数值模拟在常规三轴实验教学中的应用——以岩石应力-应变全过程实验为例

《岩石力学》是土木工程专业岩土与地下工程方向学生的基础课程,具有较强的理论性,教学内容繁杂且实验内容丰富。由于高校《岩石力学》课程实验教学中设备不足,一般主要通过书面讲解,因而学生难以深刻领会。具体分析了《岩石力学》常规三轴实验教学中存在的问题,结合岩石应力-应变全过程实验具体案例,使学生能够充分理解岩石应力-应变全过程曲线,并通过相应的数值模拟方法使学生直观感受岩石在三轴应力状态下破损演化的全过程。上述举措对提高学生的学习兴趣、加深对《岩石力学》理论模型的理解以及拓展学生使用数值分析软件的能力具有十分显著的作用。     

青菜头物理力学特性研究

通过田间试验和实验室测定,采用SPSS统计分析对收获期青菜头的物理特性进行分析,得到了青菜头主要物理特性指标值的变化区间和分布频率;应用HG-500数显推拉力计配套的软件,通过拉伸试验法对收获期青菜头的拔取力、抗拉强度以及根茎剪切力等力学特性进行测试和分析,得出了青菜头土壤自然状态下最大拔取力、茎叶的抗拉强度和根的抗剪强度等力学特性,为青菜头收获和加工机械系统的开发提供科学依据.     

岩石流变试验与本构模型研究进展

岩石的流变性是岩石的重要力学特性之一,岩石流变力学研究对于岩石力学的实际问题,尤其是对于深埋于地下的井巷、硐室围岩的稳定问题非常重要。阐述了岩石和岩体流变试验和本构模型研究的进展概况,同时提出若干需要进一步研究的问题。     

致密储层地层参数对体积压裂缝网的影响研究

针对致密储层的关键地层参数如何影响水平井体积压裂缝网效果这一问题,应用岩石力学参数计算方法和储层压裂裂缝启裂和延伸基本原理,建立了岩石脆性系数、水平应力差异系数、天然裂缝密度3个地层参数对缝网影响的模拟模型,计算和评价了页岩储层的缝网效果,分析了3个地层参数不同情况下对缝网的有效压裂体积、增产储层体积、增产储层体积百分比等参数的影响变化规律,算例分析认识到:岩石脆性系数越大或者水平应力差异系数越小,分支缝密度会越大,缝网区域半长相反越小,早期生产优于后期;天然裂缝密度越大,近井缝网沟通越密集,缝网区域外仍可参与渗流,由此可弱化缝网半长。模型的建立和参数影响分析可以为现场提供参考依据。     

基于作物力学特性的甘蔗收割机参数优化与田间试验

以粤糖54-474甘蔗为试验对象，针对其甘蔗皮和甘蔗芯开展力学特性测试。在这些力学特性参数的基础上建立力学仿真模型，进行甘蔗切割的有限元分析与修正，并在此模型的基础上设计正交试验，对甘蔗收割机的刀具往复速度、工作速度、刀具夹角等参数进行优化。基于正交试验得到的优化参数，研制手扶式甘蔗收割机，并开展田间试验。结果表明：甘蔗破头率为6.9%,定向铺放率为91%,损失率为1.4%,初步达到了设计要求。     

加载速度对萝卜力学特性影响的试验研究

果蔬的力学特性是设计收获、分级和加工系统的重要理论依据之一。衡量果蔬力学特性的指标有弹性模量、破坏应力、破坏应变、破坏能、滞后能、弹性度等,而果蔬的力学特性又与试验的加载速度有关。本文通过单轴压缩试验研究了加载速度对萝卜力学特性的影响,为加工装置的设计及安全运输的管理提供理论依据。     

考虑应变率影响的单轴受压岩石动态变形过程模拟

针对岩石的动态变形特征，引进Kelvin模型，采用粘性元件和弹塑性元件模型并联的方法，建立岩石单轴压缩的受力分析模型，以此反映加载速度或应变率对岩石动态变形特性的影响。通过探讨岩石动态变形过程的体积变化影响，引进统计损伤理论，建立弹塑性体损伤统计本构模型。进而建立可反映加载速度或应变率影响的单轴受压岩石统计损伤本构模型，并提出其参数确定方法。实例分析表明：该模型不仅能反映岩石强度和弹性模量或刚度随应变率提高而增加的特性，而且能较好地模拟单轴受压岩石的动态变形过程，具有一定的合理性。     

基于随机-模糊处理理论的岩体力学参数研究

讨论了随机-模糊处理方法在岩石力学指标统计分析中的应用,并对计算中诸如迭代精度、隶属函数的取值等关键问题进行了较深入地研究。结果表明,基于岩石样本力学参数的离散性中既包含随机不确定性,又包含模糊不确定性,采用随机-模糊处理方法优于其他常规的统计方法,从而为该方法在工程实践中的应用奠定了基础。     

果蔬的力学-流变学特性的研究进展

近年来国内外广泛开展了农业物料力学流变学特性的研究,本文概述了国内外水果和蔬菜的力学流变学特性方面的研究及进展情况,介绍了这一特性在农业工程中的应用。     

苹果树枝的力学试验与其结构参数的联系

为获取苹果树枝力学特性参数与其结构的关系,建立两者间的联系,以期得到推广。以中原地区红富士苹果树枝为试验材料,在精密型微控电子式万能试验机上进行拉伸、压缩、弯曲、压弯、拉弯等力学特性试验。利用Matlab软件对苹果树枝每个阶段的力学特性参数进行数据分析处理,得出苹果树枝的基本力学参数,同时当对树枝施加25 N的弯曲载荷时,压弯试验中,弹性终止点的综合单位破坏应力为0.846 56;拉弯试验中,弹性终止点的综合单位破坏应力为1.602 83。在压弯和拉弯树枝时,前者会增大树枝的破坏,后者会减缓树枝的破坏。树枝的含水量与树枝的力学特性也存在一定关系,苹果树枝的力学参数与其内部结构有密切联系。该研究成果不仅可以为苹果树修剪和水果采摘机设计提供参考依据,也可以为后期苹果品质检测建立相关联系。     

玉米秸破碎力学特性的研究

通过对玉米秸破碎时的力学特性的实验研究,得出了影响其破碎的主要因素为含水率、生长部位和茎节状况,为秸秆加工设备的研制做了理论上的准备。     

非贯通节理岩体多层结构模型研究Ⅱ——模型验证与参数分析

依据非贯通节理岩体多层结构模型,通过ABAQUS的用户材料子程序UMAT建立了基于ABAQUS平台的数值计算模型。为验证模型的合理性与有效性,将非贯通节理岩体退化模型与Zienk-iewicz节理岩体模型进行了对比并进行了参数分析。结果表明,两者基本符合,Zienkiewicz节理岩体模型可以认为是多层结构模型的特例;对于非贯通节理岩体,其性状受优势节理控制,在优势节理贯通后次级节理出现滑移与开裂;节理剪胀角、初始连通率及间距等参数对岩体变形有重要影响。随着剪胀角增加,裂纹应变减小,开裂区域增大;随着连通率增加,开裂区域由全局带状转为局部块状;当节理间距增大时,由一条滑带转化为多条滑带。     

论几种岩石在风景园林中的自然景观特点

为风景园林设计、人工造景、再现自然、开发更多的风景资源，作者对花岗岩、流纹岩、石英砂岩、红色砂岩、石灰岩等不同岩类自然景观进行了对比研究，分析了它们在风景园林景观特征方面的不同特点。     

基于区间分析的岩土结构非概率可靠性分析

根据岩土参数的区间性特点,引入区间分析方法,把岩土力学参数以及由此得到的响应量当作区间变量,建立基于区间分析的岩土结构稳定非概率可靠性分析模型.针对区间四则运算方法当输入变量的个数较多或输入变量的区间较宽时,常常会过宽地估算响应量变化区间,引入改进区间截断法对其进行求解,解决了区间运算结果扩张问题,在此基础上采用优化法解决了非概率可靠性指标的求解.将该方法应用于工程实例,分析结果表明了该方法的可行性.     

深部巷道围岩稳定的区间非概率指标分析

分析了深部岩体物理力学参数的特点,引入区间数学理论,建立了深部工程围岩物理力学参数及其对开挖响应的区间分析模型.提出了区间模型的逐步逼近求解程序,构建了深部坑道围岩稳定的非概率指标及其分析方法.分析了某深部工程围岩的稳定性.结果表明基于区间数学的非概率方法是分析深部地下结构稳定性的合适工具,具有理论和实用价值.     

西南山区公路建设场地模糊分类系统研究

通过对西南山区地理、地质情况对公路建设施工难易和路基稳定性情况的研究,筛选出岩体单轴抗压强度、浅层岩溶和山地类型等6个起主要作用的因素,构成影响因素评价集.借鉴岩体分类经验,将公路建设场地分为5类,形成分类决策评语集.基于隶属函数等效性,研究出各因素在各类型中总体隶属函数的构造方法和确定隶属函数具体形式的算法.应用模糊评判原理,确定了从评价因素集到决策评语集的映射关系,构成了西南山区公路建设场地模糊分类系统.利用该系统研究了某山区公路的第3施工合同段的类型,分析结论被作为设计和施工依据之一.     

马尾松木材管胞特征与物理力学性质的相关分析

为了了解马尾松管胞特征与物理力学性质之间的相关关系,对马尾松家系进行了管胞特征与物理力学性质的测定,通过相关分析和回归分析研究了它们之间的具体相关性,并导出了预测模型。结果表明,长宽比和壁腔比,长宽比和柔性系数在1~14 a年轮段相关性显著或极显著,15~22 a年轮段的相关性没有达到显著水平。壁腔比和柔性系数的相关性在整个年轮段都极显著。各个材性指标即气干密度、抗压强度和冲击韧性之间的相关性极显著。抗弯强度与其他材性指标间的相关性相对较小,与冲击韧性没有达到相关显著水平。3个管胞指标与各个材性指标的相关性都极显著。3个指标中壁腔比与各个材性指标的相关系数最高。以物理力学性质指标为因变量,考虑每个试件所处年轮和晚材率的管胞特征为自变量的三元三次方程回归模拟结果显示,几个材性指标中拟合度最高的是抗压强度,R~2是0.717,最低的是抗弯强度,R~2是0.362。实测值与预测值的相对误差最小的是气干密度,最大的是抗弯强度,具体误差值为7.59%和37.63%。根据回归模型,可以利用管胞特征定性预测部分材性指标。     

黔北碳酸盐岩发育土壤的发生特征与诊断特性及系统分类

根据黔北地区碳酸盐岩上发育的9个土壤剖面的理化分析结果,探讨了土壤的发生特征与诊断特性,按中国土壤系统分类体系进行鉴别、检索、分类.阐述了发生分类石灰土在中国土壤系统分类中归为4个土纲:均腐土、雏形土、富铁土、人为土,并简要分析了不同成土环境条件对土壤发育的影响.     

增温对玉米茎秆生长发育、抗倒性和产量的影响

【目的】随着全球气候变化,温度升高对玉米生产系统的影响越来越复杂,而玉米抗倒性在现在和未来玉米全程机械化生产系统中的重要性尤为突出。研究全生育期温度增加对玉米茎秆生长发育及抗倒的力学特性的影响,为应对未来气候变化下玉米适应性栽培途径提供理论和实践基础。【方法】以郑单958（ZD958）和先玉335（XY335）为材料,通过智能温室控制方法,设置3个温度梯度,分别为CK、CK+2℃、CK+4℃,研究了全生育期增温对玉米茎秆生长、结构发育、抗倒力学特性和产量的影响。【结果】随着温度增加,玉米株高、穗位高、第三节间长度、穗上节间长和穗下节间长均显著高于对照,CK+2℃处理的株高、穗位高、第三节间长度、穗上节间长度和穗下节间长度比CK平均增加10.80%、37.29%、16.87%、17.11%和17.78%,CK+4℃处理则比CK分别增加20.82%、54.17%、37.11%、28.48%和35.84%。温度增加显著增加了玉米穗位系数和茎粗系数,CK+4℃处理比CK+2℃处理和CK的茎粗系数平均增加15.92%和58.99%。增温使玉米茎秆维管束数目和面积显著减少,CK+4℃、CK+2℃处理的第三节间的茎秆中央维管束数目比CK平均减少42.39%、22.59%,维管束总面积比CK分别降低40.33%、28.68%,增温对中央维管束数目和面积的影响大于边缘维管束。随温度增加,玉米茎秆抗推力、穿刺强度和破碎强度显著降低,CK+4℃和CK+2℃处理比CK平均降低50.75%和43.75%（茎秆抗推力）、25.41%和29.59%（穿刺强度）、22.41%和23.58%（破碎强度）。茎秆抗推力与株高、穗位高和地上部第三节间长呈极显著负相关,与茎粗、截面惯性矩、边缘维管束数目、面积、中心维管束数目、面积呈极显著正相关。2个品种对全生育期增温响应不同。随温度增加,热敏感型品种XY335的株高、穗位高、第三节间长度、穗位系数和茎粗系数增幅显著大于ZD958;ZD958的边缘和中心单个维管束面积减少,而XY335维管束面积呈增加趋势,且ZD958维管束数目和边缘维管束总面积的降幅小于XY335;XY335茎秆抗推力降幅显著大于ZD958,且XY335穿刺强度和破碎强度最大值出现在吐丝后25 d,之后下降,而ZD958在成熟期。ZD958穿刺强度和破碎强度与株高、穗位高、地上部第三节间长均呈显著负相关,与茎粗显著正相关,XY335穿刺强度与株高呈显著负相关,破碎强度则与其他指标相关但不显著。【结论】温度增加促进了玉米茎秆生长发育,改变了茎秆内部结构,使茎秆抗推力下降,倒伏风险显著增大,且温度越高倒伏风险越大;不同品种茎秆生长特性和倒伏能力对增温响应存在明显差异。     

自由落体的双波函数研究

本文完整地给出了自由落体的双波函数量子论，讨论了刚性边界对落体的非局域性影响，研究了非厄密算符（－ｉｈｄ／ｄｘ）＾３｛ｘ∈［０，∞］｝的意义，本文的结果不仅再一次说明了双波函数量子论的优美之处，即经典力学结果是双波函数理论的经典极限，通常的量子力学结果是统计系统中的统计结果，还表明了双波函数量子论对算符厄密性的要求比通常量子力学对它的要求要低。