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中南大学学报（英文版）
中南大学学报（英文版）

黄伯云

月刊

2095-2899

zngdxb@mail.csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学内

中南大学学报（英文版）/Journal Journal of Central South UniversityCSCDCSTPCD北大核心EISCI
查看更多>>《Journal Central South University of Technology》（即《中南大学学报（英文版）》ISSN 1005-9784,CN43-1231/TD）是国家教育部主管、中南大学主办的以材料、选矿、冶金、化学化工、机电、信息、地质、采矿、土木等专业学科为主的科技期,1994年创刊,双月刊。自2007年第1期起与世界著名德国科技出版集团施普林格(Springer-Verlag)联合出版。本刊已被《科学引文索引》（SCI-E）；《EI Compendex》(即EI核心版)；《化学文摘》；《金属文摘》；《铝工业文摘》等知名检索刊物收录：
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    深部原位应力环境钻进过程中岩心饼化成因机制:数值模拟与室内试验

    李飞高明忠叶思琪谢晶...
    3303-3321页
    查看更多>>摘要：深部岩体原位应力赋存状态一直是"黑箱"问题,基于岩心的应力测试技术已成为有效的解决手段之一.在深部原位应力环境钻进过程中时常出现岩心饼化现象,为了探索其在砂岩中的形成机制,利用PFC2D研究了不同原位应力条件下钻进过程中的裂纹分布和能量演化,获得了易发生岩心饼化的特定原位应力条件.应用自主开发的测试系统验证了实验室环境内岩心饼化所需的应力条件,并分析了岩心破裂特征、断面形貌与原位应力之间的关系.结果表明,原位应力越高,在钻进过程中岩石产生的拉裂纹越多,尤其是在孔壁和岩心根部,而岩心处裂纹从外表面向内部发展.更高的原位应力水平同样会导致更强的能量转换,进而引发岩石破裂.岩心饼化的形成需满足特定的应力条件.当径向应力(σr)为最大主应力且保持45 MPa恒定、轴向应力(σa)为25 MPa或30 MPa时,岩心根部均会发生饼化现象.随着σr和σa之间差值或钻进深度的增加,岩心厚度减小,导致断面更光滑、分形维数更小,从而使岩心饼化现象更加显著.该研究可为科学阐明深部原位应力条件下岩心饼化的形成机制提供必要的技术和数据支持.

    深部岩体原位应力饼化形成机制裂纹分布能量演化宏观破裂特征断面形貌

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    岩性对I型裂纹定向扩展规律影响的试验研究

    陈玏昕郭伟耀蒋宇静谭彦...
    3322-3334页
    查看更多>>摘要：为揭示岩性对岩石I型裂纹定向扩展的影响规律,采用一种简易裂纹定向扩展装置开展白砂岩、灰砂岩和大理岩3类典型岩石加载试验,研究不同类型岩石I型裂纹定向扩展过程中变形场及声发射演化特征,探讨岩性影响下I型裂纹扩展机制.研究结果表明:白砂岩峰后荷载曲线呈平缓降低趋势,而大理岩和灰砂岩峰后曲线则呈陡降趋势,且其断面平整度高于白砂岩的,脆性断裂特征更为显著;根据水平位移场演化规律,可将岩石I型裂纹扩展过程划分为弹性变形、微裂纹集结成核和裂纹起裂扩展3个阶段,而白砂岩进入微裂纹集结成核阶段则远早于大理岩和灰砂岩;岩石I型裂纹扩展全过程中声发射演化可划分为平静期、活跃期、突增期和回落期4个阶段,其中白砂岩的平静期、活跃期及突增期持续时间短、回落期持续时间长,而大理岩和灰砂岩则与之相反;岩石I型裂纹扩展的本质是断裂过程区孕育过程,由于白砂岩断裂过程区长度大于大理岩和灰砂岩的,造成其裂纹定向扩展速度及稳定程度均低于其他两类岩石.

    岩性Ⅰ型裂纹数字图像位移场声发射扩展机制

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    单轴压缩下基于轴向塑性应变的岩石裂纹闭合应力与损伤应力阈值的评估方法

    周子龙王培宇蔡鑫赵奕翰...
    3335-3348页
    查看更多>>摘要：量化裂纹应力阈值对认识岩石材料的变形与破坏具有重要意义.本文首先提出了一种基于轴向塑性应变评估岩石裂纹闭合应力和损伤应力阈值的新模型.随后,通过比较提出方法与已有方法的估计结果,验证了本文提出方法的准确性.最后,讨论了弹性模量取值误差对应力阈值计算结果的影响.结果表明,提出方法计算结果与已有方法计算结果非常接近,说明提出方法可以准确识别岩石材料的裂纹闭合应力和损伤应力阈值.此外,本文提出方法能显著降低弹性参数取值对岩石应力阈值计算结果的影响,能够更客观地确定岩石材料的裂纹闭合应力和损伤应力阈值.基于以上结果,本文还提供了详细的计算流程图以消除弹性模量误差造成的影响.

    裂纹闭合应力裂纹损伤应力轴向塑性应变岩石变形单轴压缩

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    冲击载荷下张拉预应力红砂岩的动态张拉强度弱化效应

    伍武星宫凤强
    3349-3360页
    查看更多>>摘要：深部围岩的张拉破坏是一种常见的破坏模式,这与深部围岩处于高应力和冲击荷载的组合受力状态密切相关.本研究中,使用分离式霍普金森压杆(SHPB)设备对不同张拉预应力水平下的红砂岩巴西圆盘试样进行不同加载速率下动态张拉试验.基于试验的准静态峰值拉伸应力,确定了试验的张拉预应力水平分别为0,0.48,1.44,2.39,3.45和4.30 MPa,以及400～1200 GPa/s范围内的冲击荷载的加载速率.试验结果表明,动态张拉强度与加载速率呈显著的线性正相关关系,且随着加载速率的增加而逐渐增加,表现出明显的率效应.在相同加载速率下,动态张拉强度随着张拉预应力水平的增加而显著降低,表现出明显的动态张拉强度弱化效应.此外,总结了动态张拉度弱化效应机理,其中张拉预应力水平决定了动态张拉强度弱化水平,而冲击载荷则促进了强度弱化效应的显现.

    动态张拉强度强度弱化效应BD试样张拉预应力冲击载荷分离式霍普金森压杆(SHPB)

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    恒阻吸能材料及锚固体力学特性研究与应用

    王琦辛忠欣江贝王鸣子...
    3361-3373页
    查看更多>>摘要：锚固支护作为地下工程围岩控制的主体,与围岩联合承载形成锚固体,共同抵抗动力灾害释放的能量.传统锚杆(索)支护强度、延伸率不足,在抵抗动力灾害时易破断失效.恒阻吸能材料是一种具有高强、高延伸的新型支护材料.为明确恒阻吸能新材料及其锚固体的力学特性,本文开展了恒阻吸能支护材料与现场常用支护材料MG335、MG500的静力拉伸与动力冲击试验.在此基础上,对MG335、MG500与恒阻吸能支护材料锚固下的岩体开展了霍普金森冲击对比试验,研究了高速冲击下锚固体的变形破坏特征.相比于MG335、MG500锚固体,通过霍普金森冲击试验得到恒阻汲能锚固体的峰值应力提高了42.2%与63.9%,所能吸收的动力冲击能量提高了42.0%与63.2%.恒阻吸能支护技术能够增强锚固体的抗冲承载能力与吸能能力.结合上述试验成果,提出了强扰动下围岩恒阻吸能支护的工程建议,并在千米冲击地压矿井中应用.

    恒阻吸能锚固岩体力学性能试验研究现场应用

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    微波能场均匀性调控及其对复合材料温度场分布的影响研究

    关成龙湛利华张德超姚舜铭...
    3374-3394页
    查看更多>>摘要：微波加热技术凭借选择性加热、节能、高效等一系列优点成为目前复合材料成型领域的研究热点之一.然而,谐振腔内电场的不均匀分布将会引起复合材料构件的加热不同步,导致固化后构件的严重变形和质量缺陷,是制约该工艺广泛工程化应用的主要瓶颈.本文联合非线性电磁本构和功率流密度函数,查明了复合材料构件微波加热过程中电场均匀性与温度场分布之间的关联关系;结合有限元仿真技术,揭示了多种调控方式,例如微波激励源的设置、模式搅拌器的引入、载物平台的相对移动等对电场分布均匀性的作用机制;基于自主研发的微波加热均匀性调控设备,开展系列性实验探究了不同调控模式下复合材料构件温度场分布的演变规律,为仿真分析提供了数据支撑;最后,深入分析了固化过程中温度场分布均匀性对复合材料性能的影响.

    碳纤维增强复合材料微波技术有限元仿真均匀加热装置模式搅拌器机械性能

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    面向变工况数据填补与软测量的部分迁移网络

    任嘉毅陈旭赵春晖
    3395-3413页
    查看更多>>摘要：软测量在工业过程的安全运行和产品的质量控制中起着关键作用.在工业过程中,操作条件的切换可能导致训练数据(源域)和测试数据(目标域)之间的分布差异以及维度不一致,从而导致软测量模型失配问题的出现.此外,由于传感器传输失败,可能会引发数据缺失,进而影响软测量的准确性.本文介绍了一种针对不同操作条件下缺失数据的软传感器的部分迁移学习网络(PTL-Net).首先,用源域数据构建了数据填补和软测量模块,专门设计一个紧致性损失来诱导样本特征相互靠近,以减轻从缺失数据映射得到异常特征的影响.然后,提出一种部分迁移策略来减少源数据和目标数据之间的分布差异.所提出的策略选择两个领域之间的公共变量进行部分知识迁移,而不是直接继承所有参数,这可以避免模型结构失配.最后,在核电数据集以及三相流数据上完成了相应的数据填补和软测量性能验证.

    部分迁移多工况维数不一致数据缺失软测量

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    弹流润滑下考虑切片耦合的直齿轮啮合刚度的迭代模型

    黄文康马辉赵志芳王鹏飞...
    3414-3434页
    查看更多>>摘要：弹流润滑在减少齿轮表面的变形和摩擦方面起着关键作用,可提高齿轮传动的稳定性和可靠性.本文提出了一个模型来研究直齿轮中弹流润滑与时变啮合刚度之间的复杂关系,旨在求解弹流润滑下的直齿轮时变啮合刚度.本模型考虑了弹流润滑、切片耦合、延长啮合、齿轮体柔性耦合和修正的轮齿刚度的影响.为提高准确性,通过去除能量的重复计算来修正轮齿刚度.此外,还推导了切片耦合与变形协调方程之间的迭代关系.提出的模型通过MASTA软件和参考文献进行验证.分析了弹流润滑和切片耦合对直齿轮啮合特性的影响.研究结果显示,考虑切片耦合后,带有鼓向修形的直齿轮的时变啮合刚度显著增大,并且导致边缘的集中载荷转移到齿面的中间部位.

    弹流润滑时变啮合刚度切片耦合变形协调方程

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    一种可预测非饱和土壤中入渗和汇水的水力耦合模型

    刘敏冯学茂赵炼恒宋祉辰...
    3435-3449页
    查看更多>>摘要：非饱和土壤在自然和工程实践中广泛存在,进一步了解非饱和多孔介质渗透过程中的水力耦合效应,对岩土工程和水文学界有着重要意义.本文提出一个非线性的完全水力耦合模型,用于控制可变形多孔介质中非饱和水的流动.该模型依赖于有限元(FE)求解器来计算受瞬态流作用下土壤中的水力耦合响应.使用已有的水力耦合解析解和积水入渗试验数据作为参考,对模型模拟结果的准确性进行验证.模拟结果表明,该模型在非稳定降雨条件和地表积水条件下能够准确模拟出降雨过程中的土壤入渗量和地表汇水量.此外,分别考虑吸力弹性模量、渗透模型的控制参数、饱和渗透系数以及边坡角度四个因素的变化而进行入渗和汇水过程的模拟结果进一步表明,土壤的膨胀性延迟了孔隙水压力的增长,而土壤的湿陷性则促进了孔隙水压力的增长;土壤孔径分布越粗糙,水力耦合效应越明显;土壤饱和渗透系数增大会导致更大的降雨入渗量和土体变形,并延缓地表开始积水的时间.边坡坡度对入渗过程的影响则存在争议,在本研究中,边坡坡度增大,土壤中的降雨入渗量减少,地表流失水增加,有待进一步探索.长远来看,在水力耦合系统中进一步考虑弹塑性耦合法则是更全面了解多孔介质中降雨入渗和地表汇水过程有用的方法.

    非饱和土水力耦合入渗有限元瞬态流动

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    基于微极连续体理论视角的Mohr-Coulomb基质土的土石混合体边坡稳定性及破坏模式分析

    陈曦唐建彬崔柳生刘宗祺...
    3450-3466页
    查看更多>>摘要：针对土石混合体边坡稳定性和破坏模式分析,提出了一种基于微极Mohr-Coulomb(MC)模型的二阶锥规划微极连续体有限元法(mpcFEM-SOCP).以两个土石混合体边坡为例,验证了所提方法的有效性和优越性.数值分析表明,块石"侵入"潜在滑面会增加刚性基础的极限承载力以及边坡的稳定性.与二阶锥规划经典连续体有限元法(FEM-SOCP)相比,在某些情况下mpcFEM-SOCP可以揭示不同的土石混合体边坡破坏机制.通过FEM-SOCP和mpcFEM-SOCP可以观察到,对于方形簇块石土石混合体边坡,分散的块石会使土石混合体边坡破坏模式更为复杂;与Pybimstab程序包中(假设单滑移面)的广义极限平衡方法相比,FEM-SOCP和mpcFEM-SOCP会提供手指分叉式滑移面;通过关联基质土颗粒特性和宏观应变局部化行为的内部特征长度lc能够较好地模拟基质土滑移面的宽度.

    土石混合体边坡基质体含块石结构微极连续体随机分布的块石曲折滑裂面块石体积比

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