Analysis of through-the-thickness stress distribution in thick laminate multi-bolt joints using global-local method

The stress distribution surrounding the fastener hole in thick laminate mechanical joints is complex. It is time-consuming to analyze the distribution using finite element method. To accurately and efficiently obtain the stress state around the fastener hole in multi-bolt thick laminate joints, a global-local approach is introduced. In the method, the most seriously damaged zone is 3D modeled by taking the displacement field got from the 2D global model as boundary conditions. Through comparison and analysis there are the following findings: the global-local finite element method is a reliable and efficient way to solve the stress distribution problem; the stress distribution around the fastener hole is quite uneven in through-the-thickness direction, and the stresses of the elements close to the shearing plane are much higher than the stresses of the elements far away from the shearing plane; the out-of-plane stresses introduced by the single-lap joint cannot be ignored due to the delamination failure; the stress state is a useful criterion for further more complex studies involving failure analysis.     

地铁盾构隧道管片接头抗弯刚度的数值计算

采用三维有限元法对南京地铁区间盾构隧道管片接头的受力情况进行了数值模拟计算，研究了不同荷载作用下管片接头的变形、转角和抗弯刚度，探讨了接头转角和抗弯刚度的变化规律；通过转角、弯矩和轴力关系的拟合为接头抗弯刚度的确定提供了新的途径．数值计算结果表明，管片接头抗弯刚度随轴力增大而增大，随弯矩增大迅速减小并逐渐趋于稳定；轴力对抗弯刚度的影响随弯矩的增大而减小。     

高铁扣件的自适应视觉检测算法

为了实现高铁缺陷扣件的准确、快速和自动化检测，提出一种基于图像处理技术的高铁扣件自适应视觉检测算法. 针对高铁扣件图像的特性，使用改进的LBP (local binary pattern)算子提取扣件的显著特征；在扣件特征图的基础上，采用模板匹配算法得到扣件区域在原始图中的精确位置，进而得到扣件子图并用扣件的位置信息校验定位结果；以相邻两个扣件子图的差值作为判断依据，如果差值大于预设的阈值，相应的扣件则被判断为缺陷扣件. 将该检测算法应用于高铁工务部门提供的真实扣件图. 研究结果表明:本文提出的自适应扣件检测算法在雨天的表现最差，检出率为96%，误检率为0.50%；在晴天的表现最好，检出率为100%，误检率为0.22%；在不同天气、光照、环境下的综合检出率为99%，综合误检率为0.33%.      

振动条件下螺纹面磨损对紧固件抗松能力影响

为改善振动条件下螺纹紧固件抵抗松动能力,在紧固件横向振动试验装置上,测试了微粒子喷丸未处理及处理镀锌紧固件的抗松动能力,使用扫描电镜观察测量了试验前、后螺纹面磨损形貌和尺寸,建立了考虑螺纹面磨损深度的紧固件刚度模型,利用该模型计算分析了磨损深度改变对预紧力的影响.结果表明:未喷丸紧固件预紧力耐久极限为2.8 kN,喷丸紧固件为2.0 kN,未喷丸紧固件抗松动能力低于喷丸紧固件,未喷丸紧固件螺纹面发生严重磨损,喷丸紧固件螺纹面磨损轻微;螺纹面磨损深度随着滑移距离的增加而增加,紧固件预紧力随着螺纹面磨损深度的增加先呈线性降低,随后降低速度逐渐加快.螺纹面磨损降低了紧固件抵抗松动的能力.      

不同厚度下船舶板材高频感应自由弯曲成形

应用ANSYS软件建立高频感应自由弯曲有限元模型,研究了船板高频感应成形板厚对可加热温度、变形角度、应力、变形及冷却后的残余应力的影响。结果表明:不同厚度的船舶板材可加热温度皆在860℃以上进入奥氏体温度区。在无约束、忽略船板自重的情况下,不同厚度的船舶板材单面弯曲角度在10-2数量级;加热结束后,不同厚度的船舶板材的应力都达到屈服应力,发生了塑性变形。冷却结束后残余应力主要集中在线圈正下方。随着板厚的增加,可加热温度下降,并在中厚板区有波动;弯曲角度先增加,后减小;最大残余应力先减小,后增加。在给定加热频率和功率条件下,船板的高频感应加热变形的最有效厚度为14 mm。     

基于高斯混合部件模型的铁路扣件检测

针对采集图像中铁路扣件存在形状的变化、扣件图像的光照差异较大和扣件被异物局部遮挡的问题,根据对可变形部件模型算法和高斯混合模型的研究,提出了高斯混合部件模型算法. 结合扣件图像边缘特性及改进的Roberts算子计算图像梯度,将归一化后的方向梯度直方图特征作为高斯混合部件模型算法的底层特征,根据扣件形状划分部件,部件之间的相对位置采用星型连接方式度量,运用余弦相似性度量部件中方向梯度直方图特征的相似度,部件模型使用高斯混合模型并采用期望最大化算法迭代求解. 将高斯混合部件模型算法应用于扣件检测中,最终平均检测效果为漏检率3.16%、误检率9.80%、正确率90.27%.      

荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型

为探讨盾构隧道管片结构的空间力学行为，采用厚壳、弹簧、空间实体和接触单元分析盾构隧道管片衬砌的内力状态，提出了荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型．该模型考虑了管片间接缝处的挤压作用、管片与螺栓接头之间的咬合作用、地层对管片的径向与切向抗力作用、环向接头的正负抗弯刚度差异以及封顶块的插入角等因素．算例表明，壳-弹簧-接触模型与梁-弹簧模型的计算结果相差较小；轴力和剪力在壳体上的分布具有明显的空间性．     

DILLIMAX690T高强度结构钢焊接工艺

通过斜Y铁研抗裂性试验、拉伸、弯曲、低温冲击、硬度等试验方法对DILLLMA X690T(即D690T)新型高强度结构钢焊接接头的抗裂性和力学性能进行了研究.结果表明:D690T高强度结构钢有一定冷裂倾向,但在预热温度≥100℃时,选取适合的焊接材料,可避免裂纹的产生;D690T高强度结构钢的同种接头及分别与HG785E高强钢、Q345E低合金钢焊接的异种接头均具有良好的拉仲、弯曲性能和低温冲击性能;焊接热影响区的硬度偏高,在实际生产时可适当提高预热温度.     

半承载式客车车身骨架动静态特性分析

建立了板梁单元相结合的客车有限元模型,通过静态电测试验验证了模型的准确性.计算静态条件下对车身骨架影响较大的扭转状态下的应力、弯矩、扭矩分布,并通过观察车身骨架的变形获悉客车结构的静态特性.对客车骨架进行谐响应分析,以考察发动机怠速运转时,悬置点以及地板上不同位置的动力响应随频率的变化关系,得出对客车结构影响较大的频率...     

有限元分析应力吸收层对刚性路面加铺层的影响

采用有限元计算方法,分析了不同应力吸收层在接缝处对沥青加铺层层底拉应力、弯沉差的影响,确定了应力吸收层的合理厚度及模量。     

预制装配式地铁车站单环结构传力与变形机理

为了研究新型装配式车站结构的力学与变形性能，以长春某国内首例预制装配式地铁车站为背景，基于有限元软件ABAQUS对装配式地铁车站单环结构拼装成环后传力与变形机理进行研究. 首先，建立了不同结构形式与钢丝杠支撑组合的4种工况数值模型；其次，对结构在自重作用下的力学、变形和接头接触性能进行了对比分析；最后，揭示了该类型预制装配式地铁车站单环结构的传力与变形机理. 研究结果表明:钢丝杠的支撑作用不容忽视，在拱脚外侧增设水平钢丝杠后，结构最大Mises应力降低约40%，最大主应力降低约80%，最大水平位移降低约90%，拱顶挠度降低约80%，结构内部降剪、降弯效果明显；接头接触状态发生明显变化，除拱顶D-E接头外其余接头接触面挤压面积比例显著增大，拼装结构基本达到了传力稳定可靠、变形安全可控的设计要求，整体自稳能力显著提升. 钢丝杠与拼装结构协同工作优化了单环结构的传力路径，有效限制了结构的水平与竖直变形，该类型装配式结构的力学与变形性能优于未设置钢丝杠的现浇结构的对应指标.      

Prototype Loading Tests on Full-Ring Segmental Lining of Rectangular Shield Tunnel

A series of full-scale loading tests are performed for a prospective subway tunnel with a rectangular shape including two reliability tests: one stagger-jointed three-ring reliability test, and one ultimate failure test on a single ring. Comprehensive measuring programs are designed to record the deformation of both lining structure and joints and the stresses of concrete, bolts and reinforcements. Experimental results show that in both the single-ring and three-ring loading cases, the long sides of tunnel cross section bend inwards while the short sides of tunnel cross section bend outwards. The inner part of joints opens while the outer part of joints closes at places experiencing positive moment and vice versa. Joint’s rotational stiffness varies at different locations. Concrete cracking and crushing are the chief damage modes, and they are closely related to the distribution of bending moment. Stagger-jointed fabrication significantly increases the overall rigidity of lining system, which thereby greatly reduces the deformation of both concrete lining and joints in comparison with the single-ring case. It is shown that the routinely-used uniform rigidity model is conservative and the preliminary design can be optimized by applying an effective rigidity ratio (ERR) of 0.5.     

激光参数对高强度不锈钢搭接焊接结构和断裂行为的影响

通过焊接和拉伸试验及微观组织分析,研究了焊接参数对高强度301L-HT板搭接非熔透激光焊接接头结构、断裂行为和力学性能的影响.结果表明：激光焊缝的硬度为HV215,δ铁素体比电阻点焊少,热影响区硬度更接近于母材;焊缝几何结构对激光参数敏感,熔深变化的规律性更明显,特定部位的熔宽与焊接参数耦合有关;板材厚度相同的焊接接头变形刚度接近,焊缝的几何结构决定最后的变形和断裂行为,焊接内板的弯曲变形角度比外板大,两板的弯曲角度差随熔深增加而减小;焊接板弯曲角度和焊接强度随焊缝尺寸同步升高;焊缝硬度低于母材和热影响区导致拉伸变形集中在很窄的区域,焊接接头的断裂位移都小于2mm.     

不同粗糙度岩体节理面的应力松弛特性及机理

应力松弛是岩体节理面时效特性的重要组成部分，也是影响岩体工程长期稳定性的重要因素. 为研究不同粗糙度岩体节理面的应力松弛特性，并进一步探索节理面的应力松弛机理，选取Barton标准剖面为人工模拟节理面的表面形态，并用水泥砂浆浇筑成型；然后，对其进行了分级加载剪切应力松弛试验，研究了不同粗糙度节理面在不同初始应力水平下的应力松弛曲线及应力松弛速率曲线特征，给出了松弛应力与初始应力之间的关系，并结合试验现象分析了应力松弛的发生机理. 研究成果表明:随着初始松弛应力的升高，松弛应力先减小后增大，即岩体节理面应力松弛能力先减弱后增大，该现象与剪切过程中节理面的变形和裂隙发展有关，应力松弛是试验机为保持变形不变而不断调整，同时内部裂隙发育导致其内部抗力减小，进而引起应力下降的过程，并且粗糙度（JRC）越大，应力松弛能力越强.      

紧急制动条件下地铁车辆与钢弹簧浮置板轨道动力相互作用

为了优化坡道上钢弹簧浮置板轨道的设计, 在考虑轮轨纵向作用关系与钢弹簧浮置板轨道特点的基础上, 运用多体动力学理论和有限元法建立了紧急制动条件下地铁车辆与钢弹簧浮置板轨道动力相互作用模型, 利用多体动力学软件UM验证了模型的有效性, 分析了车辆与轨道的动力响应。研究结果表明: UM软件与本文模型计算得到的车体纵向加速度和轮轨纵向力平均相对误差分别为1.3%、2.8%;在紧急制动过程中, 车体始终处于向前点头和纵向振动的状态, 导致前轮增载, 后轮减载; 由于板与板之间不连续, 钢轨和浮置板之间会产生纵向相对错动, 须注意钢轨与浮置板之间不协调的纵向变形; 间隔2组扣件布置一对隔振器方案(方案1) 所得板端钢轨垂向位移比板中大0.2 mm, 间隔2组扣件布置一对隔振器, 再间隔3组扣件布置一对隔振器方案(方案2) 所得板端钢轨垂向位移比板中小0.5 mm; 2种布置方案下, 轨道纵向变形相差不超过5%, 扣件和钢弹簧受到的纵向作用力相差不超过15%;短波轨道不平顺显著加剧了钢轨和浮置板的垂向振动效应, 不平顺状态下钢轨最大垂向加速度可达15g左右; 钢弹簧浮置板轨道可以降低传递到基础底部的垂向振动, 加速度降幅约为0.2 m·s-2, 但会显著放大低频段钢轨、浮置板的垂向振动, 振动量增幅约为15 dB。      

柴油机连杆接触分析的若干问题

本文研究了连杆多体接触模型的计算问题,并以12V1807JC 柴油机的平切口连杆为例考虑了连杆两部分和轴瓦、衬套以及螺栓的相互配合关系,用有限元混合法进行了计算,并与连续体模型的计算结果做了比较.文章指出了连杆计算应遵循的一些原则.     

钢轨扣件失效对列车动态脱轨的影响

建立了非对称车辆/轨道耦合动力学模型,分析轨道扣件失效对车辆动态脱轨的影响,考虑离散轨枕支承对车辆/轨道耦合作用的影响,通过假设轨道系统刚度沿纵向分布发生突变来模拟扣件组失效状态,推导了考虑钢轨横向和垂向以及扭转运动的轮轨滚动接触蠕滑率计算公式,利用Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论计算轮轨法向力及轮轨滚动接触蠕滑力,采用新型显式积分法求解车辆/轨道耦合动力学系统运动方程,通过数值分析计算,得到轮轨横垂向力之比、轮重减载率、脱轨危险状态的持续时间和轮对踏面上轮轨接触点位置的变化。连续5个钢轨扣件不同程度失效对列车动态脱轨的影响的数值模拟结果表明,如果失效因子从0.8增大到1.0,即钢轨扣件经历从接近完全松脱到完全松脱,钢轨扣件失效对列车动态脱轨影响呈指数规律。     

Development of the large increment method in analysis for thin and moderately thick plates

Many displacement-based quadrilateral plate elements based on Mindlin-Reissner plate theory have been proposed to analyze the thin and moderately thick plate problems. However, numerical inaccuracies of some elements appear since the presence of shear locking and spurious zero energy modes for thin plate problems. To overcome these shortcomings, we employ the large increment method （LIM） for the analyses of the plate bending problems, and propose a force-based 8-node quadrilateral plate （8NQP） element which is based on Mindlin- Reissner plate theory and has no extra spurious zero energy mode. Several benchmark plate bending problems are presented to illustrate the accuracy and convergence of the plate element by comparing with the analytical solutions and displacement-based plate elements. The results show that the 8-node plate element produces fast convergence and accurate stress distributions in both the moderately thick and thin plate bending problems. The plate element is insensitive to mesh distortion and it can avoid the shear locking for thin plate analysis.     

拧紧速度对螺栓转矩系数的影响分析

为了研究拧紧速度对螺栓拧紧特性的影响,利用多功能螺栓紧固分析系统对紧固件进行转矩——夹紧力试验,通过试验分析得出摩擦系数随着拧紧速度的增大而减小并逐渐趋于稳定;同时摩擦系数是影响转矩系数的主要因素,转矩系数是摩擦系数的增函数,在一定范围内,转矩系数与摩擦系数呈同增减趋势;紧固件的拧紧过程,摩擦会产生高温,温度变化是使摩擦系数发生变化的重要因素.     

基于分析和试验的微型客车白车身刚度研究

采用有限元方法分析了某微型客车自车身扭转刚度和弯曲刚度,以及车身局部变形等刚度特性,并用试验数据验证了分析结果.其结果表明:该车身扭转刚度较低,后门框变形较大,需要改进设计.指出采用车身刚度与质量比参数来综合评价白车身刚度性能更为合理.