基于模式识别技术的铁路道砟模型库建立及离散元模拟

颗粒形状是影响铁路道砟力学特性的重要因素,考虑颗粒形状是进行真实铁路道砟力学特性数值模拟研究的首要问题。本文基于模式识别技术,开发了一种颗粒提取技术,进而能够从复杂的原始道砟图像中自动识别出道砟轮廓。该技术为道砟颗粒的形状评估奠定了基础。在对道砟颗粒进行统计形状分析的基础上,建立了道砟颗粒的几何形状库。最后,基于所提出的道砟颗粒形状库和离散元方法,对真实形状的道砟颗粒进行了双轴压缩试验,研究了道砟颗粒细长度对其力学特性的影响。     

透水型级配碎石基层填料强度演化特征的离散元模拟

骨架空隙型级配碎石填料因其较好的渗透性能而广泛应用于透水型基床结构层,但其在不同级配下的抗剪强度特征及演化规律仍不明确。首先针对6种不同级配类型的碎石填料试样开展了不同围压下的室内单调加载三轴压缩试验,进而采用考虑颗粒真实不规则形状的三维离散单元方法对室内试验结果进行了数值模拟研究,从颗粒间接触、微观组构和颗粒运动等角度揭示了透水型级配碎石基层(UPAB)填料抗剪强度机理及其随级配变化的演化特征,验证了室内试验得出的级配影响规律及级配优化设计方法。研究结果表明：细颗粒通过改变颗粒体系的内部排列结构(即各向异性程度)而直接影响级配碎石填料宏观抗剪强度,细颗粒含量对试样的剪切破坏形态有直接影响,随着细颗粒含量的减少,试样整体发生较大变形时表现为内部颗粒发生转动的比例下降但发生颗粒间滑动的比例增加;试样失稳的主要原因是由于颗粒拓扑结构的改变,最终发展成不可逆的塑性变形;级配控制参数G/S=1.8时试样表现出最低的各向异性特征,相同应变条件下的颗粒旋转角均值最小,表明此时试样内部的颗粒堆积排列最优且抗剪强度最高,G/S=1.8可取作“填充密实”型与“残余空隙”型结构的分界;不同级配的试样内部颗...     

基于离散元法OGFC集料级配优化

以OGFC-10、OGFC-13、OGFC-16为例,在各自推荐级配范围内选择细、中、粗三种集料级配,利用离散元软件PFC2D对相应的OGFC进行单轴压缩试验和劈裂试验数值模拟,以确定最佳集料级配,并通过室内试验对模拟结果加以验证,最后对最佳级配混合料进行路用性能检验。研究表明:离散元法可以用于模拟沥青混合料的单轴压缩试验和劈裂试验,为研究OGFC混合料的力学性能和级配优化提供了辅助手段。     

基于分形理论的土体级配评价方法及应用

为优化《土工试验方法标准》中的土体级配评价方法,探索应用分形理论研究路基工程中土颗粒级配评价方法。基于土体的自相似性特征,应用分形理论,建立不均匀系数Cu、曲率系数Cc与分维系数D之间的函数关系,通过土体分维系数D来评价土体级配特征,为土体级配特征研究提供了一种新方法;通过工程案例应用,验证了评价方法的可靠性。由于分维系数概念清晰,物理意义明确,可通过颗粒分析试验获得,便于在工程上推广应用。     

连续级配的级配碎石材料试验研究

传统概念认为,n=0 4～0 5的连续级配具有最大的密实度。本文对连续级配的级配碎石细集料和级配碎石混合料进行系统的室内试验研究,并相应地对试件进行击实成型与振动成型的比较研究,论证了当前现场碾压设备由清一色的光轮压路机发展为以振动压路机为主以后,以最大密实度为理论基础制定规范级配的最佳n值,并非固定为0 4～0 5。而一系列的测定数据表明:级配碎石基层材料的路用性能可以提高,它是材料与压实工艺相互作用的结果。     

沥青路面级配碎石层应力消散的细观研究

为了从细观角度阐释级配碎石作为应力消散层对半刚性基层反射裂缝的作用机理,利用离散元方法生成未设置和设置级配碎石层沥青路面结构的细观模型,模拟了上述两种路面结构在标准轴载作用下的响应过程,得到了两种路面结构的接触力分布、最大接触力、应力集中区域的y向平均应力和平均应变,以及集料颗粒的位移矢量.数值模拟结果表明:路面结构中产生的接触力主要沿荷载作用位置向下传递,设置级配碎石应力消散层后路面结构二中产生最大接触力比未设置级配碎石的路面结构一减小了6.1％,面层层底的平均应力、平均应变分别降低了11.79％,65.43％,集料的位移在路面表面附近最大,沿深度方向逐渐减小,路面结构一、二面层层底相同颗粒的位移分别为0.205 cm,0.126 cm,上述结果均体现了级配碎石对应力消散的效果.     

开级配大粒径沥青碎石混合料劈裂试验的离散元数值分析

为了弥补现有沥青路面结构设计理论中将沥青混合料当作完全弹性体进行计算分析的不足,以AC-16,AC-20,开级配大粒径沥青碎石混合料OLSM-25的劈裂强度为研究对象,采用离散元方法,运用二维颗粒流程序(PFC2D),从细观角度入手,对AC-16,AC-20,OLSM-25的劈裂(间接拉伸)试验进行数值模拟,对比分析AC-16,AC-20,OLSM-25圆柱体试件内部集料颗粒之间的接触力、位移矢量、微裂缝数量及其分布规律.结果表明:在峰值轴向力作用下,当沥青混合料圆柱体试件开裂破坏时,随着沥青混合料公称最大粒径、空隙率的增大以及油石比的减小,试件内部集料颗粒之间的接触力由基本均匀趋于相对离散分布,位移矢量存在显著差异,微裂缝数量逐渐减少.与AC-16,AC-20相比,OLSM-25的间接拉伸抗裂效果显著.     

级配碎石的级配选择

级配碎石层材料的强度较低。主要来源于碎石颗粒本身的强度以及碎石颗粒之间的嵌挤力。为了得到较高强度和稳定性的材料,采用反映材料强度的指标CBR值。对级配碎石的级配以及试件的成型方式这两个影响因素进行了分析。     

开级配沥青稳定碎石基层混合料级配设计方法研究

分别采用现行规范推荐方法、SAC断级配设计方法设计了两种开级配沥青稳定碎石混合料,然后采用析漏损失指标设计法对所设计的两种开级配沥青稳定碎石混合料进行了最佳油石比的确定,并对最佳油石比下的沥青稳定碎石混合料进行了排水性能、抗永久变形性能和抗疲劳性能等路用性能的研究.结果表明:与ATPB30相比,SACPB30排水性能稍差,但其水稳定性、抗永久变形性能、抗疲劳性能和低温抗裂性能更优,采用SAC断级配设计方法设计开级配沥青稳定碎石基层混合料更科学、更合理.     

级配碎石材料级配设计方法探讨

级配碎石基层有利于改善半刚性基层引起的反射裂缝,但材料本身的强度和变形是工程应用过程中必须注意的,松散材料的粘结力普遍较低,且易发生较大的变形.该文在嵌挤一密实结构的指导思想下提出级配碎石材料的组成设计方法--填充系数法,结合现场实际碾压设备,试件成型采用振动成型工艺,除干密度和CBR评价指标外,提出回弹模量和塑性变形指标,从强度和变形两个方面对级配碎石混合料进行评价.     

基于离散单元法的沥青混合料研究初探

针对构成沥青混合料骨架的集料内部复杂的微观作用机制,在随机集成2种粒径集料混合体基础上,利用离散单元法DEM进行微观模拟。据此原理,在VC 平台上开发出相应的计算程序,并将该程序用于模拟重力场内集料的微观相互作用。结果表明,该方法为实现级配可视化设计、分析骨架强度形成机理及混合料变形与破坏机制奠定基础。     

基于离散元的铣挖法施工关键参数研究

以岐山隧道为依托,建立三维离散元数值计算模型,对铣挖法的吃刀深度、截割厚度、截割方式三个施工关键参数进行研究。结果表明:在全风化花岗岩条件下,铣挖机最优吃刀深度为13.0 cm;随着截割厚度增大,平均垂直力和平均滚动力均增加,截割厚度12.5 cm为艾卡特ER1500-3L铣挖机最大截割厚度;从节能和减少刀具磨损来说,顺切更有利。     

基于离散元法的GTM沥青混合料设计参数研究

运用离散元理论,对GTM法设计的混合料旋转剪切过程中的设计参数:旋转稳定值GSI与旋转剪切系数GSF进行了数值模拟分析。分析过程中,模拟了GTM试验模型沥青混合料的工作状态,获得了GTM法混合料变形与应力场,验证了试验结果的正确性,最后综合试验数值模拟结果提出了GTM混合料设计参数合理取值范围:GSI≤1.05,GSF≥1.3。     

粘弹性材料的离散元数值分析

基于Burgers模型,应用微观力学理论和粘弹性原理,建立了均质粘弹性材料的离散单元模型,对粘弹性材料的蠕变过程进行了数值模拟,并对模拟结果与已有且经过验证的理论公式计算结果作了比较。结果表明,数值模拟结果曲线与B嶝模型的理论蠕变曲线相一致,且数值模拟与解析解的结果整体上基本一致,相比解析解的复杂繁琐,DEM数值模拟是一种更加行之有效的较简单的研究方法。但是,数值模拟的结果在卸载后的部分与解析解不很吻合。总之,DEM数值模拟可以节省大量的室内试验并提高准确性,可用于对粘弹性材料的进一步研究。     

基于离散单元法密集节理岩体边坡稳定性分析

节理岩体边坡的稳定性很大程度上取决于节理的强度及其分布形式。由于节理岩体边坡的失稳破坏具有大变形和非连续的特点,因此,离散单元法成为研究节理岩体边坡破坏机理的最有效方法之一。通过采用离散元软件PFC2D对岩石进行数值模拟,建立含密集节理的岩体边坡模型,讨论了岩体连通率对边坡破坏形式的影响。结果表明,在多组节理密集分布的岩体边坡中,连通率越大,其稳定性越差;随着连通率的减小,边坡的破坏形式由大范围的滑坡转变为局部崩塌的形式。     

离散元法的沥青路面车-路动力学响应分析

为了分析车辆荷载作用下沥青路面结构的细观状态力学响应，建立了二自由度1/4车辆模型与多层路基路面耦合离散元模型，通过各结构层单轴压缩应力-应变试验与相同工况试验数据比较，经迭代运算得到路面离散元模型各结构层细观参数，应用试验得到的沥青路面细观参数建立多层路基路面模型，在离散元模型的上表面设定一定不平度，在一定速度作用下，1/4车辆模型在路基路面离散元模型上表面匀速移动，从而求解车辆动荷载作用下沥青路面各结构位移、应力等细观受力状态。进而改变1/4车辆模型的车体悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度，轮胎阻尼系数，从而获得在改变车辆参数作用下沥青路面内部的应力变化规律。研究结果表明：基于离散元理论不但可以求得沥青路面在车-路相互作用下各层的应力与变形，而且还可以求得沥青路面各结构层颗粒流的变化趋势，在车辆移动荷载作用下，随着路基路面深度增加，各结构层颗粒流竖直方向动态位移与应力响应依次减少，其中上基层颗粒流动位移比上面层颗粒流动位移减少25%，下面层颗粒流竖向应力约为上面层颗粒流竖向应力的50%，水平方向上颗粒流既有压应力又有拉应力，变化比较复杂，上面层颗粒流水平方向主要承受压应力，其余结构层主要承受拉应力；增加轮胎与悬架刚度系数对模型颗粒流水平方向拉应力影响较大，增加轮胎与悬架阻尼系数对垂直方向颗粒流压应力与水平方向拉应力影响较小。     

基于扩展离散元法的钢筋混凝土梁裂缝分析方法

针对传统数值模拟方法难以准确模拟钢筋混凝土(RC)梁开裂的问题,提出一种改进的扩展离散元法(EDEM)。该方法引入拉伸-剪切破坏准则,建立六边形块体模型,块体接触处存在潜在裂缝,根据EDEM计算流程,将满足破坏准则的潜在裂缝转化真实裂缝,实现裂缝的模拟。采用该方法建立二维RC梁模型,开展RC梁四点弯曲试验,结合理论计算,对其开裂模式、跨中位移及固有频率变化规律进行对比。结果表明:随着荷载增大,RC梁底部产生裂缝,当裂缝穿过梁宽度方向3/4时,向加载点方向延伸;基于RC梁跨中位移变化和固有频率连续下降的特征,可确定裂缝扩展和纵向受拉钢筋屈服导致的结构刚度降低过程;EDEM数值模拟结果与理论、试验结果基本吻合,该方法可有效模拟RC梁开裂和扩展过程。     

基于集群技术的实景三维建模研究

随着无人机技术在续航能力和相机分辨率方面的不断提升,目前不断发展起来的集群技术为单一工作站在大测区实景三维建模方面提供了有力支撑。详细论述了集群技术的具体组成、并行计算方式、集群技术下在ContextCapture软件中实景三维模型实现的过程。最后,将量测实景模型上检查点的三维坐标与实测坐标值进行对比,得到检查点的平面位置和高程中误差,验证了集群技术在实景三维模型中应用的可行性。     

发动机电磁气门驱动有限元法仿真计算

在发动机电磁气门驱动(EVA)研究中,利用电磁驱动CAE软件FLUX_2D/3D进行了EVA装置的仿真计算。仿真结果与试验结果基本相符,说明计算中建立的几何模型、动力学模型、网格划分、对驱动电路的处理以及设置的各种边界条件均合理可行。这种方法可用于EVA设计方案预选,并可分析影响EVA动态特性和电磁铁吸力的各种关键因素。