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期刊信息/Journal information
中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
正式出版
收录年代

    塑性铰区加强方式对高强混凝土剪力墙抗震性能的影响

    李翔宇张建伟朱雨轩曹万林...
    3480-3493页
    查看更多>>摘要：为研究塑性铰区加强方式对高强混凝土剪力墙抗震性能的影响,首先,开展4片高强钢筋高强混凝土剪力墙的低周反复荷载试验与ABAQUS有限元模拟;其次,分析塑性铰区采用添加钢纤维、加密箍筋、外包钢板3种加强方式对剪力墙破坏形态、滞回特性、承载力与变形能力、强度与刚度退化、耗能能力以及塑性铰发展长度等方面的影响机理;最后,提出适用于高强钢筋高强混凝土剪力墙的等效塑性铰长度与承载力计算方法.研究结果表明:3种加强方式均有利于减轻墙体损伤程度,降低剪切变形占比,提高变形与耗能能力;当3种方式加强段高度相同时,添加钢纤维的方式对墙体破坏形态作用最明显;墙底部外包合理厚度的钢板可以使墙体塑性铰充分发展,形成双塑性铰区,从而使试件峰值荷载提高17.7%、极限位移角提高75.0%.基于简化的曲率分布与塑性变形基本假定,考虑力的平衡关系、弯曲与剪切变形的协调关系,本文提出的等效塑性铰长度计算方法与水平承载力计算方法精度较高.

    高强混凝土高强钢筋剪力墙抗震性能塑性铰

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    不同恒温时间加热下花岗岩冲击压缩力学特性及破碎特征

    贾宇翟越李宇白谢梓涵...
    3494-3504页
    查看更多>>摘要：为研究不同恒温时间的实时高温作用对花岗岩冲击压缩力学特性与破碎特征的影响,开展了高温时SHPB冲击压缩试验及筛分试验.首先,将花岗岩加热到700℃并进行0、30、60、90及120 min这5种不同时间的恒温热处理;其次,不对试样做冷却处理,利用同步对杆装置进行高温时SHPB试验,收集破碎试件并开展筛分试验;最后,结合抗压强度、分形维数等数据,分析花岗岩的力学特性及破碎特征.研究结果表明:恒温时间对花岗岩动态抗压强度影响较大,试件抗压强度随恒温时间增加而呈明显下降趋势;花岗岩破碎程度随恒温时间增加而不断加剧,表现在破碎试件中细块数量逐渐减少,细粒数量不断增多.不同恒温时间加热下花岗岩冲击压缩破坏的分形维数集中在2.2～2.7之间,且与恒温时间呈现正相关关系.实时高温作用下花岗岩动态抗压能力与宏观破碎分形特征均具有明显的应变率强化效应.

    恒温时间花岗岩高温时SHPB冲击压缩力学特性分形维数

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    悬浮隧道考虑竖向弹性约束的子结构模型与涡振响应特性

    易壮鹏李宇杰潘权桂怡琦...
    3505-3519页
    查看更多>>摘要：通过将跨内支撑锚索与连接边界条件简化为竖向弹性约束,采用尾流振子考虑均匀流作用下结构的流固耦合效应,研究多跨锚索支撑式悬浮隧道的涡振特性.基于Euler-Bernoulli梁理论建立可考虑跨内/边界竖向支撑刚度对涡振特性产生影响的悬浮隧道管体子结构模型,分析多组跨内锚索支撑刚度与边界约束刚度组合下管体的涡振响应规律.研究结果表明:当两类约束刚度增大、结构固有频率增大时,高阶模态越难以被激发,能有抑制涡振响应的作用;当锚索支撑刚度较小和较大时,靠近端部位置的涡振响应幅值随边界约束刚度的增大而减小,且跨度范围内的涡振响应峰值关于中点对称,当锚索支撑刚度中等且相邻阶次频率相差较大时,管体位移由单一模态主导,当相邻阶次频率接近时,在涡振锁定区间内可观察到由模态耦合所导致的"凹陷"和"凸起"的非线性现象;不同位置之间跨内位移响应的极大值在边界约束刚度较小、较大时分别出现在两端、中点位置.

    多跨锚索式悬浮隧道涡激振动子结构模型跨内/边界约束刚度尾流振子

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    滇中红层泥岩剪切蠕变特性及其本构模型

    李宁张茂建张慧莉徐诚...
    3520-3529页
    查看更多>>摘要：为保障滇中红层泥岩所在区域隧洞工程的施工及长期运营安全,本文以"滇中引水工程"狮子山隧洞段的红层泥岩为研究对象,首先,采用分级加载剪切蠕变试验方法,研究其蠕变特性;其次,基于非线性流变力学理论,分别构建了触发式非定常加速元件、非线性弹性元件及复合型黏性元件;第三,通过各元件的合理组合,建立了滇中红层泥岩的非线性、非定常蠕变模型;最后,对所建模型进行参数估计,与试验结果进行对比,验证理论模型的适用性.研究结果表明:在较低应力状态下,岩样主要表现为衰减蠕变,其中蠕变变形在总变形中的占比可达85%;而在较高应力状态下,岩样发生从衰减蠕变、等速蠕变直至加速蠕变破坏的全过程蠕变,其中蠕变变形在总变形中的占比达87%.剪应力对岩样蠕变变形具有显著影响,剪应力越高,衰减蠕变达到稳定状态所需的时间越长,蠕变变形在总变形中的占比越高.在全过程蠕变中,岩样的蠕变变形以稳态蠕变为主,其蠕变时间占总蠕变时间的80%,蠕变量占总蠕变量的51%.该蠕变模型既能完整地描述岩样从衰减到等速直至加速蠕变的全过程,同时又能克服传统模型参数取值随应力而不断变化的问题,通过一组参数就可以描述岩样在各应力状态下的蠕变变形特性.理论模型得到的结果与试验结果吻合较好,说明所建模型对于滇中红层泥岩具有较好的适用性.

    滇中红层泥岩蠕变特性非定常加速元件非线性蠕变模型参数辨识

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    膨胀土地基膨胀特性对无砟轨道路基变形性能的影响

    段君义曹鹏远粟雨林宇亮...
    3530-3542页
    查看更多>>摘要：为研究膨胀土地基浸水膨胀行为对无砟轨道路基力学与变形特征的影响,首先,基于温度场等效湿度场理论,引入材料热属性,通过热-力耦合分析方法模拟膨胀土的膨胀特性;其次,建立双线铁路无砟轨道-基床-膨胀土地基的三维数值模型,并验证其可靠性;最后,研究膨胀土地基的膨胀潜势(以热膨胀系数表征)和膨胀区域(以膨胀区域纵向长度表征)对无砟轨道路基力学与变形性能的影响.研究结果表明:在局部浸水情况下,膨胀土地基的膨胀行为引发了无砟轨道结构的隆起、纵向不平顺和侧向倾斜现象;这些现象随着膨胀土地基的膨胀潜势增大和膨胀区域扩大而更加明显;当膨胀土地基中的膨胀区域沿路基纵向长度超过10 m后,无砟轨道结构的侧倾角度增幅很小;基床层填料的压缩引起路基隆起变形衰减,其衰减率随地基膨胀潜势增大而增大,随地基膨胀区域扩大而减小.本文提出将无砟轨道结构的隆起量、隆起纵向不平顺性以及侧倾角度同时作为膨胀土地区无砟轨道路基的性能控制指标;建议采取降低路基隆起变形横向分布不均匀性和膨胀土地基湿度分布梯度的措施,以减小无砟轨道结构的侧倾程度.

    膨胀土地基隆起变形膨胀潜势无砟轨道侧向倾斜

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    基于金属有机框架的汽油机冷启动碳氢化合物吸附和扩散性能的研究

    左青松翟润行马颖谢永川...
    3543-3555页
    查看更多>>摘要：为研究汽油机冷启动过程产生的碳氢化合物在金属有机框架上的吸附和扩散行为特性,建立金属有机框架(MOFs)的计算模型,并验证模型的准确性.然后,对比分析C2H4和C6H6组分在沸石与MOFs上的吸附性能.最后,采用蒙特卡罗和分子动力学方法,分析C2H4、C6H6及等物质的量比混合组分在ZIF-20、ZIF-67、ZIF-318这3种MOFs结构的吸附性能和扩散性能.研究结果表明:与沸石材料相比,MOFs具有更优异的碳氢吸附效果.3种MOFs结构中,ZIF-20对C2H4和C6H6具有最大的吸附量,其吸附量分别为202.1和187.8个晶胞.在ZIF-20中C2H4的吸附位点主要集中在β-笼,C6H6的吸附位点主要集中在α-笼和双四元环.而在ZIF-67和ZIF-318中的吸附位点主要集中在十二元环.C2H4和C6H6分别在ZIF-318和ZIF-20中的扩散最强烈,且C2H4在3种MOFs上的扩散系数明显比C6H6的扩散系数大.

    汽油机冷启动碳氢吸附MOFs吸附扩散

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    甲醇/甲烷层流扩散火焰碳烟生成的模拟研究

    张逸鞠洪玲
    3556-3565页
    查看更多>>摘要：为充分了解甲醇对碳烟生成的影响,构建甲醇/甲烷混合燃烧机理,耦合Moss-Brookes碳烟模型,建立甲醇/甲烷层流火焰燃烧模型,在保证碳流量一定的情况下,研究甲醇掺混比(质量分数)分别为0、10%、20%、30%、40%这5种掺混比的甲醇/甲烷层流扩散火焰的碳烟生成特性.研究结果表明:甲醇的添加会导致火焰的起燃位置降低,从而导致碳烟在火焰更低的位置生成.火焰中碳烟体积分数随甲醇掺混比的增加先增加后减小,在30%甲醇掺混比下火焰的碳烟体积分数峰值达到最大值,碳烟体积分数为4.12×10-8.甲醇掺混比升高会使O和OH的峰值升高,但在30%甲醇掺混时,峰值会在轴向位置发生向上偏移,导致30%甲醇掺混时碳烟体积分数为最大值.

    碳烟甲醇/甲烷层流扩散火焰化学反应机理模拟

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    菲涅尔定向传光装置多因素交互作用研究

    莫连健胡艳鑫黄金曾玥瑜...
    3566-3577页
    查看更多>>摘要：搭建菲涅尔定向传光装置实验平台,对菲涅尔定向传光装置集热性能进行实验探究,研究菲涅尔定向传光装置抛物反射面焦准距p、反射率ρ、传光距离L、几何聚光比Cg和接收表面吸收率α这5个结构参数及其交互作用对菲涅尔定向传光装置光学效率的相对影响程度,并利用光学软件TracePro对菲涅尔定向传光装置的光学性能进行仿真研究.研究结果表明:焦准距和传光距离这2个因素之间的交互作用对菲涅尔定向传光装置的光学效率具有显著影响,传光距离对菲涅尔定向传光装置的光学效率的影响最显著;正北侧全年平均光学效率最高为81.31%,正南侧全年平均光学效率最高为62.26%.

    太阳能集热系统光学效率蒙特卡罗模拟数值模拟定向传光集热性能

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    波浪荷载作用下车辆-轨道-悬浮隧道动力响应研究

    徐磊朱雪燕赵永胜王琨...
    3578-3587页
    查看更多>>摘要：为实现波浪荷载作用下车辆-轨道-悬浮隧道系统耦合动力学行为模拟和分析,基于车辆-轨道耦合动力学理论,引入轮轨非线性时变单元矩阵法和结构单元多尺度耦合法,采用弹簧-阻尼单元模拟锚索系统,建立车辆-轨道-悬浮隧道动力相互作用模型;根据线性波浪理论和Morison方程,确定波浪荷载计算方法;最后,基于所建立的车辆-轨道-悬浮隧道动力相互作用模型开展数值仿真模拟,研究波浪荷载作用下锚索等效刚度、波浪高度、行车速度等参数变化时系统振动响应特性及传播规律.研究结果表明:锚索等效刚度变化对轨道-悬浮隧道系统结构位移的影响显著,提高锚索等效刚度能够有效抑制结构位移增大,且考虑部分锚索失效后系统结构位移变化较大,位移增幅均大于43%,不利于结构稳定;轨道-悬浮隧道系统结构的横向位移主要由波浪荷载引起,随着波浪高度增加,轨道-悬浮隧道系统结构位移整体上呈增大趋势;在工程设计过程中,应充分调研场地水环境,并合理设置轨道-悬浮隧道系统的结构参数,以确保系统的安全性和稳定性.

    车辆-轨道耦合动力学车辆-轨道-悬浮隧道线性波浪理论锚索等效刚度动力学响应

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    基于正交试验的蓄能弹簧优化设计

    鲁寨军孙永龙刘东润
    3588-3600页
    查看更多>>摘要：为了提高蓄能弹簧的回弹性能,采用Ansys Workbench有限元软件建立了蓄能弹簧的有限元模型,并通过对比试验验证了模型的可靠性.以弹性能和最大等效应力作为回弹性能的评价指标,探究了薄片宽度、薄片厚度、截面直径、盘绕圈数以及盘绕中径等参数对蓄能弹簧回弹性能的影响.通过正交试验分析了各结构参数对蓄能弹簧的弹性能和等效应力的敏感性.基于弹性能最大和等效应力最小两个目标,对蓄能弹簧的结构参数进行了优化设计.研究结果表明:蓄能弹簧的弹性能随着薄片宽度、薄片厚度、截面直径以及盘绕圈数的增大而增大;最大等效应力随着薄片宽度增大而增大,随着截面直径和盘绕圈数的增大而减小;薄片厚度对弹性能的影响最大,盘绕圈数对最大等效应力的影响最大,而盘绕中径对弹性能与最大等效应力的影响均最小;优化后的蓄能弹簧弹性能提升了190.14%,同时等效应力峰值下降了2.26%.

    蓄能弹簧结构参数弹性能最大等效应力优化设计

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