正,提出以平纹织物为增强体的HFRP刚度估算模型。基于HFRP层合板的破坏机制,提出材料仅发生一次破坏的临界混杂比,并分成三个混杂比范围给出强度估算模型。最终以体现分散度的混杂效应系数对估算结果加以修正。结果表明：计算值与试验值近似,预估模型计算所得临界混杂比与试样拉伸试验时的应力-应变曲线分析结果相符,模型可为今后的实际应用提供理论依据。本文提出的预估方法可以反应混杂比和分散度对平纹织物为增强体的HFRP强度和刚度的影响,扩展了混合定律的应用范围。     

平原感潮河网地区控制片主要口门设站的选择分析

为综合考虑水文站网投资预算、建设条件和管理维护等因素,及时、准确地监测控制片与外河交换的水量,需根据河道水情、现场环境、工作需求等情况合理规划主要口门的设站批次,有计划地完善站网布局。以上海市青浦区为例,梳理区域控制片主要口门设站现状,利用已有数据资料,从区域发展、河道级别、模型需要、水量大小和流量变幅方面分析设站的必要性,以及从水层代表性、断面地形、站址条件、基础建设成本和流速分布方面分析设站的可行性分析,采用目标分解法建立设站指标体系,利用德菲尔法确定各指标权重,再应用线性加权求和法进行综合比选,进而确定主要口门设站的批次。结果得到青浦区控制片主要口门设站3个批次,各批次分别有7,5,和3处,可为南方平原感潮河网地区控制片主要口门设站的选择分析提供新的方法。     

In Vivo Plain X-Ray Imaging of Cancer Using Perovskite Quantum Dot Scintillators

Real-time in vivo detection of cancer via attenuation-based plain X-ray imaging is proposed to fundamentally overcome the penetration depth limits of current fluorescence-based imaging techniques. Using cesium lead bromide (CsPbBr₃, CPB) quantum dot (QD) scintillators, real-time X-ray detection of 5 mm-sized Panc-1 cell tumors grown in a mouse is successfully performed. The QDs are rapidly co-synthesized and double-encapsulated with silicon dioxide (SiO₂) to completely prevent them from being aggregated, decomposed, or released; they are then conjugated with antibodies to target pancreatic cancer. Due to the dramatic X-ray attenuation, the X-ray signal from the CPB QDs placed under the 2 cm-thick tissue is clearly observed, while their fluorescence signal is not detected at all. In in vivo mouse experiments, the injection of a tiny amount (2.8 μg on a QD basis) of the CPB–SiO₂@SiO₂–Ab nanoparticles gives rise to a bright spot at the location of the tumor. Cell viability assay and histological analysis confirm the biocompatibility and nontoxicity of the nanoparticles.     

平原河网区地下水污染风险评价体系及其应用

针对平原河网地区特征,结合地下水污染影响因素及途径分析,建立了包含地下水本质脆弱性、地表水系和地下工程特殊脆弱性以及污染源荷载3个部分16个指标的地下水污染风险评价体系,并以上海市金山区为例进行案例解析。结果表明:金山区地下水脆弱性较高,中等脆弱以上级别面积达到449.80 km~2,占评价区面积的70.67%,主要受本质脆弱性和地表水系特殊脆弱性较高影响叠加而成;地下水污染源荷载评价"中"级别以下风险区面积达到555.44 km~2,面积占比达87.27%,其主要潜在污染源为化工类工业园区及加油站;金山区地下水污染风险整体处于较低级别状态,"中"以下级别风险区面积为553.38 km~2,"低"级别风险区面积为231.13 km~2,"高"级别风险区主要集中在金山南部,是该区域较高的地下水脆弱性、密集的工业区等多因素综合叠加的结果。     

基于环境激励的平原水库动力特性及动弹模反演研究

南水北调东线工程双王城水库为一典型的平原水库,基于环境激励下现场振动测试的实测数据,运用协方差驱动的随机子空间法并结合稳定图研究了双王城水库的动力特性,采用遗传算法进行了水库堤坝动弹性模量的反演分析。模态识别结果表明,双王城水库典型断面处基频范围为1.86~2.98 Hz,阻尼比范围为1.43%~3.67%,频率识别的阶次与环境激励的大小呈正相关趋势。反演结果表明,遗传算法联合ABAQUS软件可以高效地进行结构的参数反演,基于多方向实测频率联合反演的精度要高于单方向。对比依据多方向实测频率反演结果计算得到的频率值与实测值可以发现,各断面第一阶频率的误差均在4%以内,证明了反演分析结果的正确性。因此,模态识别成果和参数反演结果可以为类似平原水库的动力分析提供参考。     

新疆山区水库参与调度后平原水库废弃可行性分析

新疆山区水库参与调度后部分平原水库可不再承担原有任务,使平原水库废弃成为可能。以玛纳斯河灌区夹河子水库为例,对比分析夹河子水库废弃前后灌区种植业与水库群联合调度方案的变化,确定平原水库废弃的可行性及对灌区种植业与水库群联合调度等的影响。结果表明:夹河子水库废弃可以降低水库群年蒸发(980.9万~1 884.0万m³)与渗漏(135.7万~878.2万m³)损失;丰水年与平水年增加水库群弃水量(分别增加3 474.4万,1 360.1万m³),枯水年减少弃水量(2 140.1万m³);显著提高灌区种植业产值(30.8%~43.9%)与种植面积(17.4%~29.9%)。故山区水库参与调度后夹河子水库废弃可行,而新疆其他类似地区也可以有选择地废弃部分水深浅、库容小、安全状态差的平原水库。     

江苏里下河平原城镇化背景下河网水系变化特征分析

城镇化等人类活动影响下众多河流水系的破坏,使得江苏里下河平原水安全及生态环境压力加大。基于遥感和地理信息技术方法,以盐城市区为例,开展近30年来水系结构时空变化及城镇化影响研究,结果表明:(1)区域下垫面变化以城镇面积的增加,水田和水体的减少为主要特征,城镇化率由1980年的3.4%增长到2014年的20.8%,2000年后城镇扩张明显加快,呈现从中心老城区以空间蔓延形态向东和向南的趋势;(2)水系变化以低等级水系数量特征减少为主要趋势,其中河网密度和水面率的变化强度和空间差异性最为显著;水系减少使得河网复杂性和区域调蓄能力有所降低,但河网结构整体上仍呈现自然顺直型网状特征。(3)2000年以后城镇面积扩张取代农业活动和水利工程等因素成为水系变化的主要驱动因子,水系变化强度的空间差异增强,城镇化率低于30%的区域,水系变化程度与城镇化线性关系显著;水系特征指标中河网密度、水面率和盒维数对表征该区域的水系数量和结构特征变化具有较好的指示意义,可作为评价水系变化的主要因子。相关研究成果可丰富平原区水系变化案例研究,同时可为该区域未来城镇发展下的水系功能规划及保护提供依据。