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重大研究计划“重大工程的动力灾变”2009年度项目指南

日期 2009-04-03   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

  本重大研究计划的实施,旨在通过对重大工程在强地震动场和强/台风场动力作用下的损伤破坏演化过程的研究,揭示重大工程的损伤机理和破坏倒塌机制,建立重大工程动力灾变模拟系统,发展与经济和社会相适应的重大工程防灾减灾科学和技术,为保障重大工程的安全建设和运营提供科学支撑。

  一、科学目标

  针对长大桥梁、大型建筑(包括超高建筑、大型空间建筑、城市大型地下建筑)和高坝三类重大工程,采用理论分析、模型试验、现场实测和数值模拟等研究手段,发挥工程与材料科学、地球科学、数理科学和信息科学等多学科交叉创新的优势,研究强地震动场和强/台风场及其动力作用下重大工程的损伤破坏演化过程,揭示重大工程的损伤机理和破坏倒塌机制,建立重大工程动力灾变模拟系统,实现对强地震动场和强/台风场的动力作用从统计推断到统计推断结合理论预测的重点跨越和理论升华,实现对重大工程的动力灾变过程从简单效应分析到多效应耦合的全过程分析的重点跨越和理论升华,提升我国重大工程防灾减灾基础研究原始创新能力,为保障我国超大尺度重大工程(千米级大桥、五百米级超高层建筑、三百米级高坝等)的安全建设和运营提供科学支撑,为我国重大工程防灾减灾培养创新人才。

  二、核心科学问题

  本重大研究计划将围绕以下4个核心科学问题,循序渐进地组织实施和开展研究:

  (一)强地震动场和强/台风场的建模与预测。

  1.强地震动场的破坏特性、理论模型与预测方法。

  研究考虑震源破裂机制与传播效应的强地震动场建模理论与方法,建立结合震源、传播途径和局部场地条件影响的、能满足重大工程地震反应分析需要的强地震动场的理论预测模型与数值计算方法,揭示强地震动场的工程破坏特性(包括场地效应)、形成机理与分布规律。

  2.强/台风场的分布特性、时空模型与预测方法。

  针对登陆台风、雷暴强风和龙卷风等强/台风进行实地观测,研究强/台风的水平和垂直分布空间特性以及平稳与非平稳时间特性;建立高时空分辨率的平均风及其相应的脉动风理论模型,研究局部地形地貌对强/台风场的影响,建立我国沿海地区强/台风场的数值预测方法。

  (二)重大工程动力灾变的关键效应。

  1.材料、构件和结构的非线性动力效应。

  基于宏观、细观及其相结合的多尺度理论和方法,采用物理模型、数值模型以及物理模型与数值模型相结合的试验手段,研究复杂受力条件下材料、构件和结构的复杂物理或几何非线性(含接触非线性)的动力行为与理论描述,尤其是考虑材料软化、刚度退化、尺寸效应、加载速率、接触界面特性等影响的结构非线性动力效应,建立模拟强地震动场和强/台风场作用下重大工程动力损伤破坏非线性效应的精细化建模理论与方法。

  2.结构与环境介质的动力耦合效应。

  研究强地震动场和强/台风场作用下结构与环境介质的动力耦合效应,包括强地震动场作用下重大工程的岩土-基础-结构之间的动力耦合效应以及强/台风场作用下重大工程的流-固动力耦合效应,建立结构与环境介质动力耦合作用的连续与非连续、接触与非接触、线性与非线性建模理论与方法。

  3.结构的空间动力作用效应。

  研究多维、多点非平稳的强地震动和强/台风对重大工程的空间动力作用效应。

  4.结构内部及与环境介质之间的能量转换和耗散效应。

  研究强地震动场和强/台风场作用下重大工程的结构内部及其与环境介质之间的能量转换、耗散及辐射效应。

  (三)重大工程动力灾变的全过程分析。

  1.动力灾变建模与数值计算。

  建立考虑强非线性、多介质耦合、能量转换和耗散等效应影响的复杂重大工程系统的快速建模理论以及强地震动场和强/台风场动力作用下重大工程动力损伤演化的高效数值计算方法,发展基于高维动态数据场特征分析和提取的高效可视化技术。

  2.损伤演化规律与破坏倒塌机制。

  研究强地震动场和强/台风场作用下重大工程的损伤累积效应及其演化规律,揭示重大工程的动力灾变失效破坏机理,建立重大工程的动力灾变失效破坏准则;研究强地震动场和强/台风场作用下重大工程的构件破坏、局部结构破坏以及整体结构破坏之间的关系,揭示重大工程的动力灾变破坏与倒塌机制。

  3.动力灾变过程控制。

  研究重大工程结构的失效模式及其高效分析方法;研究重大工程结构失效模式优化与结构整体抗震抗风能力提高的理论与方法;研究重大工程动力灾变过程的损伤与倒塌控制原理。

  (四)重大工程动力灾变模拟系统的集成与验证。

  1.系统集成方法。

  针对重大工程动力灾变模拟的特点,研究集三维几何建模、数值求解、显示、分析和预测等灾变过程模拟于一体的软件开发理论与方法,开发基于网格的高性能并行计算技术,研究数值模拟、原型监测和模型试验之间的集成技术;研究并形成数值模拟平台软件与现有多种应用软件系统之间的集成方法。

  2.强地震动场作用下的集成系统。

  针对长大桥梁、大型建筑(包括超高建筑、大型空间建筑、城市大型地下建筑)和高坝,研制和开发强地震动场作用下重大工程动力灾变模拟的软硬件技术平台,并采用模型试验进行有效性验证或采用原型监测案例分析进行可靠性验证,再现强地震动场作用下重大工程的动力灾变过程。

  3.强/台风场作用下的集成系统。

  针对长大桥梁、超高建筑和大型空间建筑,研制和开发强/台风场作用下重大工程动力灾变模拟的软硬件技术平台,并采用模型试验进行有效性验证或采用原型监测案例分析进行可靠性验证,再现强/台风场作用下重大工程的动力灾变过程。

  三、2009年度拟资助的研究项目

  本重大研究计划主要以“培育项目”、“重点支持项目”和“集成项目”(体现在资助强度和实现目标上的不同)的形式予以资助。对有较好的创新学术思想和研究价值,但尚需进一步探索研究的申请项目,将以“培育项目”方式予以资助。对有很好的创新学术思想和研究价值,有较好的研究基础和成果积累,且对研究计划总体目标有较大贡献的申请项目,将以“重点支持项目”的方式予以资助。选择对实现研究计划总体目标有决定作用的研究方向,在前期“培育项目”和“重点支持项目”成果的基础上,开展集成创新研究,将以更大支持强度的“集成项目”方式直接立项予以资助。

  2009年度拟资助“培育项目”约5项(资助强度不低于50万元/项,项目执行期为3年)、“重点支持项目”3项(资助强度约250万元/项,项目执行期为4年),2009年度拟资助项目总经费约1000万元。

  根据本重大研究计划已资助项目的分布和“集成项目”集成创新的需求,对2009年度拟资助项目的研究方向和研究内容作如下限定:

  (一)2009年度拟资助的“培育项目”。

  2009年度拟在以下方向资助 “培育项目”约5项:

  1.沿海台风的近地特性及结构致灾作用。

  研究我国东南沿海台风的近地特性及其对重大工程结构的致灾作用,建立模拟沿海台风近地特性的风洞试验方法和数值计算方法。

  2.内陆强风及其作用的现场实测与模拟。

  现场实测研究内陆强风的平均风特性和脉动风特性,建立内陆强风的平均风和脉动风普适性数值分析模型及模拟的风洞试验方法和数值计算方法。

  3.结构倒塌模式与模式控制。

  研究典型重大工程结构在强地震动场作用下的倒塌模式,建立重大工程的倒塌模式控制的有效方法。

  4.混凝土高坝强震损伤破坏机理与灾变模拟。

  研究大体积混凝土动态特性与损伤本构模型,揭示强震作用下混凝土高坝损伤破坏模式与机理,建立其灾变模拟模型和方法。

  注:“培育项目”不要求大而全,要更加聚焦关键问题的创新研究,并尽可能从实验或实测等途径入手开展研究。

  (二)2009年度拟资助的“重点支持项目”。

  2009年度拟在以下方向资助 “重点支持项目”约3项:

  1.强地震动场的理论预测模型与数值预测方法。

  研究地震震源过程对近场强地震动场的影响规律,建立考虑精细震源过程、传播路径、复杂地形和局部场地条件的强地震动场全尺度理论预测模型和数值计算方法,揭示强地震动场的形成机理与分布规律。要求研究工作结合“5.12”汶川特大地震开展。

  2.超大跨度深水基础桥梁强震灾变过程及控制研究。

  探索大跨度桥梁深水基础的地震动输入模型以及多维多点非一致性地震动激励作用下大跨度桥梁的动力非线性模型,研究上部结构-桥墩-基础-水/土多介质动力相互作用效应与损伤破坏演化过程及其控制,建立考虑地震动空间效应、结构非线性效应和多介质动力相互作用效应的大跨度深水基础桥梁强震灾变行为的精细化模拟模型与分析方法以及安全控制体系,揭示强震作用下大跨度深水基础桥梁动力灾变的形成机理与控制原理。

  3.重大工程结构倒塌模式与防御。

  研究强地震动场和强/台风场作用下重大工程结构的倒塌模式及其高效分析方法,揭示重大工程结构的动力灾变和倒塌破坏的演变机理及共性规律,建立重大工程结构的动力灾变与破坏倒塌准则及防御方法。

  四、本重大研究计划将依据以下原则优先遴选项目

  (一)围绕本研究计划核心科学问题,具有创新思路的研究。

  (二)基础较好、条件较为成熟,近期可能取得突破性进展的研究。

  (三)依托重大工程,促进科学问题深化的创新性研究。

  (四)跨学科交叉、以及具有较好的国际合作研究基础的研究。

  五、申请书撰写注意事项

  (一)申请人在填报申请书前,应认真阅读本指南和访问本重大研究计划网站:http://deci.dlut.edu.cn,了解已获资助项目概况,避免重复内容申报。申请书应符合本重大研究计划的实施原则,并论述与项目指南最接近的科学问题和研究目标,以及对解决本重大研究计划的核心科学问题和实现本重大研究计划总体目标的贡献。项目申请书的目标和内容应瞄准重大研究计划的核心科学问题,突出特点,强调创新点与前沿基础科学问题的研究。

  (二)申请者可根据拟解决的具体科学问题,在认真总结国内外已有成果、明确新的突破点以及如何探索的基础上,自由确定项目名称、科学目标、研究内容、技术路线和相应的研究经费。

  (三)申请书中的资助类别选择“重大研究计划”,亚类说明选择“培育项目”或“重点支持项目”,附注说明均须选择“重大工程的动力灾变”。根据申请的具体研究内容选择相关科学部的相应申请代码。

  (四)申请书由工程与材料科学部综合处受理。

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