English Version 中南大学出版社

最新刊期

2022 年第 6 期

矿业工程 • 冶金工程 • 环境工程 • 化学与化学工程 • 材料科学与工程

高碱溶液体系下砷的硫代行为及其分离技术
王宇峰,田佳,张荥斐,袁佳,刘屾淼,韩海生,孙伟
2022, 53(6): 1989-1997. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.001

摘要：为了增强在高碱溶液体系中选择性除砷的效果，通过砷的硫代实验提升砷酸根离子与氢氧根离子的差异性，采用碱性阴离子树脂对硫代砷酸盐进行吸附，并考察液固比(溶液体积与树脂质量之比)、反应温度、反应时间、溶液pH对除砷效果的影响。研究结果表明：硫代实验后，溶液体系中的含砷组分主要以一硫代砷酸盐的形式存在；在液固比为10꞉1、反应温度为25 ℃、反应时间为150 min、pH为12.5的条件下，树脂对一硫代砷酸盐的吸附效率为86.54%；树脂吸附一硫代砷酸盐的过程遵循Langmuir模型和准二级动力学模型，吸附过程主要以化学吸附为主，最大吸附量为33.37 mg/g。
关键词：硫代行为;一硫代砷酸盐;吸附;吸附热力学;吸附动力学

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发布时间：2022-07-18
采用水合氧化铁吸附钨酸钠溶液中的钒及其吸附特性
肖露萍,陈星宇,刘旭恒,赵中伟
2022, 53(6): 1998-2006. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.002

摘要：利用水合氧化铁的吸附特性，研究从钨酸钠溶液中吸附除钒。运用模型量化在不同pH、表面负荷以及离子强度条件下的水合氧化铁对钒的吸附特性。研究结果表明：在含有不同质量浓度的钨、钒溶液中，当钒的初始质量浓度为24 mg/L，钨的初始质量浓度分别为50，98，213和466 mg/L时，钒在水合氧化铁上最大的吸附平台出现的pH范围为2~10，钨对应的最大pH吸附范围分别为2.0~8.2，2.0~7.8，2.0~7.0和1.7~2.0。在钨与钒的质量比为1 000的钨酸钠溶液中，直接在钨酸钠中生成水合氧化铁的方式作为吸附剂比水合氧化铁的吸附效果更好；除钒率随着水合氧化铁用量增加而增加，但钨损率也随之增加；在水合氧化铁的量为钒物质的量的40倍、pH为9.8~10.8、反应1 h的条件下，除钒率高于99%而钨损率维持在1.85%~4.42%；以此做扩大实验后得到在结晶率为96%和100%的仲钨酸铵中，铁质量分数分别为6×10^-6和9×10^-6，满足0级仲钨酸铵的铁含量标准。钒在水合氧化铁上的吸附几乎不受离子强度的影响，采用表面配位模型模拟水合氧化铁吸附钒的行为，并确定水合氧化铁的3种酸位，其酸位常数分别为3.50，7.54和11.02。
关键词：钨;钒;水合氧化铁;吸附

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发布时间：2022-07-18
滚筒法OG泥-钢球接触式干燥过程实验
王兆宇,温治,苏福永,邓升安
2022, 53(6): 2007-2016. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.003

摘要：针对目前OG泥热干燥工艺成本高、效率低等问题，提出一种利用热钢球作研磨介质和热载体的滚筒式污泥干燥新技术，并通过试验考察该技术的干燥效果。首先，设计并搭建滚筒干燥实验台；然后，确定OG泥含水率与表观状态的关系；最后，通过OG泥滚筒干燥过程试验，考察钢球直径、钢球初始温度和OG泥处理量对干燥过程污泥的温度、含水率及最终干燥结果的影响。研究结果表明：污泥干燥过程中会相继经历预热阶段、快速阶段和降速阶段，不同工况下的各干燥阶段的时间不同；最终干燥结果有3种，即完全干燥、少量结团和黏附筒壁；提高钢球初始温度或减少污泥处理量都可以提高污泥干燥效率和改善最终干燥效果；钢球直径越小，初始干燥速率越快；钢球直径越大，对污泥的破碎效果越好，可以干燥更多污泥；对于一定的钢球初始水当量(由钢球直径、个数和初始温度决定)，存在一个最合适工况，该在工况下，干燥效率最高；污泥被完全干燥后，干基含水率低于4%，最终呈粉末状。
关键词：滚筒;OG泥;热干燥;含水率

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发布时间：2022-07-18
Cu和Si质量分数对铸态Zn-14Al合金组织与性能的影响
陈明明,刘昕怡,祝一帆,艾宇浩,林高用
2022, 53(6): 2017-2027. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.004

摘要：采用XRD、SEM、流动性能测试和硬度测试等方法，研究Cu和Si质量分数对铸态Zn-14Al合金组织与性能的影响。研究结果表明：在铸态Zn-14Al合金中，Cu质量分数为4%~7%时，Cu相主要为ɛ(CuZn₄)，其弥散分布在α-Al树枝晶间；而Cu质量分数为10%~13%时，存在2种含Cu相，分别为ɛ相和呈五角星形的θ(CuAl₂)相；随着Cu质量分数提高，合金中的共晶组织增多，合金的流动性能提高；含Cu相维氏硬度比基体相(α，η)维氏硬度高约204，Cu质量分数从0提高至13%时，合金中的硬质含Cu相增多，第二相强化效果显著，抗拉强度和硬度分别提高了17.7%和48.7%。合金中的Si相主要以初晶硅的形式存在，随着Si质量分数的提高，Si相聚集成团生长，合金的硬度略微提高，但流动性能和抗拉强度下降。Zn-14Al-10Cu合金表现出最优的综合力学性能，即布氏硬度为140.8，抗拉强度为398.33 MPa，断后伸长率为4.1%，且该合金兼具良好的流动性能，可作为汽车零件试制模具用锌合金材料。
关键词：Zn-Al合金;高硬度;显微组织;流动性能

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发布时间：2022-07-18

机械工程 • 控制科学与工程

面向能量回收潜力评估的挖掘机作业工况构建
胡鹏,朱建新,刘昌盛,张大庆
2022, 53(6): 2028-2038. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.005

摘要：为实现挖掘机能量回收研究中作业工况的标准化，构建挖掘机典型作业工况。提出一种基于时间-功率关系的挖掘机作业工况表征方法，建立基于机载传感数据的挖掘机功率需求模型与动臂可回收功率模型，通过对大量作业数据的采集分析构建挖掘机两元作业工况大样本数据库。提出基于动臂运动状态的短循环作业工况划分方法与特征参数，通过K均值聚类算法结合作业工况数据转换建立作业短循环样本空间。采用极大似然估计与马尔科夫链方法构建以3类工况组合为特征的典型作业工况，并对其进行验证。研究结果表明：构建工况的负载最大功率偏差与动臂可回收最大功率偏差分别为7.81%和7.61%，特征参数平均偏差为4.26%，远低于10%的偏差要求。样本空间中动臂势能回收的综合节能潜力为22.56%。构建的典型工况能反映综合实际工况的一般特征，可为挖掘机能量回收研究中作业工况的标准化提供重要支撑。
关键词：液压挖掘机;作业工况;马尔科夫链;能量回收;潜力评估

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发布时间：2022-07-18
非正交非对称面齿轮啮合原理与齿面设计
莫帅,罗炳睿,王赛赛,张应新,岑国建,高瀚君
2022, 53(6): 2039-2048. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.006

摘要：为了增加面齿轮的有效齿宽，研究一种任意轴交角传动且齿廓双侧压力角不等的非正交非对称面齿轮副。首先，设计出非对称齿条形刀具，根据齿条和插齿刀的运动关系，推导出非对称插齿刀的齿面方程；其次，基于啮合原理，建立非正交非对称面齿轮的插齿加工坐标系，并借助数据可视化软件对非正交非对称面齿轮的工作曲面和过渡曲面进行离散求解，建立了完整齿面的数学模型；第三，确定了非正交非对称面齿轮齿宽的限制条件，并分析了轴交角和压力角对齿宽的影响，得到不同压力角组合的面齿轮的齿面接触路径；最后，将求解得到的点云导入三维软件，曲面拟合得到非正交非对称面齿轮的复杂曲面模型。研究结果表明：非正交非对称面齿轮的根切界限与从动侧齿面相关，从动侧齿面压力角越大，产生根切的内径越小；增大轴交角或者减小从动侧的齿面压力角能有效避免齿顶变尖，增加有效齿宽；面齿轮采用非对称齿形能获得较长的接触路径，拥有更好的传动性能，但更容易发生边缘接触。
关键词：面齿轮;非正交;非对称;轴交角;双压力角

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发布时间：2022-07-18
磁流变离合器非线性迟滞特性试验与建模
王书友,肖鹿,陈飞,孟德远,田祖织,李艾民,吴向凡
2022, 53(6): 2049-2059. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.007

摘要：首先，试验探究磁流变离合器的迟滞特性，得到磁流变离合器转矩-电流迟滞曲线；其次，探讨和分析影响迟滞行为的因素，通过去除多余的描述黏性项与压力项的模型结构，提出一种简化的Bouc-Wen模型来诠释MR离合器的电流-转矩滞回行为；第三，为避免模型参数陷入局部最优解，针对Bouc-Wen模型非线性和不连续性，采用基于柯西变异的改进遗传算法对相关模型参数进行识别；最后，通过试验和数值仿真验证简化Bouc-Wen和所提算法的有效性和准确性。研究结果表明：简化的Bouc-Wen模型精度显著优于Bingham模型精度，各激励电流频率和幅值下的均方根误差远小于Bingham模型的均方根误差。相比传统遗传算法，改进的遗传算法在辨识Bouc-Wen模型参数时具有更高的稳定性及寻求全局最优解的能力。
关键词：磁流变离合器;迟滞建模;Bouc-Wen模型;参数辨识;遗传算法

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发布时间：2022-07-18
新型补偿压差可控型多路阀设计与分析
王波,李运帷,冯克温,权龙
2022, 53(6): 2060-2070. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.008

摘要：针对传统压力补偿型多路阀流量控制精度低、小流量控制难、流量范围受限等问题，提出补偿压差连续控制多路阀流量方法。首先，设计并理论分析补偿压差可控型多路阀；其次，分别建立三通比例减压阀及负载敏感多路阀模型，通过试验验证仿真模型的准确性；第三，联合2个部分关键子模型，构建补偿压差可控型多路阀多学科联合模型；最后，通过原理试验验证所提方法的正确性，研究多路阀补偿压差调控特性及其影响因素。研究结果表明：相较传统多路阀，设计的补偿压差可控型多路阀的补偿压差能够在0~3.4 MPa范围内变化；在0.3~3.2 MPa补偿压差范围内，阀口流量能够在44%~136%的额定流量范围内变化；通过调控补偿压差对补偿器的液动力进行补偿，提高了多路阀流量控制精度，液动力补偿效果明显；随着控制台肩d₂直径增大，多路阀补偿压差调控范围增大，但补偿器动态特性响应时间增大，阀体结构增大。在满足补偿压差调控需求范围内，应选择小的控制台肩。
关键词：工程机械;负载敏感多路阀;压力补偿器;补偿压差可控;液动力补偿;流量特性

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发布时间：2022-07-18
基于多目标学习的泡沫浮选过程工况识别
赵佳铭,周晓君,高媛,刘天宇,阳春华
2022, 53(6): 2071-2079. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.009

摘要：在传统泡沫浮选过程中，由于浮选状态监测以主观性强的人工观测为主，存在难以准确判断异常工况和预测矿物品位这两大问题。基于机器视觉的传统机器学习方法可独立地求解这2个问题，但忽略了异常工况判断和工况品位识别都与泡沫层表面呈现的视觉特征有直接关联的共性，导致识别准确率低，识别速度慢。为此，本文提出基于多目标学习的泡沫浮选过程工况识别方法来同时判断异常工况和预测矿物品位。首先提取泡沫图像的关键特征，为解决特征冗余问题引入，提出一种基于二值状态转移算法的特征优化方法。其次，针对多目标学习方法中各目标权重难以确定和目标之间存在冲突与竞争的问题，提出一种基于多梯度下降的多目标学习算法，以自动确定最优权重并同时提高这2个任务的准确率。采用该方法判断金锑泡沫浮选过程中的异常工况和预测矿物品位。研究结果表明：本文所提出的方法在这2项任务上的识别准确率分别达92.32%和97.48%，验证了该方法的有效性，为工业上解决多类型工况识别问题提供了一种新的方案。
关键词：工况识别;多任务学习;多目标优化

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发布时间：2022-07-18
基于盾构机运行参数的局部切空间排列与Xgboost融合的地质类型识别
刘明阳,余宏淦,陶建峰,覃程锦,高浩寒,刘成良
2022, 53(6): 2080-2091. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.010

摘要：针对土压平衡盾构机掘进过程难以实时感知掌子面地质类型的问题，提出了局部切空间排列(LTSA)与极限梯度提升(Xgboost)相结合的盾构机掌子面地质类型实时识别方法。首先，通过分析众多盾构机运行参数与掌子面地质性质的相关性，选取177个盾构机运行参数作为模型输入；其次，利用LTSA算法从高维盾构机运行参数中提取内蕴低维特征作为分类模型输入参数，基于Xgboost的识别模型实现掌子面地质类型识别；最后，采用新加坡某地铁施工数据验证算法的有效性和优越性。研究结果表明：所提算法对该工程沿线5种地质类型的识别准确率达到98.48%；采用本文方法所得的识别准确率相比于将运行参数直接作为模型输入的识别准确率提升20.96%，相比于采用总推进力、推进速度、刀盘总扭矩和刀盘转速4维特征作为输入，本文所提出方法的识别准确率提升50.16%。LTSA算法能够减少所选盾构运行参数中的冗余信息并保留其中的地质特征，解决了输入参数维度过高造成的识别模型准确率下降和训练效率降低的问题。
关键词：土压平衡盾构;掘进参数;地质类型识别;LTSA;Xgboost

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发布时间：2022-07-18
基于小波包能熵谱的爆震特征频带及强度分析
薛劲梓,胡春明,刘娜,赵英博,张建飞
2022, 53(6): 2092-2101. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.011

摘要：在1台航空煤油直喷发动机上进行爆震试验，然后基于小波包分解的方法提取缸内压力信号中不同频带的高频压力分量，计算其范数能量熵并组成小波包能熵谱，分析不同爆震强度工况下小波包能熵谱中的能量分布情况以探究点燃式发动机的爆震特征频带，最后提出一种新的爆震评价指标。研究结果表明：此台发动机的爆震产生的高频压力能量主要分布在4.6~16.5 kHz频带内，其中爆震特征频带分布在9.9~16.5 kHz，且此频带的能量随爆震强度增加而明显增大；基于研究结果将小波包能熵谱中各高频压力分量能量熵的最大值(the maximum of entropy，MOE)作为新的爆震评价指标，且新的爆震评价指标MOE与用Siemens VDO算法得到的爆震因子(KF)相关系数在0.91以上，说明MOE能清晰地反映出不同强度等级的爆震工况；最后用受试者工作特性曲线(receiver operating characteristic，ROC)估计爆震阈值，在转速为 3 500 r/min、节气门开度为30%的工况下，将MOE为0.355作为爆震阈值最为合理。
关键词：点燃式煤油发动机;爆震强度评价;小波包分解;爆震特征频带;能熵谱

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发布时间：2022-07-18
基于组合神经网络的汽油机NO_x排放预测及特征选取
王膺博,秦静,裴毅强,吕永,钟凯,郑德,陈涛
2022, 53(6): 2102-2110. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.012

摘要：为了建立一种能够准确预测汽油机NO_x排放的模型，通过台架试验和整车试验分别测得发动机稳态工况和瞬态工况下的NO_x排放量。提出一种融合集成算法和随机采样思想的新式神经网络模型，即组合神经网络模型，对比该模型与传统神经网络模型及随机森林模型的性能。同时，为了进一步优化模型，提出基于组合神经网络模型的特征选取方法。使用去除自相关性后的输入参数进行建模，并依次增加或减少输入参数建立起新的模型，通过前后模型精度的变化计算输入参数对整体模型的模型贡献度。根据各参数模型贡献度提取出建模所需的参数，对模型进行简化。研究结果表明：组合神经网络有着比随机森林和传统神经网络更好的拟合能力、泛化性及稳定性，对汽油机NO_x排放的预测准确度较高；特征选取可以有效简化模型，加快计算速度；通过其他机型的验证，模型具有普适性。
关键词：神经网络;发动机排放;特征选取;汽油机

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发布时间：2022-07-18
甲烷/氢气/空气混合气激光诱导等离子体点火特性
王朝君,黄诗晗,胡二江,高群飞,黄佐华
2022, 53(6): 2111-2121. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.013

摘要：利用定容燃烧弹实验平台结合高速摄像系统研究初始压力和掺氢比例对甲烷/氢气/空气稀燃混合气激光诱导等离子体点火特性的影响，获得不同条件下的击穿阈值、最小脉冲能量、火核发展图像和燃烧压力曲线变化。研究结果表明：随着初始压力降低，击穿阈值和最小脉冲能量逐渐升高，燃烧峰值压力逐渐下降；随着掺氢比例增大，最小脉冲能量呈下降趋势，燃烧峰值压力和燃烧压力升高率均增大；火核第三瓣结构随着掺氢比例增大被抑制；随着掺氢比例增大，OH，N和O的发射光谱强度增强。在火核发展初期，随着掺氢比例增大，火焰传播速度加快，温度升高速率增大，H₂O和OH的摩尔分数增加，温度场以及各种生成物的空间分布更加均匀。
关键词：激光诱导等离子体点火;点火特性;甲烷;氢气;火核

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发布时间：2022-07-18

地质工程 • 土木工程

基于光滑粒子流方法的双向聚能张拉爆破数值模拟
朱淳,胡南翔,张晓虎,何满潮,陶志刚,尹乾,孟庆祥
2022, 53(6): 2122-2133. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.014

摘要：为了研究聚能角度对双向聚能张拉爆破的影响，首先，从双向聚能张拉爆破的原理出发，分析其断裂力学机理；其次，引入Johnson-Holmquist本构模型探究岩石的动力损伤特征；第三，运用光滑粒子流方法对双向聚能张拉爆破过程进行数值计算，再现60°，90°和150°聚能角度下的聚能爆破裂纹扩展过程，获得对应聚能角度下岩石损伤发展、粒子分布、应力分布及裂纹扩展的规律；最后，通过现场爆破试验验证其可行性和实用性。研究结果表明：在上述3种聚能角度下，双向聚能张拉爆破均能实现聚能方向上定向裂纹的形成和贯通，虽然存在次生裂纹，但是并不影响定向裂纹的形成和发展；聚能角度越小，聚能方向裂纹扩展的偏移角度越大，即双向聚能张拉爆破的定向预裂精度越差；在定向开裂过程中，炸药粒子以“气楔”作用的形式促进了裂纹在宽度和长度上的扩展。现场爆破试验结果证明了双向聚能张拉爆破具有优良的定向预裂效果。
关键词：双向聚能张拉爆破;光滑粒子流方法;定向爆破;聚能角度;裂纹扩展

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发布时间：2022-07-18
锚索预应力损失模型及预应力补偿时机分析
史克友,吴小萍,王泽坤
2022, 53(6): 2134-2142. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.015

摘要：对锚固边坡而言，建立锚索预应力损失模型的前提是假设岩体均匀受力，而框格梁是岩体均匀受力的保障，在框格梁的作用下，岩土体的实际受力情况更接近于假设条件。鉴于此，考虑锚索、框格梁及岩体三者之间的相互作用关系，建立新的锚索预应力损失模型，并通过对比分析现场监测数据及已有模型的计算结果，验证新建模型的准确性和适用性。另外，基于新建模型，对不同时间节点下锚索的2次张拉效果进行分析，探讨锚索预应力的后期补偿时机。研究结果表明：考虑框格梁的作用后，新建模型的精度更高，新建模型不仅可以对锚索预应力的损失量进行计算，同时可以对锚索预应力达到稳定的时间进行准确预测；施工完成20 d后对锚索进行2次张拉均可达到理想的预应力补偿效果；锚索原预应力损失程度不同，其2次张拉效果也不相同，锚索的原预应力损失量越大，2次张拉时，其预应力补偿效果越明显。
关键词：锚索预应力;蠕变模型;预应力补偿;框格梁;预应力损失

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发布时间：2022-07-18
钢管混凝土柱-钢梁下栓上焊隔板贯通节点抗震试验研究
余玉洁,林思文,张超,丁发兴,蒋丽忠,魏标
2022, 53(6): 2143-2154. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.016

摘要：钢管混凝土柱-钢梁下栓上焊隔板贯通节点下翼缘采用螺栓连接代替传统的对接焊缝连接，以解决下翼缘焊缝处容易发生断裂的问题，但该构造使得钢梁上下翼缘的连接方式不对称。为此，通过对5个下栓上焊隔板贯通节点和1个传统栓焊混合连接节点进行低周往复荷载试验，研究下翼缘螺栓连接和楼板的组合作用对下栓上焊节点抗震性能和工作机理的影响。研究结果表明：下栓上焊节点中由于下翼缘处螺栓滑移导致其滞回曲线表现出一定程度的捏缩现象，但该类节点具有较强的变形能力，可转动0.060 00 rad且不破坏；随着节点转角增大，下翼缘连接传力机制由摩擦传力转变为螺杆与孔壁的接触承压传力，节点具有较强的极限承载能力；上下翼缘连接方式不同导致节点正负向受弯时表现出非对称承载强度；无楼板节点具有较大的负弯矩强度，采用组合式楼板时，混凝土板与立柱的挤压承载对于节点正向承载能力有更显著的增强效应，最终使得组合梁节点的正负向弯曲承载强度相近；楼板可有效抑制钢梁上翼缘的局部鼓曲变形，延缓节点的峰值后承载力退化现象；下翼缘螺栓连接的板件滑移有助于降低钢梁下翼缘应力集中现象，避免出现过早断裂的脆性破坏；通过提高下翼缘螺栓连接强度和下贯通隔板厚度，可以增大节点的承载稳定性和变形能力。
关键词：钢管混凝土柱;组合梁;滞回性能;抗弯强度;层间位移角;摩擦滑移

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发布时间：2022-07-18
混凝土桥梁荷载试验短期黏弹性力学行为研究
周德,王灿,雒明波,王宁波,周天睿,黄方林
2022, 53(6): 2155-2166. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.017

摘要：针对混凝土桥梁结构在短期荷载作用下的黏弹性力学行为，提出基于黏弹性本构的桥梁变形分步式数值计算方法。基于数值仿真计算研究本构模型以及黏性与弹性材料体积比等因素的影响，对比同等荷载静力试验与移动荷载试验的桥梁结构黏弹性荷载效应。结合实际桥梁开展试验，实测混凝土桥梁结构短期徐变规律及变形恢复特点。研究结果表明：混凝土桥梁短期徐变效应不明显，在现有静力试验规范规定时间内，徐变量仅占弹性变形的4%；加载、卸载完成初期有明显的徐变和恢复变形，随着时间推移，其变化趋于平缓；静力荷载效应与准静态移动荷载作用效应十分接近；在评价桥梁荷载效应时，静力加载与移动荷载加载方式具有等效性，两者引起的荷载响应相差0.53%~3.19%。
关键词：混凝土梁桥;静力试验;移动荷载试验;短期黏弹性;力学行为

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发布时间：2022-07-18
锁定-黏滞阻尼器组合系统及其减震效果验证
胡尚韬,胡仁康,杨孟刚,李新
2022, 53(6): 2167-2175. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.018

摘要：为解决连续梁桥主墩在地震作用下的协同抗震问题，提出新型锁定-黏滞阻尼器组合系统。首先，设计制作锁定装置模型，并通过静力试验验证其锁定效果；其次，以1座铁路连续梁桥为例，对罕遇地震作用下锁定-黏滞阻尼器组合系统的减震效果进行仿真分析，并与单独使用黏滞阻尼器和速度锁定器方案进行比较。研究结果表明：新型锁定-黏滞阻尼器组合系统在保证连续梁桥正常使用功能的同时，可满足不同地震水平下的减震需求。在锁定前可以满足连续梁桥的正常使用要求，锁定后可以实现地震力在主墩间的合理分配，减震效果显著；该系统锁定功能可靠，可以在实现与速度锁定器相同减震效果的同时，降低阻尼器的设计最大出力，提高减震系统的可靠性，降低减震系统的成本。
关键词：锁定装置;黏滞阻尼器;组合系统;减震效果;连续梁桥

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发布时间：2022-07-18
微波加热对致密砂岩孔隙水的影响
姚俊辉,陶明,郭陈响
2022, 53(6): 2176-2185. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.019

摘要：为研究微波辐射下致密砂岩孔隙水的时空分布特征，评价工程中微波注热对含水储层的除水效果，对预处理后的饱水红砂岩样品进行微波加热，采用核磁共振测试样品的含水率。通过拟合分析，得到样品T₂图谱与含水量之间的对应关系。基于poly函数的曲面拟合，确定微波的干燥时间和传播距离与岩石样品含水率的关系。研究结果表明：基于样品预处理方法获得的实验结果符合微波在自由空间传播的特点；与微波的传播距离相比，岩石含水率对干燥时间的敏感性更强；一定能量密度的微波干燥存在一个时间阈值，超过阈值的微波加热无法继续去除岩石中剩余的水分；采用功率为6 kW的微波加热100 s后可以基本去除长度为10 cm的样品内70%以上的水分；微波的干燥时间和传播距离与岩石样品含水率的关系揭示了微波作用下孔隙水的迁移规律以及微波对含水砂岩的干燥效果，可为利用微波注热技术消除储层水锁损害提供指导。
关键词：微波干燥;水分迁移;核磁共振;含水率

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发布时间：2022-07-18
热损伤粗粒花岗岩强度与变形破裂特性试验研究
闵明,张强,郭强,蒋斌松
2022, 53(6): 2186-2198. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.020

摘要：为了研究热损伤粗粒花岗岩强度与变形破裂特征，采用MTS815试验机开展了三轴压缩试验，探讨不同条件下热损伤粗粒花岗岩物理参数、力学参数和破坏特征的演化规律，分析各个试验条件下的声发射特征。研究结果表明：当热处理温度超过400 ℃时，岩样质量、密度、纵波波速下降和体积增大的趋势更明显；随着热处理温度增加，峰值强度和弹性模量随温度升高呈指数规律减小，峰值应变和泊松比随温度升高总体呈增大趋势；围压会抑制裂纹扩展，使得岩石的宏观力学参数(E，σ_c，μ和ε_p)随围压增大而增大，但增大到一定程度(15 MPa)后变化幅度越来越小；基于Mohr-Coulomb准则得到的黏聚力随温度变化在200 ℃处最大(25.07 MPa)，内摩擦角受温度影响不明显；温度和围压增加会增强岩石的塑性变形能力，岩样破坏角与理论破裂角45°+φ/2相近，其受围压的影响大于温度的影响；随温度增加，声发射振铃数缓慢增加；围压越大、温度越高，峰后段声发射越活跃，但温度效应更明显。
关键词：岩石力学;热损伤;粗粒花岗岩;力学特性;声发射

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发布时间：2022-07-18
桩-网复合地基支承路堤填土荷载传递规律
俞建霖,杨晓萌,周佳锦,龚晓南,刘伟
2022, 53(6): 2199-2210. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.021

摘要：路堤填土的荷载传递是影响复合地基工作性状的重要因素，目前的分析方法基本没有考虑路堤与复合地基之间的变形协调。首先，考虑路堤填土二维变形以及可耦合土拱效应、土工格栅兜提作用、路堤-格栅-复合地基变形协调，建立路堤填土荷载传递分析模型；其次，通过与实际工程监测数据对比，验证模型的合理性；最后，通过建立标准算例和参数分析，研究桩-网复合地基支承路堤填土的荷载传递规律及其影响因素。研究结果表明：在路堤荷载作用下，填土中内、外土柱间发生荷载传递，应力迹线偏转，使得复合地基中桩体承担上部荷载比例增加，桩间土竖向应力减小；相同深度下，填土压力沿土工格栅呈“倒三角形”分布；路堤高度、桩体间距、桩帽半径、桩顶沉降以及地基土刚度均会对土拱效应产生较大影响，土拱效应随桩间距、桩顶沉降以及地基土刚度增加而减弱，随桩帽半径和路堤高度增加而增强，但路堤高度对土拱效应的影响存在限值。
关键词：桩-网复合地基;荷载传递规律;土拱效应;桩-土应力比

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发布时间：2022-07-18
横观各向同性岩体平直-光滑节理双模型细观参数联合标定方法
王朝阳,林鹏,许振浩,王文扬,吴杰
2022, 53(6): 2211-2223. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.022

摘要：为更真实地模拟节理岩体的力学行为，颗粒流程序(PFC)采用平直节理模型(FJM)和光滑节理模型(SJM)分别模拟横观各向同性岩体的岩石部分和节理部分。但双模型(FJM和SJM)标定涉及的细观参数多，导致宏观-细观参数对应关系复杂。为此，本文提出一种横观各向同性岩体双模型细观参数联合标定方法。首先，遴选核心细观参数，建立岩体参数标定指标体系，对指标体系中的宏观-细观参数进行了敏感性分析，得到显著影响各宏观参数的细观参数；然后，提出FJM和SJM细观参数标定优先级体系，构建双模型细观参数联合分析方法，建立表征宏细观参数之间的函数关系；第三，为提高参数标定的准确性，提出了细观参数迭代校准方法；最后，形成了一套针对横观各向同性岩体的标准化细观参数标定流程。研究结果表明：所提标定方法可应用于页岩的细观参数标定，标定结果的相对误差小于3%，验证了该方法的有效性。
关键词：横观各向同性岩体;颗粒流;平直节理模型;光滑节理模型;标定方法;迭代修正

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发布时间：2022-07-18
基于爆破等效荷载的大型地下洞室群合理间距分析
王登科,骆建军,高立平,李飞龙,王磊
2022, 53(6): 2224-2233. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.023

摘要：为解决爆破数值计算中存在的建模复杂、爆破荷载施加不准确和计算难以收敛等问题，基于叠加原理和应力波衰减理论，优化爆破等效荷载在隧道群孔中的施加方法，提出大型地下洞室爆破等效荷载计算模型，并依托实际工程验证计算模型的准确性，实现地下洞室群爆破开挖时围岩动力响应的快速计算。研究结果表明：扩建洞室爆破开挖，已建洞室迎爆侧边墙的质点振动存在放大效应，峰值振速放大1.5~2.1倍，这种放大效应随洞室间距增大而减小；扩建洞室爆破开挖引起已建洞室内部油体的振动很小，峰值振速为0.01~0.19 cm/s，爆破开挖对油体储存影响很小；将已建洞室迎爆侧边墙处峰值振速作为判断指标，根据“爆破安全规程”，建议依托地下洞库工程两期洞室净间距不小于50 m。
关键词：爆破等效荷载;大型地下洞室群;数值模拟;动力响应;合理间距

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发布时间：2022-07-18
粉煤灰-炉渣浆体环管实验和理论计算阻力对比研究
王勇,那庆,吴爱祥,张海胜,王国立,王莹莹,张文明,王笑琨
2022, 53(6): 2234-2244. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.024

摘要：为了揭示料浆输送理论计算阻力和实际阻力之间的关系，以粉煤灰和炉渣料浆为研究对象，开展不同料浆质量分数和流量的流变实验和环管实验，基于Bingham模型获得浆体的屈服应力和塑性黏度，利用MATLAB软件拟合回归得到料浆质量分数、流量与管输阻力的关系式，分析管输阻力的影响因素及不同工况条件下阻力的计算值与实际值之间的关系。研究结果表明：料浆质量分数和管输流量均是影响管输阻力的重要因素；当流量为48 m³/h时，计算阻力均大于环管实际阻力，且不受料浆质量分数影响；但随着流量增加，计算阻力与实际阻力的关系主要受料浆质量分数影响；当料浆质量分数分别为40%，47%和57%时，管输阻力计算值均小于实际值；当料浆质量分数增加到63%时，管输阻力计算值大于实际值。
关键词：粉煤灰和炉渣;管输阻力;流变参数;环管实验;影响因素

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发布时间：2022-07-18
软土地区深基坑超大变形预警及诱因分析
倪小东,王琛,唐栋华,陆江发,王晓远,陈万春
2022, 53(6): 2245-2254. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.025

摘要：针对南京软土地区某地铁车站深基坑工程出现的超大变形，首先，结合开挖揭露现象和监测信息变化趋势，分析超大变形诱因，并使用灰色关联度分析法展开诱因敏感性分析；其次，根据实测数据建立相关参数弱化模型并展开反分析，验证大变形诱因；最后，依托参数反演结果构建弱化模型系统，评估变形控制效果以及预测基坑后期变形，并利用ABC—BP神经网络方法校验其预测精度。研究结果表明：坑边荷载、围护桩刚度降低、不良土质、持续降水等不利因素叠加会引起软土深基坑产生超大变形；经参数反演得到桩体刚度弱化为设计刚度的82%、软土层弹性模量弱化为地勘参考值的35%、坑边堆载为50 kN/m的参数弱化模型，所得数值分析结果与监控结果吻合度较高；参数弱化模型可准确预测未开挖区域的基坑变形，其结果与ABC—BP神经网络方法所得结果相近。
关键词：软土基坑;超大变形;诱因分析;参数反演;施工监控

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发布时间：2022-07-18
双火源隧道火灾数值模拟
崔心源,赵金龙,姚勇征,袁沙沙,吴兵,黄弘
2022, 53(6): 2255-2267. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.026

摘要：为了给隧道内双火源事故风险评估和人员疏散提供参考，构建了隧道双火源火灾FDS数值模型，开展不同火源宽度和间距下的双火源隧道火灾模拟，研究了隧道内近顶板纵向温度、火源中心火场温度、隧道流场以及火场附近热辐射的分布规律。研究结果表明：隧道双火源火灾由于火源间相互影响，火场内会形成热量和烟气的积聚；随着火源宽度增加，火源的单位面积热释放速率减小，隧道内最高温度迅速减小，隧道开口处温度基本保持不变，因此，远端纵向温度衰减因子逐渐减小；双火源之间靠近地面的温度呈现“凹”形分布，且大部分区间温度基本保持稳定，稳定温度随火源宽度增加呈现上升趋势；隧道内烟气最大流速出现在火羽流内部，受火源间距影响小，而受宽度影响大；伴随宽度增加，隧道内最大流速减小，浮力效应减弱，烟气层厚度增加，烟气沉降效应明显；双火源间近地面位置处的辐射受火源间距影响大，而受宽度影响小；随着火源间距增加，辐射强度迅速下降，但仍会对救援人员造成较大伤害。
关键词：隧道火灾;双火源;数值模拟;温度分布;热辐射强度;火源宽度

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发布时间：2022-07-18
考虑T应力的I/II型裂纹最大切向应变能密度断裂准则及其验证
刘建,乔兰,李庆文,赵国彦
2022, 53(6): 2268-2278. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.027

摘要：为准确预测I/II复合型加载条件下岩石类脆性材料的断裂行为，首先，在传统最大切向应变能密度断裂准则的基础上，考虑裂纹尖端应力场Williams展开式中的非奇异应力项(T应力)，建立了考虑T应力的 I/II型裂纹广义最大切向应变能密度断裂准则；其次，探究T应力及泊松比对初始裂纹起始扩展角及起始扩展条件的影响；最后，基于5种岩石材料的中心直裂纹巴西圆盘复合断裂试验结果对该准则的有效性进行验证。研究结果表明：随T应力增大，裂纹起始扩展角逐渐增大，而K_II/K_Ic逐渐减小；随泊松比增大，裂纹起始扩展角及K_II/K_Ic同时减小；纯II型断裂时，T应力及泊松比对K_II/K_Ic的影响最显著；考虑T应力的最大切向应变能密度断裂准则所得结果与室内试验结果相吻合，验证了该准则的有效性。
关键词：岩石断裂;I/II型裂纹;断裂准则;切向应变能密度;T应力

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发布时间：2022-07-18
黏弹性地基中螺旋桩水平动力特性
王超哲,吴进,王立兴,刘浩,杨紫健,吴文兵
2022, 53(6): 2279-2289. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.028

摘要：为了完善螺旋桩水平振动理论，首先采用等效刚度的方法，将螺旋桩等效为特定桩径的传统直桩，基于Winkler地基和Euler梁模型，建立了黏弹性地基中螺旋桩水平振动方程；其次，采用分离变量法严格推导出了螺旋桩的水平动力响应位移、弯矩和剪力解析解，并验证了解析解的合理性；最后，基于所得解析解，分析了时间和空间响应下各桩土参数对螺旋桩水平振动特性的影响。研究结果表明：螺旋桩桩顶位置水平位移会随着桩螺旋倾角减小而减小，螺旋倾角越小，螺旋桩桩顶位置水平位移变化程度越大；螺旋桩水平动力响应随着量刚一频率增大而减小，且在桩顶位置显著减小；螺旋桩水平动力响应随着桩土刚度比增大而增大，其中桩土刚度比对水平位移和弯矩的影响显著；量刚一频率越小，螺旋桩水平动力响应达到最大值所需时间越长，并且变化程度越大。
关键词：螺旋桩;水平振动;等效刚度;黏弹性地基;Euler梁模型

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发布时间：2022-07-18
落石冲击下钢筋混凝土桩板墙的动态响应
刘红岩
2022, 53(6): 2290-2299. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.029

摘要：为了研究钢筋混凝土桩板墙在落石冲击下的动态响应全过程，特别是其损伤特性，首先，将冲击损伤对材料弹性模量的影响引入到经典的Hertz接触理论中；其次，借鉴基于冲量定理的最大落石冲击力计算公式，提出新的最大落石冲击力计算公式；最后，根据钢筋混凝土桩板墙在落石冲击下的动态力学响应过程，提出落石冲击下钢筋混凝土桩板墙的动态损伤模型，并利用该模型对落石冲击力进行参数敏感性分析。研究结果表明：该模型能较好地反映落石冲击下钢筋混凝土桩板墙的3个变形阶段，即：弹性加载阶段、塑性损伤加载阶段和弹性卸载阶段；冲击速度和落石半径对钢筋混凝土桩板墙的动态力学响应影响较大，而钢筋混凝土桩板墙的损伤参数δ_c和γ对计算结果影响较小，但是当γ较小时，其影响较显著。
关键词：落石;冲击力;钢筋混凝土桩板墙;动态损伤模型;Hertz接触理论

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发布时间：2022-07-18
连续配筋混凝土刚柔复合式路面Top-Down开裂分析
李盛,张豪,孙煜,危文康
2022, 53(6): 2300-2310. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.030

摘要：针对CRC+AC复合式路面Top-Down裂缝开裂问题，通过数值模拟，分析CRC+AC复合式路面Top-Down裂缝的开裂诱因，研究温度和荷载作用下沥青面层Top-Down裂缝扩展情况。研究结果表明：沥青面层纵向和横向拉应力最大值均出现在路表处，在路表2 cm以下深度，沥青面层内的拉应力逐渐转为压应力；在轮载前端和后端处，沥青面层剪应力较大且沿路表2~3 cm深度处剪应力最大，在不同深度，轮载后端比轮载前端对应的剪应力大；由于轮载前端剪应力和拉应力均较大，沥青面层在拉应力和剪应力综合作用下更易形成横向Top-Down裂缝；沥青层温度应力随深度增加而逐渐减小，且随着深度增加，最大温度应力出现时间滞后；冬季低温季节的每天6:00前后，在温度作用下，Top-Down裂缝的裂纹尖端应力强度因子达到最大值，此时裂缝最易扩展；在非均布荷载作用下，纵向裂缝的开裂主要为张开型(I型)和滑开型(II型)开裂，拉应力和剪应力是影响纵向裂缝发展的主要因素，横向裂缝的开裂主要为II型开裂，剪应力为主要影响因素。研究成果可为CRC+AC复合式路面沥青面层的开裂控制及沥青面层的合理设计提供参考依据。
关键词：道路工程;复合式路面;数值模拟;温度场;拉应力;Top-Down开裂

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发布时间：2022-07-18
考虑冻融循环作用的RC框架梁柱节点抗震性能试验及恢复力模型
董晋琦,郑山锁,郑淏,尚志刚,段培亮,李亚林
2022, 53(6): 2311-2324. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.031

摘要：为研究冻融循环作用下RC框架梁柱节点抗震性能，首先，采用人工气候环境法对8榀RC框架梁柱节点试件进行快速冻融循环试验，进而进行拟静力试验；其次，研究冻融循环次数、轴压比及剪压比对试件破坏形态、承载力、变形及耗能能力等抗震性能的影响；最后，采用回归分析法，提出了冻融损伤RC框架梁柱节点的四折线骨架曲线模型，建立了可综合考虑加、卸载刚度退化及捏拢效应的冻融损伤RC梁柱节点恢复力模型。研究结果表明：随着冻融循环次数、轴压比和剪压比增大，试件承载力均有所降低；冻融循环次数和剪压比增大导致试件耗能能力下降，而随着轴压比提高，试件极限点的能量耗散系数呈增大趋势；试件在整个加载过程中可分为开裂、屈服、极限和破坏4个阶段，提出的四折线骨架曲线模型可较好描述各阶段受力与变形特征；通过所建恢复力模型得到的滞回曲线与试验曲线吻合较好，表明该模型能够较准确地描述冻融循环作用下RC框架梁柱节点的滞回性能。
关键词：冻融循环;RC框架梁柱节点;恢复力模型;轴压比;剪压比;拟静力试验;抗震性能

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发布时间：2022-07-18
水力耦合作用下裂隙岩体破裂扩展及声发射能量损伤规律
陈云娟,高涛,高成路,尹延春,李艳龙
2022, 53(6): 2325-2335. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.032

摘要：裂隙岩体稳定性在很大程度上受控于非连续面的分布形态和特性，在水力耦合条件下，裂隙的分布形态对地下洞室围岩稳定性尤为关键。首先，应用RFPA计算程序分析类岩石试件不同位置裂隙岩体的破裂过程、声发射特性及能量耗散规律；其次，根据声发射自定义水力耦合条件下的岩体损伤模型；最后，对水力耦合条件下隧道裂隙围岩的损伤破坏过程进行了模拟研究。研究结果表明：受裂隙位置影响，岩体受到荷载作用时，在预制裂隙两端产生拉应力集中区，受压区分布于裂纹扩展区域，各工况裂纹扩展以张拉破坏为主，裂隙工况由中部向端部变化时，其破坏效应角β逐渐增大；孔隙水压能够促进拉应力的产生，对上部和下部裂隙工况的裂纹破坏起主导作用，对中部裂隙工况破坏具有一定辅助作用，裂隙内最大孔隙水压力随裂隙位置呈“U”形演化特征；孔隙水压力的初始加载值设置越大，各工况破坏时的峰值强度和最大水压力越低；预制裂隙形成的主破裂路径长度与声发射数目和能量累积能力呈正比关系，损伤变量指标随受载过程呈“稳增长—剧增长—稳增长”变化趋势；当裂隙处于隧道右上部时，对围岩稳定性影响最显著且围岩损伤具有滞后性。
关键词：水力耦合;岩体破裂;裂纹扩展;声发射;能量损伤

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发布时间：2022-07-18
正交异性钢桥面横隔板弧形切口残余应力全过程分析
邓扬,马斌,刘涛磊,曹宝雅,李爱群
2022, 53(6): 2336-2346. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.033

摘要：提出焊接—热切割—超声冲击处理全过程数值模拟流程。首先，对横隔板弧形切口处焊接及热切割残余应力进行数值模拟和试验测试，建立三维热弹塑性有限元模型；其次，采用生死单元法模拟焊缝金属的填充、切割钢板的掉落及焊接和热切割热源输入过程，得到U肋-顶板-横隔板焊接及热切割的动态温度场和应力场；第三，将数值模拟结果与试验测试结果进行对比，验证数值模拟流程的有效性；最后，对热切割后弧形切口的超声冲击处理过程进行数值模拟，分析超声冲击处理塑变层对残余应力的降低效果。研究结果表明：U肋-横隔板焊接在弧形切口下起弧点产生残余拉应力高达103 MPa；热切割改进弧形切口几何形状也产生显著的残余应力，改进后弧形切口下起弧点处残余拉应力达到348 MPa；当超声冲击处理塑变层深度为0.06 mm时，热切割改进后弧形切口下起弧点处残余拉应力降低为242 MPa的压应力。
关键词：正交异性钢桥面板;数值模拟;焊接;热切割;残余应力;超声冲击处理

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发布时间：2022-07-18
致密油多尺度渗流数学模型及影响因素分析
朱维耀,刘昀枫,李忠兴,岳明,孔德彬
2022, 53(6): 2347-2360. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.034

摘要：通过改进巴西劈裂实验的施力方式联用声发射实时监测技术，实现多尺度渗流的准确模拟，揭示致密油藏非线性渗流规律；依据致密油藏多尺度渗流物理特征，将水平井多级压裂形成的流场结构划分为三大区五小区即I水平井筒区、II改造区(强、弱改造区)、III未改造区(基质动用、未动用区)，并建立水平井多级压裂开发多区耦合非线性渗流数学模型；依据不同时刻供给边界的波及区域，将开发过程划分为水平井筒区—改造区两区耦合和水平井筒区—改造区—未改造区三区耦合2个阶段，推导不同阶段的产量计算公式；依据稳态依序替换方法迭代求解，揭示动态供给边界的扩张规律和致密油藏水平井多级压裂开发产量递减规律。明确启动压力梯度、应力敏感性特征等参数对致密油藏累计产量的影响规律。基于鄂尔多斯盆地致密油藏实际参数，通过模拟衰竭式开发2 000 d。研究结果表明：启动压力梯度和应力敏感性对致密油开采影响显著，其中，改造区的应力敏感性特征是影响致密油藏采出程度的主要因素，其影响幅度约为基质区应力敏感性特征影响幅度的3.14倍。以鄂尔多斯盆地A井为例，合理水平井长度为2 000~3 000 m，合理裂缝半长为200~250 m，目标区块合理生产压差为7~9 MPa。
关键词：致密油;多尺度流动;非线性渗流;流场结构;多区耦合

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发布时间：2022-07-18

能源工程 • 交通运输工程

地铁道岔滑床板失效仿真及结构优化
陈鹏,王朋松,辛涛,霍海龙,王聚光,张宏亮
2022, 53(6): 2361-2369. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.035

摘要：针对地铁9号道岔焊接滑床板频繁脱焊及压舌断裂问题，基于数值仿真方法和疲劳伤损理论，分析滑床板失效的原因，提出滑床板结构的优化建议。首先，建立车辆-道岔耦合动力模型，通过仿真获得轮轨力时程曲线。然后，建立焊接滑床板有限元仿真模型，将轮轨力作为移动荷载输入仿真模型，计算获得滑床板焊缝及压舌的应力时程，进而对滑床板压舌及焊缝的疲劳寿命进行评估。最后，提出滑床板整铸方案解决脱焊问题，提出压舌加宽及根部改进倒圆弧方案解决压舌断裂问题。研究结果表明：焊接滑床板焊缝端部及压舌根部存在应力集中，疲劳寿命较低，易发生损坏。滑床板整铸方案可有效消除焊缝带来的应力集中，压舌加宽及根部倒圆弧优化方案可以有效降低压舌应力峰值。采用2种优化方案后，滑床板压舌应力峰值降低25.3%，疲劳寿命延长30倍以上。
关键词：滑床板;仿真;车-岔耦合;疲劳寿命;优化

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发布时间：2022-07-18
横风作用下悬挂单轨车桥系统动力响应研究
邹云峰,刘志鹏,史康,何旭辉,周帅,汪震
2022, 53(6): 2370-2381. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.036

摘要：针对悬挂单轨车桥系统这一特殊的车辆-桥梁组合形式受风荷载影响突出的问题，首先，通过风洞试验研究横风作用下悬挂单轨车桥系统的气动特性，并由此得到车桥系统所受的风荷载时程。然后，采用SIMPACK与ANSYS联合仿真的方式，分析横风作用下悬挂单轨车桥系统的动力响应，揭示悬挂单轨车辆和桥梁的动力响应随车速和横风风速的变化规律。最后，以行车安全性和舒适性作为评判标准，给出横风作用下悬挂单轨车桥系统安全运营的临界风速。研究结果表明：在横风作用下，悬挂单轨车桥系统受到的气动力中阻力作用是影响车辆运行的主要因素，实际运行时，需加强车辆和桥梁的横向稳定性；车辆速度增大导致车辆和桥梁的动力响应均有一定程度增大，但总体满足行车安全和平稳性要求；随着横风风速增大，车辆和桥梁的动力响应大幅度增加，尤其以横向动力响应增幅更加显著；当风速达到20 m/s时，车辆动力响应超过限值要求，建议届时采取限速或停运措施。
关键词：悬挂单轨车桥系统;动力响应;横风;风洞试验

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发布时间：2022-07-18
地铁轨道扣件和减振垫参数的减振性能最优匹配
张皓迪,何远鹏,王星欢,姜晓文,圣小珍
2022, 53(6): 2382-2392. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.037

摘要：为探究工程中不同减振结构相互耦合作用下的减振效果，以深圳地铁一号线的某一区间段为例，运用2.5维有限元-边界元法与车辆-轨道耦合动力学，建立环境振动预测模型，计算得到隧道壁振动，并与现场测试结果进行对比验证。在此基础上，以目前工程中最常用的2种减振措施(减振扣件和减振垫)为研究对象，探究轨道扣件刚度、损耗因子和减振垫隔振频率的最优匹配策略。研究结果表明：减振垫的隔振频率对环境振动的影响存在临界值，该临界值在30 Hz附近且与扣件阻尼有关；只有当隔振频率低于临界值时，减振垫才有减振效果，反之则会放大隧道壁振动；当选取较低隔振频率的减振垫时，应配合垂向刚度较大的扣件，能取得较好的减振效果；扣件损耗因子的增大会降低轮轨共振频率附近的振动级，从而降低隧道壁Z振级整体；为了指导工程设计，得到不同减振等级对应的扣件与减振垫的参数区域图。
关键词：地铁;环境振动;2.5维有限元-边界元法;参数最优匹配;扣件与减振垫

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发布时间：2022-07-18
轨下胶垫频变黏弹性对轨道交通箱型梁动力响应影响分析
左志远,刘林芽,秦佳良,刘全民,牛振宇
2022, 53(6): 2393-2405. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.038

摘要：为探讨轨下胶垫频变黏弹性对轨道交通箱型梁动力响应影响规律，以WJ-7B型轨下胶垫(URRP)为研究对象，采用FVMP参数模型表征其频变黏弹性，建立考虑轨下胶垫频变黏弹性的车-轨-桥垂向耦合频域分析模型，运用虚拟激励法计算轨道交通箱型梁随机动力响应。研究结果表明：轨下胶垫的频变黏弹性表现为模量与损耗因子均随频率增大而增大，且增大幅度逐渐变缓；轨下胶垫频变黏弹性对[0，20) Hz频段的车-轨-桥耦合动力响应影响较小；刚度频变导致总动柔度及其相位在较高频段向高频迁移；损耗因子频变仅会降低较高频段固有频率附近的动柔度和相位角幅值；箱型梁各输出点在不同工况下的动力响应规律一致，刚度频变导致动力响应主频向高频迁移，损耗因子频变导致动力响应在固有频段附近有所降低；与轨下胶垫力学性能参数(刚度、损耗因子)取定值相比，考虑轨下胶垫频变黏弹性会导致箱型梁动力响应在[20，54) Hz与[177，200) Hz频段偏低，在[54，137) Hz频段偏高。
关键词：轨下胶垫;频变黏弹性;箱型梁;车-轨-桥耦合;随机振动

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发布时间：2022-07-18

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