Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.


JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).


Journal of Zhejiang University SCIENCE A

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

2020 Vol.21 No.12 P.939-1022

   Cover:  <714>
      
Contents:  <647>

<<<                         CONTENTS                         >>>

Articles

A dynamic constitutive model of ultra high toughness cementitious composites

Shi-lang Xu, Ping Wu, Fei Zhou, Xiao Jiang, Bo-kun Chen, Qing-hua Li

DOI: 10.1631/jzus.A1900599 Downloaded: 2260 Clicked: 2842 Cited: 0 Commented: 0(p.939-960) <Full Text>

Chinese summary   <24>  超高韌性水泥基複合材料動态本構關系

目的:水泥基材料在動态荷載下(xià)會有壓力相關性、應變率相關性、加載路徑相關性以及應變軟化等特性.根據現有水泥基材料的實驗數據,本文旨在建立能夠較爲準确描述超高韌性水泥基複合材料在動态荷載作用下(xià)的顯式動态本構模型,爲超高韌性水泥基複合材料在防護工(gōng)程中(zhōng)的應用提供科學依據.
創新點:1. 提出了一(yī)個連續、光滑和外(wài)凸的屈服面,并且該屈服面可以将拉壓損傷分(fēn)開(kāi)考慮; 2. 建立了可以反映超高韌性水泥基複合材料拉伸延性和多縫開(kāi)裂現象的損傷方程; 3. 将體(tǐ)積損傷引入到本文所提出的模型當中(zhōng).
方法:1. 将提出的模型嵌入到LS-DYNSA軟件當中(zhōng),并利用該模型模拟超高韌性水泥基複合材料在單軸拉伸/壓縮、雙軸壓縮、三軸圍壓下(xià)的應力應變曲線,并與實驗結果對比,驗證模型的準确性; 2. 利用該模型、HJC模型和K&C模型預測不同應變率下(xià)超高韌性水泥基複合材料單軸拉伸/壓縮下(xià)的應力應變曲線以及特定應變率下(xià)超高韌性水泥基複合材料的單軸拉伸、雙軸拉伸和三軸拉伸應力應變曲線,并通過對比實驗,驗證超高韌性水泥基複合材料動态本構模型在靜态和動态加載條件下(xià)的正确性; 3. 模拟在一(yī)定炸藥埋置深度下(xià)超高韌性水泥基複合材料靶體(tǐ)的破壞形态和超高韌性水泥基複合材料靶體(tǐ)在彈速沖擊下(xià)的破壞數據,并與實測結果進行對比,驗證本文模型的準确性.
結論:1. 建立的超高韌性水泥基複合材料動态力學本構模型不僅考慮了壓力相關性、應變軟化、應變率效應和應力路徑相關性,而且可以反映超高韌性水泥基複合材料的延性拉伸特性; 2. 将所提模型嵌入LS-DYNA軟件,可以模拟超高韌性水泥基複合材料在靜态加載速率下(xià)的單軸拉伸/壓縮、雙軸壓縮和三軸圍壓應力應變曲線,并且與實驗結果接近且能更好地反映超高韌性水泥基複合材料的基本力學性能; 3. 與HJC模型和K&C模型對比發現,隻有所提模型可以全面而準确地描述不同應變率下(xià)超高韌性水泥基複合材料的應變率特性; 4. 與實驗結果對比顯示,本文提出的本構模型相較于HJC模型可以更爲準确地預測超高韌性水泥基複合材料靶體(tǐ)抗爆漏鬥坑的大(dà)小(xiǎo)、侵徹深度和裂紋擴展情況.

關鍵詞組：HJC模型;超高韌性水泥基複合材料;動态本構關系;爆炸;侵徹;數值模拟

Deformational characteristics of sensor-enabled geobelts incorporating two failure modes in reinforced sand

Yi-lin Wang, Xin-zhuang Cui, Kai-wen Liu

DOI: 10.1631/jzus.A2000056 Downloaded: 1835 Clicked: 2503 Cited: 0 Commented: 0(p.961-975) <Full Text>   <PPT>  1463

Chinese summary   <20>  兩種失效模式下(xià)傳感型土工(gōng)帶在砂土中(zhōng)的變形特性研究

目的:在加筋土結構中(zhōng)的土工(gōng)帶有拉伸斷裂和拔出兩種失效模式.研究土工(gōng)帶的變形對預測加筋土結構的潛在滑裂面具有重要意義.爲了研究在拉伸斷裂和拔出這兩種不同失效模式下(xià)土工(gōng)帶的變形特征,本文在不同法向壓力下(xià)對不同長度的傳感型土工(gōng)帶開(kāi)展拉拔試驗.
創新點:1. 傳感型土工(gōng)帶具有拉敏效應和自檢測功能,可以實現土工(gōng)帶在拉伸過程中(zhōng)的應變分(fēn)布式測量; 2. 提出了兩種失效模式之間的臨界線,該臨界線考慮了法向壓力和筋材有效長度兩個參數,可用于筋材失效模式的初步判斷; 3. 根據傳感型土工(gōng)帶的變形特征,提出了用于初步預判失效模式的預警準則.
方法:1. 利用傳感型土工(gōng)帶的自檢測功能,得到拉拔試驗過程中(zhōng)筋材應變的分(fēn)布情況,并進一(yī)步分(fēn)析得到筋材軸向應力和筋材位移的分(fēn)布情況; 2. 根據不同筋材長度和在不同法向壓力下(xià)的拉拔試驗結果,反向拟合得出兩種失效模式之間的臨界線; 3. 通過分(fēn)析傳感型土工(gōng)帶的應變、應力和位移分(fēn)布結果,總結得出兩種失效模式下(xià)土工(gōng)帶的變形特征.
結論:1. 提出的兩種失效模式之間的臨界線考慮了筋材長度和法向壓力兩種因素,可對筋材失效模式進行初步判斷. 2. 根據傳感型土工(gōng)帶分(fēn)布式檢測結果和變形特征,建立了用于判斷兩種失效模式的預警準則;加筋土結構中(zhōng)的筋材在潛在滑裂面處出現應變峰值,且筋材變形從滑裂面處開(kāi)始向兩側逐步發展;一(yī)旦筋材末端應變不再爲零,則筋材易被拔出;若筋材末端應變爲零,同時滑裂面處筋材應變極值達到斷裂伸長率,則筋材易斷裂;該準則可用于判斷和識别加筋土結構的潛在失效模式.

關鍵詞組：土工(gōng)合成材料;傳感型土工(gōng)帶;失效模式;變形特征;拉拔試驗

Bending failure of a concrete gravity dam subjected to underwater explosion

Xie-ping Huang, Jing Hu, Xue-dong Zhang, Zi-tao Zhang, Xiang-zhen Kong

DOI: 10.1631/jzus.A2000194 Downloaded: 2294 Clicked: 2563 Cited: 0 Commented: 0(p.976-991) <Full Text>   <PPT>  1479

Chinese summary   <20>  混凝土重力壩水下(xià)爆炸荷載作用下(xià)的彎曲破壞

目的:探索混凝土重力壩在水下(xià)爆炸荷載作用下(xià)的破壞模式和破壞機理.
方法:1. 利用離(lí)心機試驗和數值模拟對混凝土重力壩在水下(xià)爆炸荷載下(xià)的破壞模式進行對比研究; 2. 結合水下(xià)爆炸的物(wù)理過程,對大(dà)壩破壞模式的産生(shēng)機理進行分(fēn)析,并利用應變曆史對其進行驗證.
結論:1. 混凝土重力壩較薄的上部易受破壞,且在下(xià)遊拐角位置可以觀察到水平斷裂. 2. 在大(dà)壩下(xià)部約1/3位置處,可觀察到另一(yī)拉伸斷裂;該斷裂主要受上遊面的彎曲拉應力控制,使該斷裂向下(xià)遊發展. 3. 一(yī)些在曆史戰争中(zhōng)産生(shēng)的大(dà)壩破壞具有相似的破壞模式,即通常在大(dà)壩上部出現不同深度的潰口;這種失效模式與本研究的結果一(yī)緻. 4. 壩體(tǐ)下(xià)部拉伸斷裂的位置決定了潰口的深度.

關鍵詞組：離(lí)心機試驗;數值模拟;混凝土重力壩;水下(xià)爆炸;彎曲破壞

Effects of nanoclay addition on the permeability and mechanical properties of ultra high toughness cementitious composites

Min-jia Wang, He-dong Li, Qiang Zeng, Qing-fen Chang, Xiu-shan Wang

DOI: 10.1631/jzus.A2000023 Downloaded: 2153 Clicked: 3379 Cited: 0 Commented: 0(p.992-1007) <Full Text>   <PPT>  1608

Chinese summary   <22>  納米級粘土對超高韌性水泥基複合材料滲透性和力學性能的影響

目的:1. 通過添加納米級粘土以調節超高韌性水泥基複合材料(UHTCC)的微觀結構,從而提高其抗滲性能. 2. 研究不同用量的納米級粘土對UHTCC的力學性能、裂紋形态、孔結構、孔隙率及滲透性的影響規律,并闡釋其抗滲機理.
創新點:1. 通過控制納米級粘土的摻量,在不明顯降低抗壓強度的前提下(xià),明顯改善UHTCC的抗滲性能; 2. 通過綜合分(fēn)析孔結構、試件受彎裂縫和跨中(zhōng)撓度等,揭示粘土摻量對UHTCC的力學性能及抗滲性能的影響規律.
方法:綜合利用軸壓試驗、四點彎曲試驗、抗滲試驗、壓汞試驗和掃描電鏡微觀觀測,系統分(fēn)析納米粘土用量對UHTCC的抗壓強度、彎曲性能、孔結構及抗滲性能的影響,并嘗試闡明抗滲性能提升機理.
結論:1. 添加質量分(fēn)數爲1%的納米級粘土對UHTCC的抗壓強度幾乎沒有影響;超過該用量,材料的抗壓強度将随粘土用量的增加而逐漸降低;當納米級粘土的添加量從0%增加到6%時,彎曲強度從約10 MPa降低到約6 MPa,但所有UHTCC的最大(dà)跨中(zhōng)撓度基本相同,約爲5 mm,說明适當摻量的納米級粘土不會降低UHTCC的彎曲變形能力. 2. 添加了1%納米級粘土的UHTCC的孔隙率最小(xiǎo)(爲31.75%),阈值孔徑爲183.13 nm,抗滲壓力最大(dà)(爲1.8 MPa),且滲透時間最大(dà)(爲19 h);其優異的抗滲性能可歸因于納米級粘土的填充和異質形核效應. 3. 分(fēn)散良好的納米級粘土薄片使水分(fēn)子滲透路徑變得曲折,從而延長了滲水路程,但過量的納米級粘土(>2%)會導緻納米團聚,并形成團簇缺陷,從而惡化抗滲性能.

關鍵詞組：納米粘土;滲透性;孔結構;水泥基複合材料;應變硬化

Local heat transfer enhancement induced by a piezoelectric fan in a channel with axial flow

Yun-long Qiu, Chang-ju Wu, Wei-fang Chen

DOI: 10.1631/jzus.A2000057 Downloaded: 2178 Clicked: 3355 Cited: 0 Commented: 0(p.1008-1022) <Full Text>   <PPT>  1578

Chinese summary   <22>  壓電風扇對管内局部受迫對流換熱的強化效果 研究

目的:電子設備的局部過熱問題對散熱系統的設計提出了新的考驗. 針對傳統被動式散熱技術調節困難、調節代價大(dà)等問題,本文提出使用壓電風扇作爲控制元件對管内局部過熱區域進行主動對流換熱效果強化的方案,期望通過實驗與數值模拟研究掌握壓電風扇在管内橫流作用下(xià)的流動控制特性及強化傳熱機理,爲壓電風扇在實際工(gōng)程中(zhōng)的應用提供理論指導.
創新點: 1. 通過基于等溫設計的實驗系統測試加熱面在壓電風扇作用下(xià)的時均努塞爾數,并證明壓電風扇對管内局部區域對流換熱效果的強化能力; 2. 通過數值模拟分(fēn)析壓電風扇的縱向渦産生(shēng)特性并解釋縱向渦對局部對流換熱效果的強化機理.
方法:1. 利用銅熱沉導熱快、熱容大(dà)等特性建立定常的等溫換熱面,并測量得到等溫壁面在壓電風扇作用下(xià)的時均努塞爾數; 2. 使用基于動網格技術的數值模拟,得到壓電風扇作用下(xià)的流場與溫度場信息,分(fēn)析壓電風扇的流動控制特性,并解釋壓電風扇強化局部對流換熱的機理; 3. 通過參數化研究說明振幅和來流雷諾數對壓電風扇強化對流換熱效果的影響.
結論:1. 壓電風扇的振動可以顯著地強化管内局部區域的對流換熱性能; 2. 壓電風扇引起的對流換熱強化主要來自其振動産生(shēng)的縱向渦對; 3. 壓電風扇的振動對管内流動壓降的影響較小(xiǎo).

關鍵詞組：壓電風扇;局部對流換熱強化;受迫對流;縱向渦;壓降

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