关键词： 流泥   真空预压   过滤   土柱   淤堵   固结   泊松效应  

摘要： 真空预压处理流泥地基时，仅排水板附近的土体得到明显加固，以排水板为轴线形成一个凸出地表的“土柱”。土柱作为流泥地基真空预压处理的特有现象，导致流泥地基淤堵严重、处理效果差。本文根据流泥固液两相的连续、运动、平衡以及土柱移动边界方程，并考虑土柱土体泊松效应，在柱坐标系下建立了流泥轴对称真空过滤模型，获得了流泥地基真空预压过程中的土柱生长规律和土柱淤堵性状，并与PIV试验进行了对比验证。结果表明：土柱内渗透系数降幅高达97%，致密土柱是淤堵的本质；泊松效应和真空荷载幅值对土柱半径以及流泥固结效果的影响十分明显；低幅值真空荷载有利于形成半径小且较为疏松的淤堵区，从而缓解淤堵性状。

关键词： 高转速汽轮机   动静间隙   泊松效应   胀差  

摘要： 文章采用理论分析、有限元计算以及汽轮机运行实例分析,对汽轮机胀差原理及关键影响因素进行充分研究,得出除了热膨胀外的泊松效应对高转速汽轮机各工况运行过程中的胀差影响较大的结论,为汽轮机动静密封间隙的设计提供安全参考。

关键词： 菲涅尔衍射   泊松亮斑   紫外曝光   纳米针尖阵列  

摘要： 使用电子束曝光或者聚焦离子束设备制备纳米针尖,虽然精度高但不能大面积快速制备;使用紫外曝光设备可以大面积快速制备,但制备精度达不到纳米量级。该文基于泊松亮斑效应,提出在常规紫外曝光设备中制备大面积、可控的纳米针尖阵列的方法。通过调控掩膜版图形和曝光剂量得到了直径小于100 nm的光刻胶的纳米针尖阵列,然后用反应离子刻蚀将光刻胶图案转移到硅衬底上得到了直径小于50 nm、径高比达1∶10的超细纳米针尖阵列。泊松亮斑曝光能极大地提高紫外曝光机的分辨率,该方法可操作性强并可大面积制备,是一种可行的曝光技术。

关键词： 超材料   可调热膨胀   可调负泊松比   带隙特性  

摘要： 力学超材料是以微结构为基本构造单元在空间中周期性排列而成的人工材料,具有自然材料所不具备的优异力学性能,如:零或负的热膨胀系数、负泊松比、超高强度和超低密度、负弹性模量等。在近年的研究中,人们对力学超材料的探索越来越多,并取得了许多重要的研究成果。随着该领域的深入研究和广泛应用,人们开始关注如何实现力学超材料的多性能耦合与智能化,以满足不同应用场景的需求。例如,在空间展开结构这样的应用场景,其工作环境往往伴随着温度及机械载荷的双重影响,由温度场导致的热变形和机械载荷导致的变形必须同时得到控制,结构受到激励后的振动也不容忽视,否则在真空和失重的条件下振动将引发巨大的危害。因此,设计可调控热膨胀与负泊松比以及具有良好带隙特性的力学超材料对于解决这一难题至关重要,然而这样的相关研究并不多。本文在前人研究力学超材料的基础上,结合双组份弯曲肋条与传统负泊松比力学超材料,设计出了两种耦合可调热膨胀与负泊松效应的多功能力学超材料,并对其带隙特性进行了深入研究。第一种超材料是基于传统内凹六边形超材料和双组份弯曲肋条设计的内凹型超材料(Dual-constituent re-entrant hexagonal lattice metamaterial,DRHLM),具有可调控热膨胀性能、负泊松比效应与良好带隙特性。通过单胞的热变形协调关系和几何关系推导了DRHLM的有效热膨胀系数和泊松比,并用有限元仿真验证了理论推导结果的正确性。利用有限元方法对DRHLM进行了带隙研究,得到了设计参数与带隙之间的一般规律,进一步分析了高对称点波矢的单胞振型对带隙的影响。第二种超材料是将双组份弯曲肋条引入到四韧带反手性结构中设计的四韧带反手性型超材料(Dual-constituent anti-tetra-chiral lattice metamaterial,DATLM),具备可定制负泊松比、大范围可定制热膨胀系数和良好的带隙特性。采用卡氏第二定理推导了DATLM的泊松比和等效弹性模量,基于单胞的热变形协调关系和几何关系推导了DATLM的等效热膨胀系数,并用有限元法对理论推导结果进行了验证。在此基础上,初步分析了其热膨胀性能和负泊松比效应的耦合关系。此外,进一步分析了DATLM的带隙特性和高对称点波矢的单胞振型对带隙的影响。本文的研究成果对于开发具有多性能耦合和智能化功能的力学超材料,及其在复杂物理场的应用具有重要的实际意义。

关键词： 泊松-玻尔兹曼理论   尺寸效应   截断的牛顿方法   预先计算方法   反离子浓度分层  

摘要： 泊松-玻尔兹曼(PB)理论被广泛地应用于电解质溶液的计算和分子动力学模拟中.本文提出了求解含离子尺寸效应的PB方程的快速迭代方法.通过构造凸的能量泛函,我们证明了离散的PB方程有唯一解.在求解含离子尺寸效应的PB方程时,我们将离子浓度视为静电势的标量函数,提出带有截断的牛顿迭代算法求解该方程.为了提高计算效率,迭代过程中我们使用先计算-后插值的方法计算浓度.这种处理方法使得该算法在求解含尺寸效应的PB方程与求解经典的PB方程一样高效.理论分析证明了算法的截断步是能量、误差下降的,并且牛顿迭代算法有局部收敛的性质.将该数值方法应用于含生物大分子的电解质溶液中,我们观察到化合价与体积之比决定了反离子浓度分层的顺序.最后,我们指出先计算-后插值的策略可以作为经典的PB求解软件包的一个功能模块来求解含尺寸效应的PB方程.

关键词： 2D-C/SiC复合材料   循环加卸载   泊松效应   损伤机制  

摘要： 基于单调和循环加卸载实验,测试获得了不同加载过程中2D-C/SiC复合材料在纤维束轴向方向上的泊松曲线,并对比分析了轴向损伤演化进程对材料泊松效应的影响。结果表明,在拉伸损伤加剧过程中,材料表现出显著的负泊松比行为;在加载损伤停滞状态下,材料则表现为近似线性正泊松比行为。加载过程中材料的泊松效应随着损伤程度的增加而不断减弱。结合扫描电镜断口结果分析可知,拉伸损伤加剧过程中材料内部沿加载方向上不断产生的基体开裂和界面脱粘损伤引起的材料沿垂直加载方向上的伸长变形,大于并掩盖了拉伸载荷在垂直加载方向上引起的弹性收缩变形,是导致2D-C/SiC复合材料表现出显著负泊松比行为的主要原因;加载损伤加剧过程中产生的大量开裂损伤导致的材料整体连续性的降低是导致其泊松效应不断减弱的主要影响机制。

关键词： 极限摩阻力   泊松效应   τ-z曲线   抗拔系数  

摘要： 单桩在承受上拔或下压荷载时,其桩侧极限摩阻力相差较大,桩身泊松效应是重要的影响因素之一。考虑泊松效应对桩-土界面法向应力的影响,推导得到上拔与下压荷载作用导致的桩侧极限摩阻力改变量的表达式;根据双曲线荷载传递模型,得到考虑泊松效应的的τ-z曲线;在位移协调法的基础上,通过迭代更新桩底位移使桩顶轴力与桩顶荷载相等,提出各级荷载作用下桩身位移响应的计算方法;基于Matlab开发平台编制单桩在竖向荷载作用下Q-S曲线和抗拔系数的计算程序,通过与现场试验数据对比验证了本文计算方法的可靠性。研究结果表明:单桩的抗拔系数随着桩土平均模量比的增大而增大,但其增长速率逐渐减小;随着长径比的增大,单桩的抗拔系数线性减小。随着桩土平均模量比的增大,抗拔系数受长径比的影响逐渐减小,当桩土平均模量比为6 000时,抗拔系数几乎不随长径比的改变而变化。

关键词： 计数数据   混合模型   泊松回归   MCEM算法   贝叶斯  

摘要： 在生物医药、经济、农业以及保险等领域中,存在着大量的计数数据,它们有时来自于不同的总体且具有重复测量的特性,研究者常常利用带随机效应的离散模型进行研究,然而,大量被采用的正态随机效应假定有时与实际相违背。为了合理刻画该类数据,论文构建了两成分混合泊松随机效应模型,其中随机效应假定服从二维NI类分布,它不仅包括正态分布,还包括重尾的T分布、Slash分布,从而使得所建模型有一定灵活性、稳健性。论文对于所建模型,分别利用Monte Carlo Expectation–Maximization(MCEM)方法和贝叶斯方法详细研究了模型参数估计问题。在MCEM方法中,论文利用NI类分布具有灵活分层结构的特点,给出了模型对数似然函数,接着,通过MetropolisHastings(MH)算法实现了从随机效应的条件密度中抽样,获得算法中涉及的高维积分的近似估计,进而得到参数估计的具体算法。另外,在贝叶斯框架下,论文在给定模型参数的先验分布条件下,推导获得了各个参数的满条件后验分布。同时对于没有常规分布形式的后验密度,论文利用带有MH算法的Gibbs采样器给出了基于满条件分布的抽样方法,进而获得参数的贝叶斯估计。随后本文针对两成分混合泊松随机效应模型,在不同样本量和不同随机效应分布下,进行了一系列数值模拟研究,进而说明了文中估计方法的有效性。最后,本文还分别运用一成分和两成分混合泊松随机效应回归模型对实际数据进行拟合并给出了参数估计,通过AIC、BIC以及DIC等模型选择标准和拟合效果的研究,表明在拟合文中实际数据时两成分混合泊松随机效应模型的表现优于一成分泊松随机效应模型,且T随机效应下的两成分泊松混合模型要优于参与比较的其他模型。

关键词： 大坝混凝土   泊松效应   加卸荷徐变   细观尺度   数值计算  

摘要： 在大坝混凝土温度应力场仿真计算和实测应力反馈分析时,徐变是一个不可忽略的重要因素。目前混凝土大坝工程上广泛采用的弹性徐变理论和方法隐含了弹性泊松比、徐变泊松比和有效徐变泊松比相等的假设。然而,由于徐变试验条件和应变测量方式等的差异,导致该假设存在争议。为了准确掌握大坝混凝土的真实应力状态,本文设计并开展统一试验条件下的大坝混凝土单轴压缩和常规三轴加、卸荷徐变试验,挖掘弹性泊松比、徐变泊松比和有效徐变泊松比的内在关系,进而基于试验实测徐变数据,开展细观尺度湿筛二级配大坝混凝土徐变数值计算反馈,探索混凝土中砂浆的弹性模量、弹性泊松比、徐变度和徐变泊松比的变化规律。主要研究内容如下:(1)大坝混凝土单轴和常规三轴加、卸荷徐变试验研究。结合水胶比0.5,粉煤灰掺量35%的大坝混凝土,设计并开展了统一试验条件下不同加载龄期的单轴压缩徐变试验(3d/14d/28d/60d)和常规三轴压缩徐变试验(14d/28d/60d),获得了相对完备的加、卸荷徐变试验曲线;接着引入Savitzky-Golay滤波器对徐变试验数据进行除噪处理,进而基于除噪处理后的徐变试验数据,研究单轴与常规三轴徐变试验各个阶段的应变变化规律。分析表明,①单轴应力状态下,相同加载龄期的纵、横向瞬时弹性应变恢复系数ξ和ξ大致相等,且随加载龄期的增大而增大,范围一般在0.7～0.9之间。常规三轴应力状态下,相同加载龄期的ξ和ξ同样基本相等,并且其值与加载龄期无明显关系,一般均在0.8左右;②统一试验条件下的徐变试验数据存在基本相同的噪声,而S-G滤波器在W=9和N=6的滤波器参数组合下,能够获得最优的除噪效果;③单轴应力状态下,纵、横向徐变应变ε和ε均随加载龄期的增大而减小,而纵、横向徐变恢复应变ε和ε则随加载龄期的增大而增大。常规三轴应力状态下,不同加载龄期的纵向徐变应变c-V基本相同,横向徐变应变ε略有减小,相对应的纵、横向徐变恢复应变ε和ε均相差较小。(2)大坝混凝土在不同龄期与应力状态下泊松比关系研究。基于除噪处理后的徐变试验全过程应变,对单轴压缩徐变试验和常规三轴徐变试验加、卸荷阶段的弹性泊松比,持荷阶段的徐变泊松比和有效徐变泊松比,以及卸荷后的徐变恢复泊松比进行了计算分析。结果表明,①单轴和常规三轴应力状态下,当考虑徐变(恢复)应变叠加弹性应变时,计算徐变泊松比和徐变恢复泊松比的效果更为理想。同时,对于常规三轴应力状态下的泊松比计算,采用Jordaan-Illston公式的效果更好;②单轴应力状态下,相同加载龄期的加、卸荷全过程泊松比存在v≥(v≈v)>vc+elU的大小关系,即徐变恢复泊松比v最大,弹性泊松比v、v与徐变泊松比v不相等。加、卸荷全过程的各种泊松比与加载龄期的相关性不强,范围一般在0.10～0.20之间;③常规三轴应力状态下,同一加载龄期的泊松比存在(v≈v)≥v>v的大小关系,弹性泊松比v(el)、v与徐变泊松比v同样不相等。不同加载龄期下,加、卸荷全过程中的各种泊松比均在0.25～0.30之间,并大于单轴应力状态下相应的各种泊松比;④常规三轴应力状态下,各个方向上的有效徐变泊松比v和有效徐变恢复泊松比v的差异均较大,这表明多轴应力状态下各个方向上的徐变(恢复)应变并不完全独立。同时,相同加载龄期下的有效徐变泊松比v与徐变泊松比v、弹性泊松比v和v之间同样存在较大差异。(3)大坝混凝土细观尺度下徐变数值计算反馈。将混凝土视为由骨料、砂浆以及二者之间的界面过渡层组成的三相复合材料,建立了混凝土细观尺度下的徐变有限元模型。首先基于单轴压缩徐变试验加荷阶段的实测应变,优化反演了骨料的弹性模量和泊松比以及砂浆的弹性模量表达式和弹性泊松比,接着基于持荷阶段的混凝土实测徐变度反馈了砂浆徐变度表达式和徐变泊松比。结果表明,①砂浆具有与混凝土相似的力学特性,引入大坝混凝土中常用的组合指数式和八参数徐变度模型分别来描述砂浆的弹性模量和徐变度变化是合理且有效的;②基于实测应变反演获得的骨料、砂浆弹性泊松比在0.13～0.20之间,砂浆徐变泊松比约为0.125。并且,混凝土中砂浆的徐变度一般是混凝土实测徐变度的2.5倍;③骨料和砂浆的参数反演结果表明,进行混凝土细观尺度数值计算时,有必要基于试验实测值反演给出各组成部分的力学参数。对于砂浆的徐变度参数,采用优化反演和优化辨识相结合的方法能够更加高效的获得。

关键词： ZIP   NI   贝叶斯   MCEM   随机效应  

摘要： 在实际问题中,经常遇到重复测量且含零过多的计数数据,关于这类数据的研究,流行的处理方法是利用零过多泊松随机效应模型进行拟合,然而,在实际问题中,一般常见的正态随机效应的假定可能无法满足,特别是当数据中出现重尾现象时,为此,本文对已有工作进行推广,提出了带有NI类随机效应的零过多泊松模型,其中随机效应不仅包括经典的正态分布,还含有重尾的T分布与Slash分布.对于建立的带有NI类随机效应的零过多泊松模型,论文详细的研究了该模型的参数估计问题.首先,论文利用MCEM方法探讨了模型的参数估计,针对模型中的零成分与泊松成分,引入潜在变量标记这两个成分,并结合NI类随机效应的分层结构,论文给出了所建模型的分层表示,进而得到模型中完全数据的对数似然函数;接着,结合Metropolis-Hastings(MH)算法和Gibbs算法得到了EM算法中期望的近似表达式,从而通过极大化该表达式获得了参数估计;其次,论文还利用Bayes方法研究了模型参数估计,在给定参数的先验分布下,计算得到NI类随机效应中三种分布下模型参数的全条件分布,对于非常规的全条件分布,论文利用MH算法和Gibbs算法得到了对应的随机样本,从而给出了模型的贝叶斯估计;最后,论文还借助于大量的随机模拟研究来进一步说明所建议的估计方法的有效性,同时,还将本文构建的模型应用于实际医院门诊服务利用情况的数据中,并结合模型选择标准对不同随机效应下模型拟合效果进行了研究.