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期刊信息/Journal information
应用力学学报
应用力学学报

陈绍汀

双月刊

1000-4939

cjam@mail.xjtu.edu.cn

029-82668756

710049

西安交通大学西安市咸宁西路28号

应用力学学报/Journal Chinese Journal of Applied MechanicsCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是由国家科委审批公开发行的中央级学术刊物。主要反映现代力学在工程实际中的应用，及时交流运用控力学理论、计算方法和实验技术在解决工程实际问题中取得的新成果。涉及内容包括流体、振动、强度等方面的问题。
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    岩土体介质非达西渗流特性研究进展

    许增光李煜婷曹成
    1211-1236页
    查看更多>>摘要：岩土体是常见的天然材料和工程材料，厘清不同环境下的岩土体非达西渗流特性，是评价工程防渗性能和渗透稳定性的基础。岩土体兼具孔隙和裂隙结构，渗流流态可划分为低速非达西渗流、达西渗流和高速非达西渗流，达西定律等线性渗流模型将低估低速非达西渗流流速、高估高速非达西渗流流速。目前，岩土体非达西渗流分析研究手段包括试验法、数值模拟法和数学解析法，主要分析非达西渗流流态及其影响因素，并构建非达西渗流模型。其中空隙几何结构、剪切作用、渗流水压力等因素对岩土体非达西渗流特性影响显著。岩土体内部蜿蜒曲折的空隙结构导致渗流能量损失增大，剪切作用则使岩土体空隙结构处于较为复杂的变化状态，渗流水压力则直接增大水流惯性力，影响渗流流态，上述研究手段和因素分析是目前学者们针对岩土体非达西渗流特性的研究重点。由于试验条件、理论基础和计算机性能的局限性，渗透破坏阶段颗粒群迁移过程、岩土体多场耦合渗流分析、全域可视化渗流试验、大尺度多重介质渗流场计算等方面是未来岩土体非达西渗流分析值得关注的重点。

    岩土体非达西渗流影响因素非达西渗流模型

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    剪切破坏过程中岩体单裂隙力学及非线性渗流特性试验研究

    曹成许增光柴军瑞张志华...
    1237-1244页
    查看更多>>摘要：裂隙岩体在复杂应力和渗流环境下的物理力学特性对库坝系统岩体稳定极为重要。为了厘清剪切-渗流耦合作用下的岩体裂隙力学及渗流特性，通过制作类岩试件开展了岩体单裂隙剪切-渗流耦合试验，分析了剪切过程中裂隙剪切强度、法向位移增量、剪胀角、FORCHHEIMER定律系数等参数的演化过程，以峰值剪切位移为分界点，基于PATTON强度公式以及峰后剪胀公式构建了全剪切强度计算公式。以FORCHHEIMER定律为基础阐明了高水压和剪切破坏共同作用下裂隙非线性渗流特性的演化过程，揭示了FORCHHEIMER定律线性项及非线性项系数的演化过程，建立了用于判断渗流流态的临界雷诺数计算公式。结果表明:剪切破坏产生的碎屑充填物对裂隙峰后剪切强度、剪胀角和渗流特性影响显著，构建的剪胀公式和剪切强度计算公式可确定任意时刻的裂隙剪切强度值和隙宽变化值;由于水流惯性力的影响高渗压作用下裂隙非线性渗流特性显著，剪切过程中FORCHHEIMER定律线性项及非线性项系数不断减小并趋于稳定，并且临界雷诺数在剪切过程中不断增大。

    单裂隙剪切-渗流耦合剪切强度剪切破坏非线性渗流

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    基于围岩监测的隧道施工期突涌水风险预测

    许增光张泽源曹成
    1245-1256页
    查看更多>>摘要：突涌水灾害的频发对隧道安全施工和生命财产构成严重威胁，因此精准预测并有效控制隧道施工中的突涌水风险尤为重要。本研究旨在提出一种适用于隧道施工期的突涌水风险预测方法，通过反馈施工现场监测数据确定风险概率并预测水量范围。首先，在分析施工期突涌水事故案例的基础上，综合考虑地质构造和水文地质条件，并引入开挖支护、动态监测围岩以及渗压信息，建立了包含10 个指标在内的突涌水评估指标体系;其次，采用博弈论组合赋权法优化主客观权重向量，构建改进功效系数模型以计算各风险等级下的综合功效系数，并在归一化处理后确定风险发生概率;最后，根据最大隶属度原则确定风险等级并预测水量范围。以鸡公岭隧道和跃龙门隧道为例，应用该方法对施工中的突涌水风险进行了预测。结果表明:所提出的基于博弈论组合权重和改进功效系数的隧道施工期突涌水灾害风险预测方法与现场开挖结果吻合较好;该方法综合考虑评估指标和风险等级之间非线性关系使预测结果更接近实际施工情况，在评估风险等级的同时实现了风险概率和涌水量范围的预测。

    风险评估突涌水施工期围岩监测改进功效系数

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    考虑土石混合体"颗粒破碎-剪切参数-含水率"相关性的力学特性研究

    陈泽亮许萍房凌云林青伟...
    1257-1268页
    查看更多>>摘要：抽水蓄能电站建设产生大量土石混合料堆积形成弃渣坝，渣体结构松散、级配差、重度大、透水性强，若遇强降雨，将严重影响其安全稳定性。现以弃渣坝土石混合体为研究对象，探究其在不同应力状态下应力-应变发展规律、变形强度特性，以及剪切前后颗粒级配定量研究。试验结果表明:随着含水率增加，混合体试样的抗剪强度降低，应力-应变曲线整体呈现硬化趋势，含水率的增加降低了非线性内摩擦角，黏聚力呈现先减小后增大的趋势;随着试样含水率增大，表征其变形特性的相变应力比减小，体变量减小，剪胀特性影响减弱，随着围压增大，结果与上述一致。通过对混合体剪切前后颗粒级配测定，引入颗粒破碎指标探究土石混合体颗粒破碎-剪切参数-含水率相关性分析，结果表明，当含水率增加且颗粒破碎增大时，抗剪强度减小幅度变大，对坝体的安全影响更为明显;当含水率和破碎程度减小时，结果反之。最后，通过引入破碎参数进行了邓肯-张模型修正，并基于试验结果论证了模型的适用性，以期为后续弃渣坝结构安全稳定提供借鉴。

    抗剪强度相变应力比颗粒级配颗粒破碎邓肯-张模型修正土石混合体

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    固定翼飞机截面绕流结构着水冲击载荷特性研究

    黄淼吴彬汪小翔
    1269-1273页
    查看更多>>摘要：针对水上飞机常用的V型和陆基飞机常用的圆柱绕流结构，开展了模型着水载荷试验，对比分析了两种不同截面绕流结构的载荷特性。研究结果表明:V型绕流结构具有较好的载荷特性，在着水过程中压力峰值变化周期较长、峰值相对较小，峰值作用半周期在 0。1s左右，压力位置、速度对峰值影响明显，越靠近对称面位置，着水速度越大压力峰值越大。圆柱形绕流结构具有压力峰值大、作用周期短的特点，同等条件下对称面位置的压力峰值是V型绕流结构最大压力的 8。7 倍，峰值作用半周期仅在0。5ms左右。

    固定翼飞机截面绕流结构着水冲击载荷试验研究

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    一种在线快速图像抖动消除方法及其在疲劳试验中的应用

    张文东陈莉陈先民苏少普...
    1274-1281页
    查看更多>>摘要：提出一种基于先验信息的直方图匹配算法，以实现疲劳试验中试件观测图像抖动的在线快速消除。首先，根据灰度阈值对基准帧图像和目标帧图像计数统计形成直方图;其次，采用傅里叶变换将直方图变换为频域信息，并根据先验信息确定偏移阈值，进行互相关分析从而获得互相关数组;最后，选取互相关数组中的最大值，并根据最大值位置确定目标帧图像的抖动量，进行图像抖动的消除。基于先验信息的互相关频域分析极大地降低了计算量，从而使得本研究方法可以实现高分辨率图像中抖动的在线快速消除。试验结果表明，对于分辨率为4 096×3 000 的图像，在保持抖动消除效果不变的情况下，本研究算法与传统方法相比，计算效率提高了3 倍，能满足疲劳试验中试件观测的试验应用需求。

    疲劳试验图像消抖直方图匹配互相关分析傅里叶变换

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    抛物线翼缝对风力机翼型气动性能影响

    张唯叶舟李春刘亚锁...
    1282-1287页
    查看更多>>摘要：为了有效提升翼型气动性能，针对被动流动控制方式，以S809 翼型为基础研究对象，对其构建抛物线翼缝，翼缝出入口均在翼型压力面上。通过计算流体力学的数值模拟方法，研究抛物线翼缝入口位置与出口位置距离翼型前缘的长度、顶点位置距离翼型弦线的高度以及翼缝宽度对抛物线翼缝翼型气动性能的影响，并结合流场结构分析翼缝的作用机理。研究结果表明:在各攻角下，抛物线翼缝翼型的升力系数表现优于原始翼型，12°～18°攻角下，抛物线翼缝翼型升阻比均大于原始翼型，最大增幅约为10。2%。据流场分析，翼缝产生的压力使翼型整体压力差变大，是抛物线翼缝翼型气动性能提升的主要原因。

    翼型抛物线翼缝气动性能流场

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    带顶底L型件的装配式梁柱节点参数分析

    李晓蕾李雪艳李慎刘珏...
    1288-1298页
    查看更多>>摘要：提出了一种新型装配式梁柱节点形式，框架梁通过顶底L型件与框架柱相连，实现全螺栓装配化施工。前期对带顶底L型件的装配式梁柱节点足尺试件进行了拟静力试验研究，对该节点的抗震性能进行了分析，以试验研究为基础，通过ABAQUS有限元分析软件，进行该节点的参数拓展分析，分析该节点设计参数对带顶底L型件的装配式梁柱节点受力性能的影响。首先建立足尺试件的有限元分析模型，验证了有限元分析过程的精确性;然后考虑节点L型件形式、竖板/横板厚度、横板长度、加劲肋个数以及端板厚度变化对装配式连接节点的受力性能的影响，以期对带顶底L型件的装配式梁柱节点的设计和优化提供工程建议。

    装配式梁柱节点L型连接件参数分析有限元分析

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    砂岩单轴压缩黏弹塑性分数阶蠕变模型研究

    何峰杨松
    1299-1305页
    查看更多>>摘要：为建立参数少、计算简便、蠕变过程描述准确的蠕变模型，基于岩石力学及分数阶理论，引入分数阶软体元件，将其与弹性、塑性、黏性元件相结合，得到了创新的黏弹塑性蠕变模型，推导蠕变模型的本构方程，并对砂岩单轴压缩蠕变试验数据进行参数辨识、曲线拟合和对比分析，进而对蠕变模型进行验证。结果表明:引入的分数阶软体元件应变随时间呈幂函数趋势增长，可表征非线性蠕变阶段，详细地分析了弹性元件、塑性元件、黏性元件及分数阶软体元件在蠕变过程中不同阶段发挥的作用;推导得到模型在(ε)(t→∞)=0(σ<σs)、(ε)(t→∞)>0(σ<σs)、(ε)(t→∞)>0(σ≥σs)情况下的本构方程，以及计算简便的参数辨识方法，试验数据拟合曲线的拟合度均在 0。9 以上，验证了蠕变模型的合理性和科学性;所建立的六参数黏弹塑性分数阶模型能全面地描述蠕变的整个过程，并且与其他模型对比模型参数更少、计算量更小。

    分数阶理论蠕变模型参数辨识非线性拟合

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    一种高效的刀盘掘进过程数值模拟算法

    张佳琦苏翠侠刘浩飞张茜...
    1306-1316页
    查看更多>>摘要：从岩土单元网格划分和接触对搜索过程两方面入手，提出一种高效的盾构刀盘掘进过程数值模拟算法。引入六结点三棱柱单元，该单元边长比接近于1，且每一个面上的内角近似相等，相比于传统六面体单元，计算效率更高，据此建立一种高效的岩土有限元模型，并通过圆柱体单轴压缩数值模拟实验验证了模型的可靠性和高效性。根据盾构刀盘的掘进行为特点，直接得到可能发生接触的岩土网格结点，相比于传统的全局搜索，更加省时，优化了接触对搜索过程，从而提出了一种新颖高效的搜索算法，并通过自编软件开展单刀破岩过程数值模拟，验证了搜索算法的可靠性和高效性。基于自编软件和上述两种策略，使用单核CPU实现了实际工程中使用的复合盾构刀盘掘进全过程的直接数值模拟，得到了掘进后的岩土掌子面形貌和刀盘刀具的法向力载荷时程曲线及分布规律，并通过与商业软件仿真结果和文献得到的刀盘刀具法向力均值对比验证了自编软件的可靠性。

    全断面隧道掘进机刀盘掘进过程接触有限元模型

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