Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

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Civil Engineering

The state-of-the-art centrifuge modelling of geotechnical problems at HKUST

Charles W. W. Ng

DOI: 10.1631/jzus.A1300217 Downloaded: 5486 Clicked: 13241 Cited: 18 Commented: 0(p.1-21) <Full Text>   <PPT>  896

Chinese summary   <281>  香港科技大学土工离心机先进模拟技术在岩土工程中的应用

研究目的:采用香港科技大学的先进土工离心模拟技术来研究和解决复杂的岩土工程问题。
创新方法:1.验证竖向钻孔开挖技术(应力释放)对建筑纠偏的有效性;2.研究隧道坍塌对其邻近既有隧道的影响;3.研究基坑开挖对坑中既有桩基承载力的影响;4.揭示不同颗粒级配形成的土坡在水位上升和动力荷载作用下的破坏模式。
研究手段:1.用香港科技大学全球首台离心机中的双向震动台(见图5)模拟地震荷载对土坡的影响;2.用香港科技大学全球第二台四轴机械手(见图6)模拟不停机情况下的钻孔开挖。
重要结论:1.竖向钻孔开挖技术能有效地对建筑物进行纠偏;2.隧道坍塌会对其邻近既有隧道产生很大的附加弯矩,尤其是拱脚处的弯矩可增加多达228%;3.基坑开挖后坑中桩基的承载力取决于桩土接触面的粗糙程度,粗糙的桩-土接触面在剪切过程中倾向于发生剪胀,这会增大桩周围土的水平土压力,从而使桩基承载力增加;4.当水位上升时,颗粒均匀,级配差的松散砂土坡容易发生静态液化;相反地,颗粒级配好的松散砂土坡(风化土)不太可能发生静态液化,而只是发生整体滑动破坏;5.离心机双向震动台实验显示松散的风化岩土坡在0.3g的地震加速度作用下不会发生液化,可以抵御香港地区的地震荷载(0.08g到0.11g)。

关键词组:土工离心机;建筑纠偏;隧道坍塌;深基坑工程;土坡静态液化

An investigation of flow characteristics in slope siphon drains

Yue-liang Cai, Hong-yue Sun, Yue-quan Shang, Xiao-liang Xiong

DOI: 10.1631/jzus.A1300178 Downloaded: 1890 Clicked: 4527 Cited: 3 Commented: 0(p.22-30) <Full Text>   <PPT>  647

Chinese summary   <182>   边坡高扬程虹吸排水管流态特征研究

研究目的:从实验及理论角度阐述边坡高扬程虹吸排水容易断流造成虹吸中断的原因,并提供解决方案,实现虹吸排水的长期有效。
创新方法:利用物理模型实验,结合理论解析推导,得到了高扬程虹吸排水管顶部流态特征及其与管径的关系,解决了高扬程虹吸排水容易断流造成虹吸中断问题,保证了虹吸排水技术在边坡治理工程中的长期有效性。
研究手段:通过物理模型试验,揭示虹吸水流经过管顶区段的三种流型特征(见图4);利用热力学理论推导,得到了虹吸水流经过管顶区段由贴壁流向弹状流转变的临界管径,见公式(23)。
重要结论:管中形成气液共同移动的完整弹状流是实现虹吸排水长期稳定的关键,虹吸水流经过管顶区段由贴壁流向弹状流转变时存在临界管径。保证边坡工程中虹吸排水长期稳定的管径以3.6?mm为宜。

关键词组:虹吸排水;贴壁流;弹状流;虹吸管径;液面形状

High temperature mechanical performance and micro interfacial adhesive failure of textile reinforced concrete thin-plate

Shi-lang Xu, Ling-hua Shen, Ji-yang Wang, Ye Fu

DOI: 10.1631/jzus.A1300150 Downloaded: 1756 Clicked: 4973 Cited: 4 Commented: 0(p.31-38) <Full Text>

Chinese summary   <33>  织物增强混凝土薄板的高温力学性能与微观界面黏结破坏性分析

研究目的:探讨不同温度和持续时间对织物增强混凝土(TRC)薄板裂缝行为和承载能力的影响。通过微观扫描电镜观测观测,分析纤维编织网与基体混凝土间的界面黏结破坏机理。
创新方法:明确了高温后纤维编织网与基体混凝土之间界面粘结破坏的主要原因。以温度和持时为基本参数,对TRC构件的耐高温性能进行正确评价。
研究手段:通过三点弯曲试验(见图3),对高温后试件的力学性能(见图4、5)进行测试。通过微观扫描电镜观测(见图8~10),了解高温下纤维编织网、环氧树脂及基体混凝土的形态。
重要结论:1. 环氧树脂在200 °C高温作用90 min时劣化严重,造成纤维网与基体之间的界面黏结破坏,这是导致试件破坏的主要原因;2. 在常温或120 °C作用下,掺加聚丙烯(PP)纤维可以较大幅度地提高TRC构件的承载能力;但在200 °C、持续时间较长的高温作用下,PP纤维的掺入对试件的承载力几乎没有影响。

关键词组:织物增强混凝土薄板;环氧树脂;聚丙烯纤维;耐高温性能;三点弯曲试验

Mechanical Engineering and Mechanics

Numerical analysis of a nonlinear double disc rotor-seal system

Wen-jie Zhou, Xue-song Wei, Xian-zhu Wei, Le-qin Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1300230 Downloaded: 2233 Clicked: 5405 Cited: 5 Commented: 0(p.39-52) <Full Text>   <PPT>  769

Chinese summary   <151>  非线性双圆盘转子-密封系统的数值分析

研究目的:求解双圆盘转子-密封系统的非线性振动特性和运动响应
创新方法:采用有限元法(FEM)和拉格朗日方程求解双圆盘转子-密封系统,进而为研究多级转子系统的非线性振动问题提供有效方法。
研究手段:基于有限元法(FEM)和拉格朗日方程,得到包含Muszynska非线性密封流体力和圆盘重力作用下的双圆盘转子-密封系统的运动方程。同时利用四阶龙格-库塔法求解系统动特性运动响应情况,利用分岔图、时间历程图、轴心轨迹图、庞加莱映射和幅值谱等分析图研究双圆盘转子-密封系统的非线性振动特性。
重要结论:随着转速的增大,双圆盘转子-密封系统呈现丰富的非线性运动形式,包括周期性运动、多周期运动、准周期运动以及混沌运动。在右端圆盘不平衡质量小于34 kg、密封间隙范围为0.376 mm–0.54 mm、密封长度大于0.13 m或者密封压差高于0.104 MPa的情况下均有利于提高双圆盘转子-密封系统的稳定性。

关键词组:非线性;转子-密封系统;有限元法;流体激励

Elimination of surface spiral pattern on brake discs

Adrián Rodríguez, L. Norberto López de Lacalle, Asier Fernández, Stephan Braun

DOI: 10.1631/jzus.A1300236 Downloaded: 1771 Clicked: 3566 Cited: 1 Commented: 0(p.53-60) <Full Text>

Chinese summary   <24>  制动盘表面螺旋纹理的消除方法

创新方法:提出以冲刷代替传统磨削过程对制动盘进行抛光;研究获取规定表面质量下的最优冲刷条件。

关键词组:制动盘;冲刷;表面粗糙度;螺旋模式;铸铁

Skin-core adhesion in high performance sandwich structures

Yi-ou Shen, Wesley Cantwell, Yan Li

DOI: 10.1631/jzus.A1300283 Downloaded: 1387 Clicked: 4036 Cited: 2 Commented: 0(p.61-67) <Full Text>   <PPT>  541

Chinese summary   <24>  高性能夹芯结构的面板与芯材的黏合性能

研究目的:通过准静态到动态的加载,研究以不锈钢点阵结构为芯材的夹芯结构的层间断裂韧性。
创新方法:制备的夹芯结构不需要黏合剂,但是具有优异的面板-芯材界面性能;证明改良后的三点弯曲实验可用于研究夹芯结构在低速冲击下的界面性能。
研究手段:采用改良后的三点弯曲实验(见图2)测试夹芯结构的面板-芯材断裂韧性;采用低速冲击来测试夹芯结构的抗分层性能(见图5)和吸收能量性能(见图8)。
重要结论:1.采用热压法制备的以碳纤维增强环氧树脂预浸料为面板,不锈钢点阵结构为芯材的夹芯结构不需要任何粘合剂;2.所得夹芯结构在受到准静态和动态三点弯曲加载时展现了优异的抗面板-芯材界面分层性能,断裂能达到5500 J/m2;3.改良的三点弯曲实验可以用于测试低速冲击条件下夹芯结构的断裂性能。

关键词组:夹芯结构;层间断裂韧性;弯曲性能

Hydraulic Engineering

A three-dimensional topographic survey based on two-dimensional image information

Xiao-long Song, Yu-chuan Bai, Chao Ying

DOI: 10.1631/jzus.A1300317 Downloaded: 1341 Clicked: 3288 Cited: 1 Commented: 0(p.68-82) <Full Text>   <PPT>  568

Chinese summary   <30>  一种基于二维图像信息的三维地形测量

研究目的:利用数字图像测量技术对河流模型实验中的河床地形测量研究。
创新方法:以高质量的图像径向畸变校正为基础,依据多幅图像间映射换算以及单幅图像灰度信息变换两方面的研究,来提取三维地形信息。
研究手段:使用考虑残差的一阶误差传播的最大似然估计方法求解图像与地形坐标的映射变换参数;借助漫反射光照模型,通过适当假设,推导出地形高程与图像灰度、灰度梯度及太阳方向的关系式。
重要结论:1.以Devernay基于直线的图像畸变校正方法为基础,通过使用更高精度的Canny边缘检测算子提取图像边缘,黄金分割法和二次插值法相结合的最优化方法求取畸变系数等,可以得到较好的校正效果,求算的畸变系数精度更高,求算过程更快;2.利用图像与地面间的透视投影关系方法求解地形高程坐标,均匀并尽可能多地将控制点布置在控制区域内,使计算值更接近实测值,并满足河流演变实验的精度要求;3.通过推导关系式,理论上可以根据图像灰度、灰度梯度、太阳方向向量算得地形高程。

关键词组:河床地形测量;数字图像测量技术;径向畸变矫正;投影变换;灰度信息变换

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