基于强度衰减的Vajont滑坡运动特征非连续变形分析

强度衰减是滑坡高速远程运动的重要原因，为了探明滑体强度衰减对滑坡运动能力的影响，以意大利Vajont高速滑坡为例，结合现场调查以及滑坡历史资料，基于岩土体剪切强度衰减理论，利用非连续变形分析（DDA）方法，探讨滑带强度衰减、滑体强度衰减及其共同作用对Vajont滑坡独特运动堆积特征的影响. 研究结果表明:滑带和滑体强度衰减的共同作用造成了Vajont滑坡显著高速运动和独特堆积特征，滑带强度衰减对滑坡运动速度起主导作用，当滑带强度衰减为15.8° 时，监测块体最大速度为5 m/s，当滑带强度衰减为6.9° 时，监测块体的最大速度为19 m/s；滑体强度衰减则对其高速持时具有显著影响，进而大幅提高滑坡运动的远程能力，当滑体强度为40.0° 时，监测块体水平最大位移为140 m，当滑体强度衰减为14.0° 时，监测块体水平最大位移为260 m；数值模拟过程中滑坡呈现出“一体化”运动特征，此特征可用来解释在实际滑坡堆积体高速远程运动过程中保持良好层序的原因.      

三维弹塑性轮轨滑动接触热机耦合分析

为提高轮轨滑动接触热响应分析的准确性,基于Johnson-Cook材料模型,充分考虑含摩擦因数在内多种材料属性的温度相关性、3种热传递方式和轮轨实际廓形,建立了全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型,采用完全耦合法对滑动接触状态下的轮轨进行热机耦合分析;研究了车轮以1 m·s-1速度沿钢轨滑行0.1 s时的轮轨温度场和应力场分布特性,分析了轴重、相对滑动速度对轮轨接触区温度场的影响,得到了热影响层深度、热影响层宽度、轮轨表层温度随轴重、相对滑动速度的变化关系。分析结果表明:轮轨最大等效应力发生在次表层接触斑中心处,车轮表层最高温度发生在接触斑后半部分中心处,车轮表层最高温度为848 ℃,钢轨表层最高温度为768 ℃,钢轨表层最高温度低于车轮表层最高温度;轮轨热影响层很薄,车轮热影响层深度约为4.22 mm,钢轨热影响层深度约为3 mm;轮轨热影响层深度随轴重增大无明显变化,而宽度随轴重的增大而增大,轮轨热影响层深度随相对滑动速度的增大而减小,而宽度随相对滑动速度增大无明显变化,轮轨表层温度随轴重和相对滑动速度的增大而增大,且相对滑动速度对轮轨热响应影响更大。全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型及热机完全耦合法能够更加准确地预测轮轨滑动接触热响应,对合理开展轮轨热损伤和热疲劳研究具有重要意义。      

浅析边坡稳定性分析的数值解

推导了坡面为两直线段斜坡的均质边坡稳定性安全系数函数式,利用遗传算法求出最危险滑弧位置、滑弧半径及相应的最小稳定性安全系数值,利用有限元法和接触摩擦弹簧元进行了边坡的渐进破坏分析,讨论了材料特性对边坡稳定性的影响。计算表明,渐进破坏分析所求出的稳定性安全系数比理论上求出的最小稳定性安全系数要小。     

基于线性矩阵不等式的船舶动力定位滑模控制

为了解决具有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统的控制问题, 提出了一种基于线性矩阵不等式的滑模控制算法; 将跟踪误差设计为滑模函数, 设计线性矩阵不等式, 求解状态反馈增益; 基于二次型Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 设计切换函数, 使系统对不确定性和外加干扰具有较强的鲁棒性, 避免出现抖振现象; 对基于线性矩阵不等式的滑模控制器进行仿真, 计算出动力定位船舶在无扰动的匀速运动和有外界环境扰动的变速运动2种不同情况下的前进速度、横荡速度、艏向角速度、前进加速度、横荡加速度、艏向角加速度、前进控制力、横荡控制力和艏向控制力矩等; 分析了状态反馈增益线性矩阵、边界层、切换项增益等参数对控制性能的影响。研究结果表明: 采用基本滑模控制使前进速度达到期望值所需的上升时间为29s, 而新算法为15s, 节约了48.28%;采用基本滑模控制使横荡速度达到期望值所需的上升时间为24s, 而新算法为14s, 节约了41.67%;采用基本滑模控制使艏向角速度达到期望值所需的上升时间为13s, 而新算法为10s, 节约了23.08%。可见, 设计的控制器对有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统都具有较强的鲁棒性, 具有控制输入连续、控制抖振小、不存在过高增益等特点。      

无人水下航行器横滚控制系统反演变结构设计

针对无人水下航行器横滚通道的非匹配不确定性控制问题,提出一种非线性反演设计方法,将反演过程中的虚拟控制量的导数作为不确定性项,引入自适应机制对其上界进行估计,并采用变结构控制克服系统的不确定性,利用Lyapunov理论证明系统的稳定性.结果表明,在流体动力参数摄动情况下,本文方法具有良好的鲁棒性和自适应性,满足无人水下航行器快速横滚控制的要求.     

有限元强度折减法识别滑动带的例证

以广东省西部沿海高速公路某处于挤压变形阶段的滑坡为研究对象,通过有限元强度折减法对其进行稳定性分析,判别其塑性变形区,再用物探的面波等速度彩色剖面图合成技术来实现瞬态面波勘察技术对滑动带的搜索,对比及验证有限元数值分析对滑动带的判别结果,实践证明二者所显示的滑动面数量和位置基本一致,印证了有限元强度折减法在滑坡稳定性分析中对潜在滑动面搜索的有效性及可靠性.     

轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型

基于伽辽金变分原理,利用有限元方法,建立了轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型,分析了轮轨摩擦热与钢轨接触区热膨胀位移、摩擦温度、应变和应力的关系。模型中温度场和位移场由耦合方程同时求解,但没有考虑惯性项和材料阻尼的影响。分析结果表明:耦合求解的温度场和位移场与非耦合求解的温度场和位移场的计算结果一致,钢轨表面各点滑动位移的方向与车轮滑动方向一致,垂向位移方向先负后正;钢轨表面各节点进入接触区后,温度快速上升,但高温持续时间短;在滑动方向上,钢轨接触点先受压应变后受拉应变作用,垂向受拉应变作用,滑动方向压应力明显高于垂向压应力,钢轨接触斑前后节点滑动方向应变符号相反;垂向高正应变区主要集中分布在接触斑后半轴上,最大剪应变与剪应力区在接触表层以下。     

实体有限元模拟预制节段桥墩循环荷载分析

采用实体有限单元法模拟无粘结预应力、普通箍筋约束预制拼装桥墩在循环荷载下的力学反应,得到其荷栽位移滞回曲线。为了提高预制拼装桥墩的滞回性能,改进模型,使用贯穿节段接触面的普通纵向钢筋作为能量耗散装置增强耗能能力。改进后的模型残余变形小,滞回性能高。     

滑动摩擦系数的离散元数值模拟与分析

针对滑动摩擦的研究现状及存在的问题进行了简单叙述,将离散元理论引入滑动摩擦研究,应用基于该理论的三维颗粒流数值模拟软件（PFC3D）建立了滑动摩擦模型,重点分析了接触压力、表面粗糙度和相对滑动速度等因素对滑动摩擦系数的影响,模拟结果与经典摩擦理论结论进行了对比和讨论,最后给出了进一步研究的一些建议。     

铁路钢轨裂纹萌生的键型近场动力学预测模型

为克服经典连续介质力学在解决不连续问题时的困难,采用近场动力学方法预测铁路钢轨的裂纹萌生,以避免数学构架在不连续处的失效问题;建立了考虑轨枕支承作用的钢轨形变分析模型,分析了模型参数合理取值及收敛性,计算了车轮滚动接触荷载下的钢轨位移;根据近场动力学损伤理论,以键伸长率为指标,分别研究了车轮全滑动、粘着-滑动及无摩擦状态对铁路钢轨裂纹萌生的影响规律。计算结果表明:近场动力学模型和经典连续介质力学模型的钢轨形变计算结果十分吻合,最大计算误差均在8%以内,验证了所建近场动力学模型的正确性;当裂纹萌生于钢轨轨头时,其启裂位置不在钢轨表面,而在钢轨表面以下约2 mm的位置,与现场观察结果一致,验证了近场动力学方法在模拟铁路钢轨疲劳裂纹萌生时的适用性;当车轮荷载位于钢轨跨中时,在车轮状态由全滑动向无摩擦转变的过程中,钢轨疲劳裂纹的萌生起点位置由轨头转移到轨底、由接触斑前端转移到接触斑中心,裂纹类型由局部滚动接触疲劳裂纹转变为整体结构疲劳裂纹,键最大伸长率由1.1×10-3降低到8.1×10-4,因此,增大切向接触应力会降低钢轨裂纹萌生寿命;当车轮荷载位于轨枕上方时,随车轮滚动状态的改变,钢轨裂纹的萌生位置始终位于轨头。      

地基土上水工建筑物滑动稳定

针对地基土上水工建筑物滑动稳定设计中存在的6个问题,提出了解决办法．利用在基坑内原位压板试验,确定地基土回弹等影响后的滑动承载能力降低数值;定量确定适合水工建筑物地基土的滑动剪应力强度包线和滑动剪切系数;根据地基土和建筑物底板的滑动机理不同,将地基土和建筑物底板的滑动安全系数分开设置;提出采用地基土承受偏心荷载的最大压应力σmax预测建筑物位移、滑动和地基土蠕变位移、滑动的设计方法;确定地基土体蠕变滑动轮廓的计算方法;限定地基土抗滑稳定设计的最大压应力等．按拟定方法计算2座已建水工建筑物,计算结果符合实物工况．     

硬路面碎块抛物运动模型

事故现场固体抛落物及其分布场隐含着揭示交通事故状态的重要信息。基于抛物运动的各种运动成分描述 ,分析了道路交通事故汽车碰撞速度与抛物距离之间的各种关系模型 ,揭示了包括经典抛物方程、弹跳运动和滚动—滑动运动模型的广义抛物运动规律。以汽车大灯玻璃碎片为例 ,给出了校验广义抛物运动方程的参数     

基于差动制动的单拖挂汽车列车道路跟踪控制

对汽车列车的运动特点进行了研究,建立了考虑铰接角的单拖挂汽车列车驾驶员模型;对挂车制动时车辆运动状态的变化进行了分析,设计了基于差动控制的道路跟踪控制器,建立了基于Simulink和Trucksim的联合仿真模型,验证了双移线工况下模型的路径跟随性和行驶稳定性.结果表明:基于差动制动的单拖挂汽车列车道路跟踪控制器,与单...     

受电弓滑板载流磨损机理演变过程试验研究

为了研究高速弓网系统材料载流摩擦磨损行为,采用高速环-块式载流磨损试验机,研究了载流200 A、法向载荷70 N、滑动速度80~160 km/h条件下,纯碳滑板/铜合金接触线之间电弧放电现象和纯碳滑板的载流磨损特性,并用光学显微镜来观察滑板磨损表面形貌.研究结果表明:随着试验时间的增加,滑板振动和电弧放电现象逐渐加剧,电弧放电频率先增加后逐渐趋于稳定,电弧平均单次放电能量也增加,滑板磨损量缓慢增加后快速上升;当滑动速度为160 km/h时,试验时间50 min的磨损率(0.037 27 g/km)是试验时间10 min磨损率(0.013 40 g/km)的3倍;高速载流条件下,滑板磨损机理随着试验的进行发生了由轻微机械磨损到重机械磨损伴随轻微电弧侵蚀,最后转变为机械磨损和电弧侵蚀共存状态的变化.      

轮对摇头运动对轮轨滚动接触蠕滑率／力的影响

用数值分析方法分析了单轮对的摇头运动对其左右轮轨滚动接触斑上蠕滑率／力的影响。在轮轨滚动接触蠕滑率／力关系分析方面，利用了Ｋａｌｋｅｒ的三维弹性体非赫兹滚动接触计算模型。通过分析计算可知，轮对摇头角运动参量是影响轮轮之间横向蠕滑力的主要因素。     

基于自适应非奇异终端滑模的悬浮控制策略

针对采用传统线性滑模控制的电磁悬浮系统存在响应速度慢以及抗干扰能力差的问题，提出了一种基于自适应非奇异终端滑模的悬浮控制方法，该方法将自适应控制引入到终端滑模控制，结合滑模控制对扰动不敏感的优点，利用自适应控制对滑模趋近律系数进行在线自适应调节，改善悬浮系统的动态性能. 首先，建立了电磁悬浮系统数学模型；然后，利用李雅普诺夫稳定理论证明了所设计控制器的稳定性；最后，进行了仿真和实验验证. 实验结果表明:自适应非奇异终端滑模对信号跟踪具有更快的响应速度和更小的稳态误差，对峰峰值为2 N的正弦或锯齿干扰力气隙波动可限定在0.2 mm以内，进行0.1 kg加减载实验时气隙波动为0.6 mm，各项性能均优于终端滑模和线性滑模.      

桩板墙结构加固边坡的稳定性分析

为探讨桩板墙加固边坡的稳定性,根据多块体滑移理论,采用极限分析上限定理,导出了为保证边坡稳定桩板墙结构中抗滑桩应提供的抗力的计算公式,提出了桩板墙结构加固边坡稳定性的一种新的分析方法.用该方法对算例进行了分析,并与旋转破坏模型获得的结果进行了比较.研究结果表明:桩板墙结构中,抗滑桩应提供的抗力随边坡坡角增大而增大,随坡体材料抗剪强度增大而减小;边坡潜在滑移面埋深随坡体抗剪强度增大变浅;按新方法得到的潜在滑移面比基于旋转破坏模型获得的潜在滑移面更危险.      

不匹配不确定系统的变结构鲁棒控制及应用

针对一类具有不匹配不确定系统的MIMO系统在用理想系统（即不存在不确定性时的系统）所对应的代数RICCATI方程的解来构造滑动模态超平面的基础上,提出了一种具有连续性质的变结构鲁棒控制算法,该处可确保系统滑动模态运动满足实际稳定性,最后以船舶航向控制系统为例,进行了变结构鲁棒控制自动舵设计,通过仿真研究可见,所提出的算法是有效的。     

摆动活齿传动弹流润滑下的摩擦功耗

为了准确获得弹流润滑下摆动活齿传动的摩擦功率损失,根据摆动活齿传动的啮合原理,探讨了弹流润滑状态下,活齿与内齿圈之间滑动摩擦因数的计算方法,分析了传动过程中滑动摩擦因数的时变规律.在对活齿与内齿圈间的接触正压力和相对速度进行计算的基础上,建立了弹流润滑下,摆动活齿传动在一个啮合周期内不同啮合点处的瞬时滑动摩擦功率损失的计算模型.应用最小二乘法拟合了啮合周期内的瞬时滑动摩擦功率损失函数,通过对其进行积分运算导出了平均滑动摩擦功率损失的计算公式.实例计算表明:本文提出的摆动活齿传动啮合过程摩擦功耗的计算模型是可行的,当活齿与内齿圈在齿廓曲线拐点处啮合时,瞬时滑动摩擦功率损失最大,其值为118.4 W.      

地震作用下加筋挡土墙稳定性分析

为了计算地震作用下加筋挡土墙的整体稳定系数,考虑筋带对其稳定性的影响,基于塑性极限理论上限法,选用对数螺旋作为滑动面,建立了地震作用下加筋挡土墙稳定性分析模型.推导了挡土墙后滑动土体重力所作的外功率、地震对滑动土体所作的外功率、潜在滑移面上的土体粘聚力及筋带与土体间摩擦力所作的内功率,建立了稳定系数计算公式.采用遗传算法,计算了地震作用下加筋挡土墙的稳定系数.研究结果表明,考虑筋带加固作用,基于滑移面动态搜索模型计算得出稳定系数为1.337,比用《公路加筋土工程设计规范》中的方法计算得到的稳定系数大0.08,说明稳定性分析时考虑筋带抗滑移作用是合理的.