Journal of Zhejiang University

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

2024 Vol.25 No.2 P.97-182

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Special Feature on Low-Carbon Cement-Based Materials

Guest Editors: Shengwen TANG, Jing YU

Research Articles

Stress relaxation properties of calcium silicate hydrate: a molecular dynamics study

Zhicheng GENG, Shengwen TANG, Yang WANG, Hubao A, Zhen HE, Kai WU, Lei WANG

DOI: 10.1631/jzus.A2300476 Downloaded: 1204 Clicked: 2437 Cited: 0 Commented: 0(p.97-115) <Full Text> <PPT> 514

Chinese summary <595> 水化矽酸鈣應力松弛特性的分(fēn)子動力學研究

作者：耿志(zhì)成¹，湯盛文^1,2，汪洋¹，阿胡寶¹，何真¹，吳凱²，王磊³
機構：¹武漢大(dà)學，水資(zī)源工(gōng)程與調度全國重點實驗室，中(zhōng)國武漢，430072；²同濟大(dà)學，先進土木工(gōng)程材料教育部重點實驗室，中(zhōng)國上海，200092；³西安建築科技大(dà)學，材料科學與工(gōng)程學院，中(zhōng)國西安，710055
目的：水化矽酸鈣（C-S-H）是波特蘭水泥的主要水化産物(wù)，是影響水泥基材料粘彈性機制的主要成分(fēn)之一(yī)。然而，人們還未能在原子層面上完全理解水泥基材料在外(wài)加變形作用下(xià)随時間變化的粘彈性響應。本文旨在通過建立不同鈣矽比的C-S-H模型，以分(fēn)子動力學模拟的方式系統研究不同因素對水化矽酸鈣應力松弛性能的影響。
創新點：1.基于分(fēn)子動力學模拟，獲得C-S-H的應力松弛特性；2.研究應變狀态、鈣矽比和内部水含量對C-S-H應力松弛的影響，揭示其在應力松弛過程中(zhōng)所涉及的内部結構及能量變化。
方法：1.通過各原子基團的均方位移在應力松弛過程中(zhōng)考慮C-S-H層間區域的粘度變化；2.基于時間相關函數，在不同應變狀态、鈣矽比以及溫度的條件下(xià)研究C-S-H層間區域涉及到的化學鍵斷裂與重組；3.闡明氫鍵網絡和C-S-H形态對不同含水量下(xià)C-S-H應力松弛特性演變的影響。
結論：1.在不同的初始變形條件下(xià)，C-S-H應力松弛響應均會發生(shēng)，并顯示出非均質特征；2.鈣矽比的增大(dà)以及溫度的提高會導緻水分(fēn)子、羟基和層間鈣原子的運動加快，從而引起C-S-H層間區域的粘度降低，進而導緻C-S-H的初始應力及殘餘應力降低；3.由于水分(fēn)子會影響C-S-H的形貌以及層間氫鍵網絡，所以C-S-H在不同水含量時展現出不同的應力松弛特性。

關鍵詞組：水化矽酸鈣；應力松弛；鈣矽比；溫度；水含量；原子模拟

Effect of coral sand on the mechanical properties and hydration mechanism of magnesium potassium phosphate cement mortar

Hao LIU, Huamei YANG, Houzhen WEI, Jining YU, Qingshan MENG, Rongtao YAN

DOI: 10.1631/jzus.A2200389 Downloaded: 1264 Clicked: 2399 Cited: 0 Commented: 452(p.116-129) <Full Text> <PPT> 151

Chinese summary <98> 珊瑚砂對磷酸鉀鎂水泥砂漿力學特性與水化機理的影響

作者：劉昊^1,2,3，楊華美^4,5，魏厚振³，于基甯⁶，孟慶山³，顔榮濤^1,2
機構：¹桂林理工(gōng)大(dà)學，土木與建築工(gōng)程學院，中(zhōng)國桂林，541004；²桂林理工(gōng)大(dà)學，廣西岩土力學與工(gōng)程重點實驗室，中(zhōng)國桂林，541004；³中(zhōng)國科學院武漢岩土力學研究所，岩土力學與工(gōng)程國家重點實驗室，中(zhōng)國武漢，430071；⁴武昌理工(gōng)學院，智能建造學院，中(zhōng)國武漢，430223；⁵中(zhōng)國長江三峽集團有限公司，水工(gōng)混凝土工(gōng)程技術研究室，中(zhōng)國北(běi)京，100038；⁶中(zhōng)鐵第一(yī)勘察設計院集團有限公司，中(zhōng)國西安，710043
目的：在珊瑚島礁上，構築物(wù)因爲潮汐和風浪的雙重侵蝕作用而損傷嚴重。爲确保修補有效和取材便利，人們采用磷酸鉀鎂水泥和珊瑚砂配制成砂漿對珊瑚島礁構築物(wù)進行修補。本文旨在探讨珊瑚砂對磷酸鉀鎂水泥砂漿的宏細觀力學特性、抗侵蝕性及水化行爲的影響規律，爲磷酸鉀鎂水泥作爲快速修補材料在珊瑚島礁損傷構築物(wù)中(zhōng)應用提供理論基礎和技術支撐。
創新點：1.揭示珊瑚砂對磷酸鉀鎂水泥砂漿宏細觀力學特性和抗侵蝕性能的影響規律；2.采用定量分(fēn)析的方法闡明珊瑚砂對磷酸鉀鎂水泥水化産物(wù)相組成和相對含量的影響規律。
方法：1.利用抗壓強度測試和顯微硬度測試手段分(fēn)析不同養護齡期下(xià)關鍵因素摻量對磷酸鉀鎂水泥-珊瑚砂漿宏細觀力學特性的影響；2.将磷酸鉀鎂水泥砂漿暴露于Na₂SO₄溶液中(zhōng)，分(fēn)析其在長期浸泡條件下(xià)抗壓強度的劣化機制及抗鹽溶液侵蝕的行爲規律；3.利用掃描電子顯微鏡-能譜儀，揭示不同養護齡期下(xià)水化産物(wù)相形貌及微結構特征，結合X射線衍射，利用絕熱法定量分(fēn)析水化産物(wù)相相對含量随養護齡期的變化規律。
結論：1.與磷酸鉀鎂水泥-河砂漿相比，磷酸鉀鎂水泥-珊瑚砂漿體(tǐ)的界面顯微硬度值更高，且其界面過渡區平均顯微硬度值與抗壓強度呈明顯的線性關系。2.磷酸鉀鎂水泥-珊瑚砂漿在清水和Na₂SO₄溶液長期浸泡下(xià)的抗壓強度保持穩定，表現出較好的抗Na₂SO₄溶液侵蝕能力。3.珊瑚砂可以在水化初期（1~12 h）改善漿體(tǐ)内溶液環境，抑制KH₂PO₄的溶解，并生(shēng)成絮狀絡合物(wù)6KPO₂·8H₂O；在7~28 d階段，6KPO₂·8H₂O逐漸溶解并參與反應，保障MgKPO₄·6H₂O有足夠的時間結晶成核，使得晶體(tǐ)相互搭接，形成了緻密的闆狀結構，進而保障了磷酸鉀鎂水泥-珊瑚砂漿優異的力學性能和抗侵蝕能力。

關鍵詞組：磷酸鉀鎂水泥；珊瑚砂；力學性能；抗侵蝕性；水化機理

Regular papers

Transfer relation between subgrade frost heave and slab track deformation and vehicle dynamic response in seasonally frozen ground

Juanjuan REN, Junhong DU, Kaiyao ZHANG, Bin YAN, Jincheng TIAN

DOI: 10.1631/jzus.A2300303 Downloaded: 278 Clicked: 501 Cited: 0 Commented: 0(p.130-146) <Full Text> <PPT> 89

Chinese summary <98> 季凍區路基凍脹與無砟軌道變形的映射關系及車(chē)輛動力響應

作者：任娟娟^1,2，杜俊宏^1,2，章恺堯^1,2，闫斌³，田晉丞⁴
機構：¹西南(nán)交通大(dà)學，高速鐵路線路工(gōng)程教育部重點實驗室，中(zhōng)國成都，610031；²西南(nán)交通大(dà)學，土木工(gōng)程學院，中(zhōng)國成都，610031；³中(zhōng)南(nán)大(dà)學，土木工(gōng)程學院，中(zhōng)國長沙，410075；⁴中(zhōng)國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，機場工(gōng)程所，中(zhōng)國昆明，650051
目的：季凍區路基凍脹對高速列車(chē)運行的安全性和舒适性以及軌道結構的服役性能具有較大(dà)影響。基于實測數據，本文旨在建立軌道-路基凍脹空間耦合靜力學模型和車(chē)輛-軌道-路基凍脹空間耦合動力學模型，并采用傅裏葉級數進行凍脹波形拟合，進一(yī)步探究季凍區高速鐵路路基凍脹與軌道結構變形映射關系、層間離(lí)縫特征及路基凍脹對車(chē)輛動力響應的影響，以期爲季節性凍土路基凍脹問題的防治及研究提供依據。
創新點：1.采用傅立葉級數對實測數據進行拟合，并将其作爲有限元模型的輸入邊界條件；2.提出将靜力模型的計算結果作爲動力模型初始條件的計算方法，簡化計算過程，提高計算效率；3.從時域和頻(pín)域探讨路基凍脹波長和幅值對車(chē)體(tǐ)振動加速度和輪軌力的影響。
方法：1.采用傅立葉級數對現場實測數據進行拟合，并将其作爲有限元模型的輸入邊界條件（公式(4)）；2.通過建立路基凍脹-無砟軌道結構靜力與動力模型，分(fēn)析軌道結構層變形映射關系及車(chē)輛動力響應。
結論：1.凍脹位置對軌道垂向上拱變形及層間離(lí)縫影響較大(dà)；2.軌道結構各層最大(dà)垂向變形随凍脹幅值的增大(dà)而增大(dà)，且幾乎呈線性變化；3.路基凍脹波長越大(dà)，對車(chē)體(tǐ)垂直加速度的影響越小(xiǎo)；4.當凍脹波長一(yī)定時，車(chē)體(tǐ)垂向加速度随凍脹幅值的增加呈非線性增加，且增加幅度逐漸變小(xiǎo)。

關鍵詞組：無砟軌道；路基凍脹；映射關系；車(chē)輛-軌道-路基耦合；動力響應

Influence of ground effect on flow field structure and aerodynamic noise of high-speed trains

Xiaoming TAN, Linli GONG, Xiaohong ZHANG, Zhigang YANG

DOI: 10.1631/jzus.A2300034 Downloaded: 381 Clicked: 529 Cited: 0 Commented: 568(p.147-160) <Full Text> <PPT> 97

Chinese summary <91> 地面效應對高速列車(chē)流場結構及氣動噪聲的影響

作者：譚曉明^1,2，龔林立¹，張曉紅¹，楊志(zhì)剛²
機構：¹湖南(nán)理工(gōng)學院，機械工(gōng)業激光磨削複合智能制造與服役性能優化重點實驗室，中(zhōng)國嶽陽，414000；²中(zhōng)南(nán)大(dà)學，軌道交通安全教育部重點實驗室，中(zhōng)國長沙，410075
目的：高速列車(chē)作爲高速地面交通工(gōng)具，不可避免地會遇到地面效應問題。地面效應模拟一(yī)直是高速列車(chē)風洞試驗的技術難點。地面效應現象的準确模拟對高速列車(chē)空氣動力學和氣動噪聲的預測精度有很大(dà)的影響。通過對比4種地面模拟系統（GSS）的流聲場結果，研究不同GSS對流場結構、氣動聲源和遠場輻射噪聲特性的影響規律，爲高速列車(chē)聲學風洞試驗提供指導。
創新點：1.搭建高速列車(chē)地面模拟系統，模拟不同邊界條件；2.明确輪對旋轉與地面滑移對高速列車(chē)氣動噪聲幅值的相對增量及影響頻(pín)率範圍。
方法：1.在仿真系統中(zhōng)建立"移動地面+旋轉輪對"、"靜止地面+旋轉輪對"、"移動地面+靜止輪對"和"靜止地面+靜止輪對"四種地面模拟系統；2.采用大(dà)渦模拟和旋度聲學積分(fēn)方程，對高速列車(chē)的流聲場結果進行模拟；3.通過對比4種GSS的流聲場結果，研究不同GSS對流場結構、氣動聲源和遠場輻射噪聲特性的影響規律。
結論：1.移動地面和旋轉輪對是影響列車(chē)底部氣動聲學性能的主要因素；2.旋轉輪對對整車(chē)等效聲源功率的影響不大(dà)于5%，且移動地面對整車(chē)等效聲源功率的影響大(dà)于15%；3.旋轉輪對對整車(chē)輻射聲壓級的平均影響爲0.3 dBA，且運動地面對整車(chē)輻射聲壓級的平均影響爲1.8 dBA；它們主要影響100 Hz以下(xià)的氣動聲學性能。

關鍵詞組：高速列車(chē)；氣動聲學；流場結構；大(dà)渦模拟；移動地面；旋轉輪對

Constitutive modelling of concrete material subjected to low-velocity projectile impact: insights into damage mechanism and target resistance

Shen LIU, Xieping HUANG, Xiangzhen KONG, Qin FANG

DOI: 10.1631/jzus.A2300072 Downloaded: 510 Clicked: 609 Cited: 0 Commented: 0(p.161-182) <Full Text> <PPT> 85

Chinese summary <96> 彈體(tǐ)低速侵徹混凝土材料的數值模拟研究：靶體(tǐ)損傷機理及阻力機制新見解

作者：劉慎^1，2，黃謝平^1，2，孔祥振³，方秦³
機構：¹浙江大(dà)學，超重力研究中(zhōng)心，中(zhōng)國杭州，310058；²浙江大(dà)學，岩土工(gōng)程研究所，中(zhōng)國杭州，310058；³中(zhōng)國人民解放(fàng)軍陸軍工(gōng)程大(dà)學，爆炸沖擊防災減災國家重點實驗室，中(zhōng)國南(nán)京，210007
目的：彈體(tǐ)沖擊作用下(xià)，混凝土靶呈現三個階段的典型破壞模式，即正面成坑、中(zhōng)間掘隧道及背面震塌，但對三個階段損傷破壞機理及混凝土靶抗侵徹阻力主要影響因素的認識一(yī)直存在很大(dà)争議。拟标定近期提出的較爲完善的混凝土帽蓋彈塑性損傷本構，全面探究彈體(tǐ)低速沖擊下(xià)（彈體(tǐ)速度低于500 m/s）混凝土拉伸、剪切及體(tǐ)積壓縮行爲對混凝土靶抗侵徹阻力及損傷破壞的影響機制。
創新點：1.全面分(fēn)析混凝土拉伸、剪切及體(tǐ)積壓縮行爲對混凝土靶抗侵徹阻力及損傷破壞的影響機制；2.成功預測彈體(tǐ)在混凝土靶掘隧道高壓力階段孔隙坍縮引起的損傷行爲。
方法：1.改進混凝土帽蓋彈塑性本構，引入單元删除準則（公式(19)），标定模型參數（圖2）；2.與公開(kāi)彈道試驗定性定量結果對比，驗證材料本構、數值模型和參數的合理性（圖6~8）；3.數值模拟究混凝土拉伸、剪切及體(tǐ)積壓縮行爲對混凝土靶體(tǐ)抗侵徹能力及損傷破壞模式的影響，并與公開(kāi)文獻中(zhōng)主要發現進行讨論。
結論：1.混凝土正面成坑及背面震塌的形成主要由其拉伸力學行爲決定，而中(zhōng)間高壓力掘隧道過程則由混凝土剪切及體(tǐ)積壓縮行爲決定。2.單軸壓縮強度不是混凝土靶抗侵徹阻力主要影響因素，其高壓力下(xià)的剪切及體(tǐ)積壓縮行爲起決定作用，且中(zhōng)間高壓力掘隧道階段是混凝土靶抗彈體(tǐ)侵徹的主要過程。3.拉伸力學行爲在混凝土靶抗侵徹阻力計算模型中(zhōng)被普遍忽視，但本文研究發現混凝土拉伸力學行爲可顯著影響彈體(tǐ)的殘餘速度，因此其作用不容忽視。

關鍵詞組：侵徹；貫穿；損傷機理；靶體(tǐ)阻力；彈體(tǐ)沖擊；孔隙坍縮