分级加载条件下红砂岩蠕变特性试验研究北大核心CSCD

岩石的蠕变性质是引起工程岩体破坏的主要原因之一。通过进行分级加载蠕变试验,分析了红砂岩在不同加载应力条件下的蠕变特征。试验结果表明:在不同加载应力条件下,试件等速蠕变阶段应变速率与加载应力呈指数函数关系,并且当加载应力大于损伤强度σcd时,径向等速蠕变阶段应变速率大于轴向;同时,试件在破坏过程中存在加速蠕变阶段不明显的现象。根据蠕变破坏过程中黏滞系数的变化特点,将理想黏塑性体中的黏滞系数定义为时间的负指数函数,建立了一个非定常西原蠕变模型,该模型能较好反映红砂岩在单轴压缩条件下的蠕变特性。     

分级加载条件下红砂岩蠕变特性试验研究

岩石的蠕变性质是引起工程岩体破坏的主要原因之一。通过进行分级加载蠕变试验,分析了红砂岩在不同加载应力条件下的蠕变特征。试验结果表明:在不同加载应力条件下,试件等速蠕变阶段应变速率与加载应力呈指数函数关系,并且当加载应力大于损伤强度σcd时,径向等速蠕变阶段应变速率大于轴向;同时,试件在破坏过程中存在加速蠕变阶段不明显的现象。根据蠕变破坏过程中黏滞系数的变化特点,将理想黏塑性体中的黏滞系数定义为时间的负指数函数,建立了一个非定常西原蠕变模型,该模型能较好反映红砂岩在单轴压缩条件下的蠕变特性。     

常用经验模型预测煤屑瓦斯解吸量对比分析

为研究常用瓦斯解吸经验模型对解吸量预测准确性,基于容量法试验测定长时间的煤屑瓦斯累计解吸量,通过截取不同时段的瓦斯解吸量数据回归拟合得到常用解吸经验模型参数,并将其代入模型中计算出瓦斯解吸量与试验测定量进行对比。研究结果表明:各常用经验模型公式对不同时间段数据拟合都表现出较好的效果;巴雷尔式不适合用于煤屑的瓦斯解吸预测;指数型经验模型公式计算得到曲线受制于拟合数据时间段长短,在拟合时间段后很快趋于平直而低估累计瓦斯解吸量;乌斯季诺夫式适合用于短时间煤屑瓦斯解吸数据推算长期瓦斯解吸量;重庆-文特式适合用于预测短期瓦斯解吸量,而利用较长时间段瓦斯解吸量数据推算煤屑瓦斯解吸量宜采用艾黎式。该研究成果对于煤的瓦斯涌出及煤层气产能预测有着重要实际意义。     

国产Q345钢在不同热-力路径下的材料性能对比和材料模型应用

为评估和分析钢结构的耐火性能,以我国10个钢厂生产的Q345钢的424次恒载升温试验和152次恒温加载试验结果为依据,对钢材强度和应变以及不同的热-力作用路径下的力学性能进行对比研究。结果表明,在所有热-力作用路径下,恒载升温试验的强度最小,应变最大,临界温度最低;恒温加载试验的强度最大,应变最小,临界温度最高。随温度升高,热-力作用路径对钢材的力学性能影响增大:在450℃以下影响较小,在500℃以上时影响显著。如果规范采用恒温加载试验强度,是不可靠的。恒载升温条件下的ε-T-k材料模型和恒温加载条件下的ε-k-T材料模型均不能单独用于超静定钢结构的性能分析。超静定钢结构的性能分析可把火灾过程离散为若干时段,把每个时段分解为两个独立的应变-温度过程和应变-应力过程,分别应用恒载升温条件下的ε-T-k和恒温加载条件下的ε-k-T材料模型进行分析,然后迭加计算以得出最后的应变。     

基于弯管流量计的煤粉质量流量检测

在双弯管法测量的基础上建立了新的数学测量模型,并在煤粉输送实验平台上得到了大量的实验数据,利用人工神经网络强大的非线性拟合的能力,解决了新的数学模型的非线性关系。利用新的数学测量模型分别建立了Elman神经网络和BP神经网络测量模型;结果表明Elman神经网络在新的数学模型下测量出的煤粉质量流量与实际煤粉质量流量更加接近,能更好地解决新模型下的复杂函数关系,提高煤粉质量流量测量的精确度。     

微波作用下煤层渗透性变化规律实验研究

为了深入研究微波辐射条件下功率、辐射时间、渗透率、有效应力之间的关系,采用自行设计的微波辐射含瓦斯煤渗流实验系统,进行了不同微波功率、不同辐射时间条件下的煤样渗透率测量实验。研究结果表明:微波辐射条件下,渗透率与有效应力之间遵循负指数函数关系,拟合结果R2均大于0.98;渗透率随微波功率和辐射时间的增加单调递增,并且在低有效应力区数据增长的线性拟合斜率大于高有效应力区;煤样在微波作用下,相同的能量输入,微波功率越高,煤样渗透率越大;研究结果为微波辐射技术在煤层气开采领域的应用提供理论参考。     

海洋平台振动监测技术试验研究

为保证海洋平台服役期间安全运行,以实验室海洋平台模型为研究对象,开展有关振动监测技术的试验研究。通过预制损伤等物理手段,模拟海洋平台模型完好与损伤状态。使用加载设备对平台模型加载,采集其在不同加载角度、频率与增益下的动力响应。对振动传感器校准后,利用传感器、信号调理仪以及信号采集软硬件设备,组成监测系统。分析试验数据,调整相关试验参数,选取最佳信号采集状态。选取双谱分析法对试验数据进行信号处理,得出平台模型完好与损伤状态的数据变化。结果表明:根据振动监测数据的双谱模量与频率分布,能够识别损伤。     

加载条件下不同埋深原水管道受力特征模型试验*

为探究不同埋置深度对原水管道影响,利用缩尺模型对不同埋深条件下原水管道受力特征进行分析,综合研究管道外径、管道埋深、加载值和加载方式等因素对管道受力影响。结果表明:中心加载条件下,随管道埋深增加,管道应力呈先增大后减小趋势,当埋深厚度与管径比值为3时,管道应力达到最大,土拱效应开始显现;偏心加载条件下,埋深厚度增大使管道应力不断增加,但后期管道应力增长率小于前期;相同埋深厚度条件下,中心加载与偏心加载条件下,同截面管底处应力值相对最大。研究结果可为不同埋深区域内原水管道维护运营提供指导。     

岩桥破坏全过程分形特征研究

为定量研究边坡岩桥破坏全过程特征,对岩桥试件进行单轴压缩试验,采用盒维数法计算加载过程中裂纹扩展路径的破裂分形维数,基于应力-应变曲线和破裂分形维数量化表征岩桥破裂演化特征,论证了试验结果与实际边坡岩桥破坏过程的相似性;而后,对试件碎屑进行筛分试验,引入破碎分形维数定量描述其破碎特征;最后讨论了这2种分形维数之间的关系。结果表明:1)岩桥试件的应力-应变曲线呈现出"峰后回升"特征; 2)破裂演化过程中产生的新生裂纹具有形态上的自相似性,即分形特征,破裂分形维数与应变之间服从双曲线关系; 3)岩桥试件破坏后的碎屑尺寸分布具有分形特征,破碎分形维数变化范围在2. 60～2. 67之间; 4)数据拟合表明,岩桥试件最终破坏状态的破裂分形维数与破碎分形维数之间呈线性正相关关系,这是因为试件的裂纹萌生、扩展和贯通与破碎特征紧密相关,属于因果关系。     

基于Weibull分布的煤体强度计算研究

以往矿山压力计算中多数使用煤体试件测试强度代替煤体强度进行计算,计算结果往往具有较大误差,针对此类问题,采用理论分析、实验室实验、数值模拟,数据拟合等手段研究了矿山工程中煤体强度的计算方法。结果表明:煤的强度具有一定的尺寸效应,测试试件边长越大,其强度越低;根据其尺寸特征,应用RFPA软件中的Weibull函数功能,模拟求解并拟合得出煤体强度与均质度和原煤强度之间的关系。定义了煤样标准强度为边长或直径为50 mm的煤试件强度,拟合得出煤样标准强度与原煤强度和煤体强度关系的表达式,可据此理论计算矿山工程中的煤体强度。     

花岗岩蠕变特性及分数阶黏弹塑性模型研究

为了解花岗岩蠕变特性,采用全自动岩石三轴伺服仪对其开展试验研究,在常规三轴压缩试验基础上进行多级加载蠕变试验,系统分析花岗岩蠕变过程中整体蠕变规律和同围压不同应力水平下的轴向及环向蠕变变形量、蠕变速率随时间的变化规律。基于分数阶微积分算子及损伤力学理论,在Scott Blair黏壶基础上,考虑蠕变参数的非定常性,建立花岗岩黏弹塑性蠕变本构模型,并推导出其在恒应力情况下的三维黏弹塑性蠕变本构模型。结合花岗岩室内多级加载蠕变试验结果,采用Quasi Newton（BFGS）法对三维蠕变模型参数反演。结果表明,提出的模型与试验数据拟合较好并克服Nishihara模型不能描述蠕变非线性加速特征的不足,能够很好地反映花岗岩三阶段蠕变过程。     

围岩散热计算及壁面水分蒸发的处理

笔者采用湿度系数法对壁面水分蒸发进行了处理,对计算壁面处饱和空气含湿量的方法进行了改进,将饱和空气含湿量与温度的关系拟合为二次曲线;建立了在考虑壁面水分蒸发情况下解算巷道围岩温度场分布及围岩向风流的散热量的数学方程,并采用异步长有限差分法对其进行了数值模拟求解;解算出巷道壁面水分蒸发情况下围岩温度分布、壁面温度和围岩散热量的变化规律;并与将饱和空气含湿量与温度的关系拟合为线型关系曲线时的解算结果进行了对比,将饱和空气含湿量和温度之间的关系拟合为线性的计算结果存在一定的误差,通风时间越长,湿度系数越大,风流相对湿度越小,拟合为线性时计算出来的壁面温度和围岩散热量的误差越大。     

不同流量等级下管制员特情反应时的相关性分析

为探究不同流量等级下管制员特情反应时间与疲劳状态、岗龄之间的关系及相互影响,利用Mangold-10生理多导仪采集一线管制单位管制员管制过程中的脑电信号,附以管制教员评测分数、特情反应时等数据,通过Matlab编程计算脑电波形的平均功率谱,进而构建了疲劳指数,数量化地表征当前管制员的疲劳程度。通过SPSS 20. 0软件分析拟合出管制员疲劳指数与反应时、岗龄的关系模型。结果表明,管制员反应时与疲劳指数呈现高度线性关系。管制员岗龄与反应时呈现三次函数关系,12 a岗龄为临界值。研究结果可为管制单位调度繁忙扇区人员及合理排班提供参考。     

煤粒瓦斯扩散行为的气压依赖性研究北大核心CSCD

为了研究煤粒瓦斯扩散系数对气压的依赖性,应用自主搭建的煤岩吸附瓦斯实验系统进行不同气压条件下的煤粒瓦斯扩散实验,并通过模型拟合得到不同气压条件下的扩散系数,分析扩散系数对气压的依赖性。研究结果表明:实验煤样具有双重孔隙结构;由于煤粒对瓦斯具有吸附性,导致模型拟合得到的扩散系数是表观扩散系数而不是真实扩散系数;表观扩散系数与真实扩散系数呈正比例关系,与等温吸附线斜率呈反比例关系;在低压阶段,煤粒瓦斯扩散由努森扩散主导,此时表观扩散系数与气压呈正比例关系;在高压阶段,煤粒瓦斯扩散由分子扩散主导,此时表观扩散系数与气压呈反比例关系。     

煤粒瓦斯扩散行为的气压依赖性研究

为了研究煤粒瓦斯扩散系数对气压的依赖性,应用自主搭建的煤岩吸附瓦斯实验系统进行不同气压条件下的煤粒瓦斯扩散实验,并通过模型拟合得到不同气压条件下的扩散系数,分析扩散系数对气压的依赖性。研究结果表明:实验煤样具有双重孔隙结构;由于煤粒对瓦斯具有吸附性,导致模型拟合得到的扩散系数是表观扩散系数而不是真实扩散系数;表观扩散系数与真实扩散系数呈正比例关系,与等温吸附线斜率呈反比例关系;在低压阶段,煤粒瓦斯扩散由努森扩散主导,此时表观扩散系数与气压呈正比例关系;在高压阶段,煤粒瓦斯扩散由分子扩散主导,此时表观扩散系数与气压呈反比例关系。     

飞行签派员警觉性预测三过程模型

为解决民航飞行签派员警觉性预测问题,在国际通用的警觉性理论基础上,通过电子手环监测与精神运动能力测试(PVT)数据分析,构建面向民航飞行签派员的警觉性预测三过程模型(TPMA)。首先,从国内大型运输航空公司的一线值班飞行签派员中选取120名被试,在40 h睡眠剥夺条件下定时采集体温数据,并对被试进行PVT测试;其次,使用余弦分析法确定相位,根据测试数据,确定模型的上下渐近线,睡眠转换阈值等关键参数;然后,通过提前唤醒,测试修正睡眠惯性过程;最后,测试120名被试用以验证模型,并额外选取3组不同排班方式的被试开展独立验证。结果表明：二谐量的余弦函数可以很好地拟合体温数据,拟合相位为16.88,警觉性昼夜节律参数为-55 ms/℃,上下渐近线分别为750、200 ms,睡眠转换阈值为437 ms; TPMA预测结果与规律作息测试数据拟合优度大于0.90,与实际工作条件下测试数据的拟合优度大于0.81。提出的飞行签派员TPMA具有较好的稳定性和适用性。     

热辐射作用下电缆绝缘失效时间预测

电缆绝缘材料在火灾条件下的失效时间对电缆工程的设计和施工是个非常重要的参数,这些数据多以试验的方式获得.以试验结果为基础,在假设的前提下,运用传热学理论建立了电缆在热辐射作用下其内部的温度分布模型,并应用MATLAB软件中的pdepe函数求得了模型的数值解,即电缆内部各点温度随时间的变化关系,据此获得电缆绝缘失效时间.以ZR-VV电缆为研究对象,应用该模型计算得出了热通量分别为3 kW/m2、5 kW/m2、7 kW/m2、24 kW/m2、40 kW/m2和56 kW/m2时,电缆内部的温度分布及火效时间.计算值与试验结果吻合较好,说明使用所建立的模型可以近似预测电缆在不同热辐射条件下的绝缘失效时间.     

RBF神经网络可靠度分析方法在边坡稳定性研究中的应用

针对边坡稳定性可靠度分析,当状态函数无法显式表达且传统计算方法求解复杂问题困难时,提出一种基于ABAQUS和粒子群优化径向基函数神经网络的可靠度分析方法。基于ABAQUS的强度折减方法计算所选随机变量对应的安全系数,利用径向基函数神经网络的数据拟合功能,建立模型并映射出安全系数和随机变量之间的关系,构造响应面功能函数;利用蒙特卡罗生成的大量随机样本代入功能函数得到相应的安全系数,进而计算边坡的失稳概率和可靠度指标来反映边坡稳定性。研究结果表明:相对于传统方法,本文方法计算效率更高、误差更小,适合实际工程应用。     

动荷载作用下端锚杆力学响应试验研究

为了研究锚杆在动荷载作用下的微观力学特性,开展了端锚杆在轴向受到小应变高频动荷载作用、等效为大应变低频荷载情况的力学特性模型试验,利用均匀试验设计理论来安排端锚锚杆室内模型试验的试验方案,运用非线性动力学理论对模型试验的加载模式进行非线性拟合,并对端锚黏结式锚杆模型试验的数据进行分析。结果表明:获得了反复加卸载模式下作用频率为0.159 Hz、周期为8.4 s的非线性稳态频率应力波形函数;端锚锚杆的轴向应力分布具有可传递性,锚杆的轴向应力峰值发生在锚杆有效锚固段的中部。     

基于个性化行为模型的驾驶疲劳识别方法

为提高疲劳驾驶状态的识别精度,应考虑驾驶人之间的个体差异。以实车驾驶试验条件下车道保持行为中的车速和车道偏离值为输入,以方向盘转角为输出,基于径向基(RBF)神经网络针对每个驾驶人构建正常驾驶状态下的车道保持行为模型,并根据残差对模型的拟合及预测效果进行评价;将疲劳驾驶状态下的车速和车道偏离值输入到上述驾驶行为模型中,可得到模型预测的方向盘转角值,通过分析预测值与实际方向盘转角之间的差异,研究疲劳对驾驶人行为的影响;将预测残差作为输入,建立基于支持向量机(SVM)的疲劳驾驶状态辨识模型。结果表明:所建立的RBF神经网络-SVM识别模型对不同驾驶人疲劳驾驶状态的平均识别率达85%。