上海大学学报(自然科学版)

马杭1, 潘蒙2

2016, 22(5): 533-544. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2015.02.020

摘要 ( 817 )

PDF (16986KB) ( 425 )

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针对弹性固体中同时含有粒子和裂纹的情况, 建立了全空间中的粒子和裂纹的位移间断形式的对偶边界积分方程计算模型, 解决了全空间条件下难以对研究对象进行直接加载的问题. 采用边界积分方程的离散形式对含有少量粒子和裂纹的典型情况进行了数值分析, 其中对粒子边界(或界面)和裂纹面分别采用边界点法和高斯配点法进行离散, 计算了裂纹的应力强度因子, 探讨了粒子与裂纹的相互作用. 通过与已有研究结果比较, 验证了计算模型与计算机程序的正确性与可靠性.

基于量子绝热捷径技术的光波导分束器设计

浦珺慧, 施解龙, 吴仁华, 陈玺

2016, 22(5): 545-551. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2015.02.007

摘要 ( 809 )

PDF (7244KB) ( 792 )

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用于加快量子绝热“慢”过程的量子绝热捷径技术, 已广泛应用于原子、分子和光物理.基于耦合波导的量子光学类比, 利用量子绝热捷径技术设计光学波导的耦合系数与传播常数, 实现快速的光波导分束器件. 通过数值模拟, 并与共振耦合和绝热耦合波导进行比较. 结果表明, 量子绝热捷径技术所设计的光学波导分束器具有长度短、输出稳定性高的优势.

基于分层网络和反馈机制的细胞重编程

刘仕进, 刘艳伟, 王瑞琦

2016, 22(5): 552-559. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2016.01.017

摘要 ( 762 )

PDF (7103KB) ( 336 )

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在多潜能细胞分化并最终形成相应的谱系结构的过程中, 多潜能细胞可能发生重编程.主要研究细胞分化过程中由双重负反馈回路的层级网络如何产生细胞重编程. 通过建立数学模型对整个系统的分叉进行分析, 揭示分层网络以及反馈机制产生细胞重编程的机理.

纳米流体液滴的耗散粒子动力学模拟

沈世元, 周哲玮

2016, 22(5): 560-572. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2015.02.015

摘要 ( 744 )

PDF (6689KB) ( 622 )

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采用在介观尺度下适用的耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法, 对考虑静电力作用的纳米流体系统进行建模, 研究了在纳米颗粒带电量和浓度影响下纳米流体液滴接触角的变化. 通过对实验过程进行的数值模拟, 得到了定性相同的结果.

复杂荷载环境下海上风力机的建模及动力学特性分析

王青占, 赵建中, 郭兴明

2016, 22(5): 573-585. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2015.02.016

摘要 ( 799 )

PDF (13327KB) ( 500 )

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通过分析处于海风、海浪、海流、土壤力等复杂荷载作用下的海上风力机支撑结构, 采用赫维赛德阶跃函数和狄拉克函数建立了连续统一的、顶端带有集中质量块的悬垂梁风力机动力学模型. 基于对控制方程的Galerkin截断, 得到离散化的常微分方程组, 使用四阶Runge-Kutta方法求解, 得到了模型的动力学行为特性云图曲线. 通过悬垂梁风力机模型的时程曲线、庞加莱映射对风力机模型进行动力学分析, 给出了位移和速度的幅值随激振力频率变化的幅频特性曲线, 并研究了垂向激振、自重、变刚度参数对风力机结构振动特性及其稳定性的影响.

湍流分离流中颗粒的扩散机制

邱骁, 丁珏, 王忠杰, 翁培奋

2016, 22(5): 586-596. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2015.03.002

摘要 ( 797 )

PDF (7095KB) ( 313 )

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后台阶流动包含分离流重要的流动特性, 采取欧拉-拉格朗日耦合算法对后台阶分离流动中颗粒扩散运动进行数值研究. 气相场采取大涡模拟方法, 亚格子模式基于标准的Smagorinsky 模式, 颗粒相运动采取轨道法模拟. 计算所得气相的流向平均速度和平均脉动速度与实验结果吻合较好, 验证了模型和方法的正确性. 基于此, 数值分析后台阶两相流动的特性以及流场涡结构的发展和演化过程. 结果表明: 两相流中颗粒的扩散特性既受到颗粒粒径的影响, 又与颗粒和涡结构的相互作用时间有关. 后台阶流场中增加结构物时, 流场涡结构发生变化, 即与扰动源保持一定距离后, 涡数量增多, 流场中颗粒分布不均匀, 较多颗粒聚集在涡的外缘.

外加横向激励对固-铰支承管道流固耦合振动的影响

朱卫平, 周楚健, 狄勤丰

2016, 22(5): 597-605. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.05.023

摘要 ( 692 )

PDF (6274KB) ( 215 )

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首先, 由Hamilton 原理推导外侧施加横向激励的输液管道流固耦合弯曲振动微分方程, 针对固-铰支承管道提出一种新的振型函数, 利用Galerkin 法求得前五阶固有频率表达式, 并且通过对比验证了新振型函数的正确性. 其次, 在一阶截断情况下求得这类管道的挠度、弯矩和剪力表达式, 讨论了流速、液压和外激频率变化对固-铰支承管道中点挠度和最大弯矩的影响. 结果表明, 由新振型函数确定的前五阶固有频率不仅计算简便而且具有很高的精度, 同时验证了输液管道固有频率对液压和流速的依赖性, 也证实了对于流固耦合问题, 结构发生共振与外激频率接近结构固有频率有关同样适用.

基于CFD的潜液式液化天然气泵导叶设计

钱涛, 陈红勋, 梁成鹏

2016, 22(5): 606-615. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2015.01.016

摘要 ( 856 )

PDF (12477KB) ( 344 )

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潜液式液化天然气(liquefied natural gas, LNG)泵工作时, 屏蔽电机和泵体全部浸没在低温液体中. 为减小泵的径向和轴向尺寸, 潜液式LNG泵采用了一种特殊结构的导叶. 在分析潜液式LNG泵导叶结构特点的基础上, 研究导叶进口喉部宽度和折转角对泵设计工况水力性能的影响. 首先, 设计不同几何参数的导叶, 并分别与同一叶轮进行匹配; 再通过ANSYS CFX软件, 采用标准k-ε湍流模型对各导叶分别进行全流场数值计算. 计算结果表明: 进口喉部宽度是潜液式LNG泵导叶的关键尺寸, 设计时需重点考虑; 进口喉部宽度存在最优值, 且最优值大于经验值; 进口折转角对泵扬程和效率影响较小. 因此, 设计导叶时可优先确定其他关键尺寸, 再通过调节进口折转角改善导叶的结构.

两种立方体构型的微泡超声造影剂的温度场

杨青1, 徐凯宇1,2, 冯江涛1,2

2016, 22(5): 616-623. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2015.02.014

摘要 ( 659 )

PDF (7015KB) ( 163 )

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通过计算黏性耗散产生的能量, 研究了磷脂薄膜超声造影剂在外界声压激励下, 单一微泡在血液环境内的温度场. 结合实验观测, 构造了以一个红细胞为中心, 8 个微泡为顶点的正立方体模型, 计算了微泡引起的中心温度的增量. 对于微泡浓度较高或出现微泡团黏滞在组织机体表面上的情况, 提出了密排面心立方体模型, 计算了微泡团对矩形区域产生的温度场, 得到了在此范围内的最高温度. 最后对所提出模型的安全性进行分析, 证明了其可行性和有效性.

线性加荷情况下非饱和土层一维固结特性分析

秦爱芳, 葛航

2016, 22(5): 624-636. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2015.01.002

摘要 ( 784 )

PDF (7000KB) ( 329 )

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基于Fredlund非饱和土一维固结理论, 得到了线弹性和黏弹性两种地基在线性加荷情况下, 顶面透水透气、底面不透水不透气的单层非饱和土一维固结超孔隙水压力、超孔隙气压力和沉降的半解析解. 通过典型算例, 分析了不同水、气渗透系数比以及不同土层深度下超孔隙水压力、超孔隙气压力和固结度随时间的变化规律，并对线弹性和黏弹性两种地基的计算结果进行了比较分析. 得到的结论对于非饱和土固结特性的研究及线性加荷下的固结工程具有一定的参考价值.

不同土工合成材料加筋土界面的静动力直剪特性

刘飞禹1, 沈春春1, 王军2,3, 王攀1

2016, 22(5): 637-647. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2016.01.016

摘要 ( 606 )

PDF (13671KB) ( 205 )

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为研究不同加筋材料对筋-土界面在静力、动力作用下的剪切特性的影响, 采用大型直剪仪对土工编织布、土工无纺布、土工膜加筋的加筋土界面进行了一系列单调直剪试验、循环直剪试验和循环后单调直剪试验, 并将单调直剪试验与循环后单调直剪试验的结果进行对比分析. 结果表明：单调直剪试验中, 界面剪应力-剪切位移关系由于加筋筋材力学特性与结构特征不同, 呈现出较大差别, 其中筋材在较大竖向应力的剪切过程中容易发生变形; 在循环剪切过程中, 土工编织布、土工无纺布界面抗剪强度发生了软化现象, 而土工膜界面抗剪强度则发生了硬化现象.

土水特征曲线预测非饱和黏土的抗剪强度

李万双, 孙德安, 高游

2016, 22(5): 648-655. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2015.01.015

摘要 ( 613 )

PDF (7261KB) ( 436 )

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分别采用压力板法和滤纸法对一种孔隙比大致相同的黏土进行了测量土水特征曲线的试验, 并通过直剪仪试验测得不同含水率下该黏土的抗剪强度(简称强度). 试验结果表明: 压力板法和滤纸法测得的土水特征曲线大致相同; 同样竖向压力下, 抗剪强度随饱和度降低而增大, 但饱和度很低时强度反而减小. 饱和度主要影响黏聚力, 对内摩擦角的影响不大. 另外, 应用土水特征曲线对非饱和黏土的强度进行了预测. 通过引入有效饱和度的概念, 对非饱和土强度公式进行修正, 采用该公式预测非饱和土强度的精度比传统的平均骨架应力预测方法要高.

半球形复合立体加筋砂土的强度特性及作用机理

杨磊1, 张孟喜1, 彭基敏2, 孙州1, 高昂1

2016, 22(5): 656-664. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2015.02.019

摘要 ( 661 )

PDF (7728KB) ( 520 )

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选用橡胶作为加筋材料, 通过三轴剪切试验对半球形复合立体加筋砂土进行强度特性研究, 分析了不同半球数量、围压下加筋砂土的强度特性、应力-应变关系和破坏形态, 讨论了围压、半球数量和加筋层数对加筋砂土强度的影响, 得到了半球加筋的作用机理. 试验结果表明: 低围压时加筋砂土的抗剪强度增幅较大; 加筋效果随着筋材层数的增加而增强; 与水平筋相比, 半球形复合体加筋对土体的约束力较大, 加筋土的抗剪强度增幅也较大, 且随着半球数目的增加, 加筋砂土的黏聚力、内摩擦角也显著提高.

突加集中荷载作用下饱和土-深埋圆形隧道衬砌系统的非轴对称动力响应

陆剑骏, 杨骁

2016, 22(5): 665-679. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2015.01.003

摘要 ( 796 )

PDF (9372KB) ( 360 )

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考虑饱和土与深埋圆形衬砌的相互作用, 研究了突加集中荷载作用下饱和土-衬砌系统的非轴对称动力响应. 基于Biot理论和弹性理论, 采用Laplace变换和Fourier级数, 考虑衬砌边界条件以及衬砌与饱和土交界面处的连续性条件, 在Laplace变换域内求得突加集中荷载作用下饱和土-弹性衬砌耦合系统的位移、应力和孔隙水压力等的解析表达式. 利用Laplace逆变换Crump数值反演方法得到饱和土-衬砌系统动力响应的数值解, 并分析了土体和衬砌系统的力学、几何等参数对系统动力响应的影响. 结果表明: 5倍隧道衬砌半径以外处土体的动力响应远小于隧道附近土体的动力响应; 衬砌刚度和厚度对土体位移和应力影响显著, 但对孔隙水压力影响较小; 孔隙水的可压缩性对土体位移的幅值影响不大, 但对应力幅值的影响较为显著.

高频振动沉桩施工对周边环境的影响

张智梅1, 黄海涛1, 张继红2

2016, 22(5): 680-690. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2015.02.001

摘要 ( 737 )

PDF (14096KB) ( 463 )

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从振动桩锤、桩体和土层情况3个方面入手, 系统分析了高频振动沉桩施工对周边环境影响的作用机理. 首先建立振动沉桩三维有限元模型, 实现对沉桩全过程的再现分析; 然后验证模型的正确性, 并对模型进行变参数分析. 研究表明: 桩锤激振频率越高, 沉桩对环境影响越小; 桩锤静载力和桩径越大, 沉桩对环境影响越大; 砂质土场地比黏土场地更易受振动沉桩影响, 且土质越硬, 沉桩产生的环境影响越严重. 最后, 根据参数分析结果提出了减小沉桩施工影响的工程措施.

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