土力学院2022年度优秀科研论文成果展示
揭示地表温度与土地利用覆盖变化(LUCC)耦合作用取得新进展
土木工程与力学学院王鹏副教授团队基于前期自主研发的城市三维几何动态建模与微观尺度建筑能耗高信度规模化运算方法，结合GIS技术与多波段遥感数据深度解译算法及多元路径模型，首次证实城市地表温度（LST）变化在土地利用变化（LUCC）与建筑能耗（EC）间存在中介效应，实现了对不同季节特征下的LUCC、LST以及建筑能耗间复杂关系检验。以此提出的城市公园尺度建成环境多维评测框架，揭示出城市公园尺度建成环境对能耗的影响机制，成果拓展了城市建成环境规划与能源治理的理论与分析方法。
LST与LUCC耦合作用下对建筑能耗的调节效应
城市公园尺度建成环境对建筑能耗的影响机制
研究成果先后发表于环境科学领域、绿色可持续发展技术领域TOP期刊Journal of Cleaner Production（IF:11.07, DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.130804）和Sustainable Cities and Society（IF:10.6P, DOI：10.1016/j.scs.2022.104321）。江苏大学为第一和独立通讯单位，王鹏副教授为第一/通讯作者，硕士生喻萍、杨雨婷为上述论文的主要贡献者。
基于视觉的桥梁预制构件安装过程姿态监测
土木工程与力学学院程玉瑶老师基于前期的非接触式动态微变形视觉测量研究基础，针对装配式构件吊装安装质量要求高而传统监测方法在复杂施工现场存在不便及不确定性的问题，提出一种基于双目视觉感知技术的预制构件位姿监测方法。该方法可实现整个吊装过程中构件的非接触式六自由度位姿连续监测，实时输出吊装构件姿态相对于设计状态的几何偏差，和传统方法相比在测量效率和准确性上更有优势，可用于现场预制构件的安装指导。
图1基于双目视觉的构件吊装监测流程
该研究成果形成论文《Vision-based trajectory monitoring for assembly alignment of precast concrete bridge components》发表在期刊《Automation in Construction》。该期刊是土木工程智能建造领域Top期刊，影响因子7.7。江苏大学为第一完成单位，程玉瑶为第一作者。
Sufficient conditions and criteria for the pulse-shaped explosion related to equilibria in a class of nonlinear systems
土木工程与力学学院毕勤胜教授团队在国际权威学术期刊《Chaos Solitons & Fractals》（中科院一区TOP期刊，IF=9.922）上发表题为“Sufficient conditions and criteria for the pulse-shaped explosion related to equilibria in a class of nonlinear systems”的研究论文。博士生魏梦可为该论文的第一作者，韩修静教授为通讯作者，毕勤胜教授为主要贡献者。脉冲式爆炸是近年来发现的与快慢系统有关的新型急剧跃迁现象，它被证实是一种可以诱发快慢振荡的新型动力学机制。论文围绕一类应用广泛的多频慢激励非线性系统，从理论上给出了平衡点脉冲式爆炸的充分条件和不同脉冲式爆炸模式的判据；此外，通过3个具体的非线性模型，验证了充分条件和判据的有效性。论文为发展适用于分析脉冲式爆炸及其诱导的快慢动力学的一般性理论和方法作出了贡献。
典型案例：当Rayleigh等系统的参数满足所提出的充分条件时，可以观测到与平衡点有关的脉冲式爆炸现象，其类型符合所提出的判据。
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碳纤维复材（FRP）筋锚固系统研究取得新进展
土木工程与力学学院谢桂华副教授团队在前期FRP筋专用锚具研发与动静力性能研究基础上，通过室内模拟试验分析了热带海洋环境中温度和湿度条件与工程往复载荷对FRP筋锚固系统性能的影响，揭示了FRP筋锚固系统在该类复杂环境中的性能退化规律和机理，建议了其疲劳寿命预测方法，为高性能复合材料在复杂工程环境中的推广应用与长期服役性能提供理论支撑。
某试件湿热后的荷载-滑移变化
耦合影响下的锚固系统刚度退化
该成果发表于土木工程材料学科领域的国际权威学术期刊Construction and Building Materials (IF: 7.693, doi:10.1016/j.conbuildmat.2021.126044)。江苏大学为通讯单位，谢桂华副教授为第一/通讯作者，研究生陶子安、孙悦、李十泉和Abdirahman Ahmed Gedi 为该成果的共同贡献者。
混凝土骨料表面微生物诱导CaCO3保护层对碱-硅反应的抑制研究
碱硅反应(ASR)会导致混凝土结构性能劣化，探索环保高效的抑制方法具有重要工程意义。土木工程与力学学院郑玉龙教授团队基于微生物矿化技术(MICP)开展交叉学科探索，研究表明：1)MICP处理骨料制成试件的膨胀率最大可降低55%；2)试件裂缝受到有效抑制，抗压强度最高增加36%；3)成分分析表明，处理骨料表面由Si元素(凝胶成分)富集转化为Ca元素(碳酸钙成分)，且表面覆盖层为方解石。本研究证实了该创新方法的有效性，为改善行业骨料短缺现状及推动双碳政策实施提供了参考。有关论文发表在土木建筑领域为数不多的中科院一区Construction and Building Materials等高水平期刊。此外，土木工程与力学学院陆春华教授及环境与安全工程学院成亮教授同样为上述研究成果的主要贡献者。
图1研究流程及结果预想图
图2 碱激发28天后骨料表面SEM及EDS分析：(a,b)未处理骨料；(c,d)MICP处理骨料(2次)；(e,f)MICP处理骨料(4次)；
(g,h)MICP处理骨料((6次)
大型复杂高端装备结构可靠度高效评估取得新进展
土木工程与力学学院张健教授团队基于前期自主研发的用于求解多项式混沌展开的Bregman迭代贪心坐标下降法（BGCD），结合基于局部预测方差并保有全局探索和局部开发平衡的最优性准则进行自主学习采样，提出新型预测导向的自主学习稀疏多项式混沌展开建模方法（PAS-PCE或Adaptive BGCD），实现了对高维复杂工程结构高效精确的可靠度评估与量化分析。相比于目前国际上同类型自主学习代理模型方法，所提出的PAS-PCE方法不但具有更高的预测精度，而且极大地减少了所需的昂贵计算模型评估次数，在大型复杂高端装备结构可靠度分析、不确定性量化及结构安全评估方面有巨大的应用前景。
海洋平台有限元模型
海洋平台随机输入变量及其分布
基于Adaptive BGCD方法的海洋平台结构误差分析及PDF预测
研究成果发表于结构可靠度领域TOP期刊Reliability Engineering & System Safety（IF:7.247, DOI: 10.1016/j.ress.2022.108749）。江苏大学为第一和独立通讯单位，张健教授为第一/通讯作者，硕士生龚伟杰、岳鑫鑫为上述论文的主要贡献者。
变温环境中复合材料叠层结构热力学行为研究
具有轻质高强、可设计强、耐高温、免维护等优良性质的纤维增强复合材料及其结构近年来在我国被广泛应用于航空航天、建筑结构、轨道交通、公路桥梁等工程领域。由于复合材料的各向异性、非均质性和呈层性，变温环境往往引起其结构的不均匀变形和热力学参数的改变，在荷载作用下会导致其结构失效。土木工程与力学学院钱海副教授研究团队抛弃任何有关位移或应力模式的人为假设，引入状态空间，建立状态方程，并引进一些特殊函数，为变温环境中叠层结构热效应问题给出了统一的精确解；此外详细探讨了外部变温环境、材料特性、结构外部尺寸和结构层数等对变温环境中叠层结构力学行为的影响。研究成果为变温环境中复合材料结构的合理利用提供理论基础和科学依据。
边界松弛法及结构参数化研究
研究成果先后于国际权威学术期刊《Composite Structures》（中科院一区TOP期刊，IF=6.603）上发表题为“Analytical solutions for laminated beams subjected to non-uniform temperature boundary conditions”和《Thin-Walled Structures》（中科院一区期刊，IF=5.881）上发表题为“Thermal analysis for clamped laminated beams with non-uniform temperature boundary conditions”的研究论文。钱海副教授为论文第一作者，陆春华教授为通讯作者，硕士生丘岳想为上述论文的主要贡献者。
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深部高应力地下洞室围岩微震-破裂-变形协同致灾机理取得新进展
土木工程与力学学院赵金帅讲师联合中国科学院武汉岩土力学研究所（IRSM, CAS），针对世界第一巨型白鹤滩水电站开挖诱发的大变形或破坏问题，融合微震监测（MS）、位移监测（DM）、数字全景钻孔摄像（DPBC）和围岩破坏调查技术（RFI）建立了适用于巨型地下洞室的原位监测方法，有效阐明了岩体微震活动机制及变形响应特征，揭示了深部高应力巨型地下洞室围岩微震-破裂-变形协同致灾机理，成果拓展了深部高应力地下洞室破裂孕育与致灾机理的理论与分析方法。
世界第一巨型白鹤滩水电站右岸地下洞室群布置图
深部高应力地下洞室岩体破裂过程原位观测方法
(d) 大型地下洞室岩体破裂机制
高应力巨型地下洞室围岩破裂演化及机制解译
研究成果先后发表于岩石力学领域、地下空间领域TOP类期刊Tunnelling and Underground Space Technology (IF: 6.407, DOI: 10.1016/j.tust.2022.104549)和Rock Mechanics and Rock Engineering (IF: 6.518, DOI: 10.1007/s00603-021-02709-3)。江苏大学为第一作者单位，中国科学院武汉岩土力学研究所为通讯单位，赵金帅讲师为第一作者，为上述论文的主要贡献者。
基于红外热波无损检测方法的热障涂层结构完整性评估研究新进展
航空涡轮发动机叶片上涂覆热障涂层，能够显著降低叶片表面温度，阻隔环境腐蚀氧化。涂层在长期服役过程中，易出现界面开裂、局部减薄等质量问题，给发动机系统带来安全隐患。因此，对涂层结构制备和服役期间的完整性进行检测和评估，对于保证构件的安全可靠具有重要意义。
在国防基础科研计划的资助下，土木工程与力学学院/结构健康管理研究院朱建国教授团队近期开展了热障涂层厚度检测和界面脱粘缺陷尺寸高精度识别研究。团队提出了基于红外热图特征时间的涂层厚度检测方法，创新地引入了虚拟热流概念，建立了二维瞬态热传导反问题模型和特征提取方法，揭示了横向热扩散效应对缺陷尺寸识别精度的影响，实现了涂层界面缺陷尺寸高精度表征，采用长脉冲红外热成像法，不仅克服了传统短脉冲方法检测低热导率涂层的困难，而且实现了涂层厚度和界面缺陷快速、大面积检测。成果突破了常规方法在尺寸识别精度上的限制，拓展了热障涂层红外无损评价理论和分析方法。
（A）叶片及热障涂层结构，（B）厚度减薄和界面开裂，（C）界面开裂放大图
（A）红外热波成像，（B）厚度检测，（C）界面开裂检测
研究成果发表于无损检测与评价领域顶级期刊NDT and E International（DOI: 10.1016/j.ndteint.2022.102672; DOI:10.1016/j.ndteint.2022.102734，中科院一区TOP）。江苏大学为第一通讯单位，青年教师卓立军和硕士生黄振分别为第一作者，朱建国教授为通讯作者。
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面向高熵风能利用的风致振动机理及技术研究新进展
土木工程与力学学院苏波副教授研究团队面向国家双碳战略，聚焦于城市环境高熵（分布广、低风速、散乱）风能利用。近期，团队采用气弹性风洞试验和流固耦合方法，对柔性支撑钝体结构非线性气动力性能进行了系统研究。研究表明，柔性支撑方管在低风速下（1m/s—2m/s）产生明显的涡振，风速持续增大时钝体将产生驰振，当方管增加尾翼后，结构的驰振或涡振-驰振效应加剧。研究有利于在更低风速、更广的风速区间进行高效率风能采集，为高性能微型风能收集器的研制提供了新的途径。
相关研究成果发表在国际海洋工程领域Top期刊《Ocean Engineering》（IF:4.37, DOI: ）。江苏大学为第一作者单位，挪威科技大学为通讯单位，土木工程系硕士生冯建通、贺世豪为上述论文的主要贡献者。
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非局部点阵超材料的应变梯度连续模型及其声学禁带研究
土木工程与力学学院刘金兴教授团队基于波长相关的泰勒展开和多位移场法，提出了一种波长相关的应变梯度(SG)连续介质模型来预测包含局部和非局部作用的双原子点阵超材料的色散特性。对于多种双原子点阵，提出的SG模型对应的色散曲线与离散模型对应的色散曲线在整个第一布里渊区能够较好吻合，表明了该模型的准确性。基于提出的SG模型，探究了关键参数（质量比、弹簧刚度比）、应变梯度阶数以及非局部作用的影响。
非局部双原子点阵
(a)波长相关的应变梯度连续介质模型与其他模型对比;(b)非局部作用的影响
研究成果发表于期刊Applied Mathematics and Mechanics (English Edition)（IF:3.918, DOI: ）。江苏大学为第一和独立通讯单位，刘金兴教授为第二/通讯作者，博士生王玢莹为上述论文的主要贡献者。
来源/江大土力学院
审核/朱晏
校对/杜之琼
供稿/王鹏、程玉瑶、韩修静、谢桂华、郑玉龙、张健、钱海、赵金帅、朱建国、苏波、刘金兴
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