基于正交试验设计的深基坑岩土力学参数反分析

运用正交试验设计确定了待反演的深基坑岩土力学参数,根据分析确定通过观测点竖向位移来反演土体参数E。按深基坑开挖实际情况,运用有限元方法结合人工神经网络进行力学参数反分析。在网络训练中,提出了一种PSO融合BP的算法。实例证明,通过竖向位移来反演参数E是合理的,采用PSO-BP方法提高了人工神经网络训练速度,收敛更快,其反演结果准确。     

基于隔振垫超弹性本构模型的橡胶浮置板轨道动力仿真

以地铁橡胶浮置板轨道为研究对象，基于隔振垫超弹性本构建立地铁车辆-橡胶浮置板轨道-隧道耦合动力分析模型，计算橡胶浮置板轨道的动力响应及减振效果。结果表明：隔振垫超弹性本构模型计算的轨道结构及隧道壁动力响应均更接近实测数据；不同隔振垫刚度工况下，超弹性本构模型计算得到的轨道结构位移均小于线弹性本构模型，钢轨和轨道板位移峰值分别相差10%和40%左右；超弹性本构模型计算得到的轨道板加速度峰值较小而基底加速度峰值较大，且随隔振垫刚度增加，2种模型计算的轨道板振动差异减小、基底振动差异显著增大，常用隔振垫静刚度范围（0.019～0.100 N·mm-3）内超弹性本构模型与线弹性本构模型计算的基底加速度峰值之比最大为2.46，而采用线弹性本构模型将低估橡胶浮置板轨道基底振动；超弹性本构模型计算得到的轨道板振动及基底高频振动较小，而基底低频振动较大，传递损失小，而采用线弹性本构模型将高估地铁振动特征频段（50～80 Hz）的减振作用，放大轨道固有频率附近（16～31.5 Hz）振动。     

超弹性SMA唯象本构模型及其在震动控制中的应用

超弹性形状记忆合金(SMA)具有可恢复应变大、与其他基体耦合难度低以及耐腐蚀性能好等优点,是实施结构振(震)动控制的理想材料。为充分发挥超弹性SMA的减振(震)性能,必须寻找可准确描述其物理力学性能的本构模型。本文对Graesser-Cozzarelli(G-C)唯象本构模型进行拓展,通过在G-C模型中加入马氏体硬化项,描述超弹性SMA在大应变幅值工况下的应力-应变关系;设计一种具有自复位功能的位移放大型SMA减震装置,并将建立的超弹性SMA改进G-C唯象本构模型应用于该减震装置控制结构的动力时程分析。相关数值分析结果表明:改进G-C唯象本构模型形式简单、概念明确、参数容易得到,具有一定的工程应用价值,可为SMA基减震装置力学性能数值仿真及其在被动减震控制中的应用提供理论基础。     

软土路基沉降变形反演研究

从理论分析着手,在深入研究软土本构模型的基础上,提出软土地基沉降变形预测分析的等效参数方法。编制有限元反演程序,运用进化遗传算法,实现软土模型参数的优化确定。与实测结果对比显示,二维粘弹性等效参数方法分析结果合理;理论分析方法得到的各断面计算值与实测值非常吻合,误差小于6%,说明用于反映软土地基沉降的理论分析方法是可靠的。     

机车车辆用高压安全垫 有限元仿真分析及试验

文章针对高压安全垫在机车车辆上的应用及故障现象,进行了高压安全垫的扭矩试验及力-位移试验,介绍了材料的弹塑性非线性计算理论、高压安全垫的计算参数和有限元本构模型,建立了高压安全垫的计算模型和有限元模型并进行了弹塑性仿真分析,对仿真结果进行了位移和应力曲线分析,得出高压安全垫安装时同支撑零件完全接触的情况下,其位移变化最小且应力状态最合理。     

考虑应力路径基坑变形计算及支护性能研究

基于半无限大弹性空间在条形荷载作用下应力的Melan解,首先根据基坑开挖过程应力状态的变化,建立基坑开挖问题的平面力学分析模型。利用Duncan-Chang曲线模型中的参数计算方法,推导加载和卸载模量公式,进而结合平面应变问题的物理方程和几何方程,建立平面应变问题的本构方程,得到基坑开挖后土体位移计算方法。然后建立土压力与支护结构位移的正弦和幂函数关系曲线,提出土压力计算方法。最后将理论成果应用于工程实践,将土体位移和土压力的理论值与实测数据进行对比分析。研究结果表明:该计算模型得到的基坑变形位移与实测结果吻合较好,验证了土压力与位移计算方法的合理性,同时由监测数据得到锚索预应力随时间的三阶段变化趋势,以及深层水平位移和坡顶竖向位移的匙形分布特点。     

粘弹性饱和介质中圆形孔洞的动力响应

本文研究分析了粘弹性饱和介质中圆形孔洞在轴对称荷载和流体压力作用下的动力响应问题。利用Carcione提出的本构模型来描述介质的流变和松驰性质。通过引入势函数 ,在拉普拉斯变换域中得到应力、位移和孔隙水压力的解析表达式。运用拉普拉斯数值逆变换得到数值结果 ,分析讨论了反映介质粘弹性性质的参数在不同荷载条件下对计算结果的影响。分析表明介质的粘弹性性质对应力、位移和孔隙水压力的消散有很大影响。     

粘弹塑性地基中的竖直受力桩分析

从地基土的流变特性出发分析桩土体系的共同作用。地基土体采用粘弹塑性流变本构模型，为适应地基实际的层状结构，采用有限层法分析；桩采用弹性杆有限元分析。根据位移协调原则，得到体系平衡方程，应用“时步-初应变法”获得了不同时刻的桩土位移解。通过分析得到了地基参数对竖直受力桩达到沉降相对稳定所需时间T及桩顶始末位移变化比Rs等因素的影响。     

粘弹塑性地基中的竖直受力桩分析

从地基土的流变特性出发分析桩土体系的共同作用，地基土体采用粘弹塑性流变本构模型，为适应地基实际的层状结构，采用有限元法分析；桩采用弹性杆有限元分析，根据位移协调原则，得到体系平衡方程，应用“时步－初应变法”获得了不同时刻的桩土位移解。通过分析得到了地基参数对竖直受力桩达到沉降相对稳定所需时间T及桩顶始末位移变化比Rs等因素的影响。     

挤压性软岩流变参数反演与本构模型辨识

研究目的:为合理确定挤压性岩体力学性态的各有关参数,正确认识岩体力学属性并确保数值计算结果的可靠性,将隧道现场监测变形时间序列作为依据,通过位移反演分析理论,获得对隧道围岩稳定分析结果影响显著的流变参数值,进而实施流变模型辨识,为隧道工程围岩稳定性分析提供合理的本构模型和切合实际的计算参数. 研究结论:针对挤压性软岩隧道,建立了一套基于实测位移序列的模型辨识与参数反演的方法,该方法既依赖于工程地质和岩石力学理论,又依托于岩体工程现场实际量测,是联系理论实际的桥梁.     

密接式钩缓装置的研制及强度校核

通过对国内外密接式车钩的应用情况进行调研,结合北京地铁密接式钩缓装置以及四方车辆研究所密接式钩缓装置结构特点,根据天津轻轨、地铁车辆实际钩缓结构,提出一种新型密接式钩缓装置设计方案,建立该钩缓装置3维模型;最后,通过对新型密接式钩缓装置的有限元分析,对其零部件进行了静强度校核。研究表明:该装置设计合理,满足要求。     

重载货车摩擦缓冲器阻抗特性的数值模拟

为预测摩擦缓冲器的实际工作状态,从几何特征和作用原理的角度,建立详细的MT-2型缓冲器理论模型。首先,通过对缓冲器内部各摩擦元件的运动学和静力学分析,推导出缓冲器在准静态下的阻抗特性;其次,引入附加摩擦系数量化各摩擦元件之间动静态摩擦过渡时的黏滞补偿,并模拟出缓冲器在动态下的阻抗特性;最后,利用C80型货车冲击试验数据对该缓冲器的理论模型进行验证。验证结果表明:总体上,数值模拟和现场试验下的缓冲器示功曲线基本吻合,说明模型的正确性;局部上数值模拟中缓冲器从加载Ⅰ阶段过渡至加载Ⅱ阶段的突变现象在冲击试验中表现的并不明显,还有待进一步完善。     

石太客运专线板式无碴轨道参数影响分析

研究目的：石太客运专线作为国内唯一一条集高速客运与重载货运于一体的客运专线，将首次大规模铺设板式无碴轨道，而当前国内尚没有形成规范的无碴轨道计算理论，因此需深入研究板式无碴轨道受力规律，以保证设计经济、合理。 研究方法：采用有限元理论，建立了板式无碴轨道的梁一板模型，应用大型有限元工具软件ansys对模型进行求解。 研究结果：总结了荷载作用位置、扣件刚度、轨道板宽度、CA砂浆弹性模量、地基弹性系数等主要参数对轨道板、CA砂浆和底座的受力影响规律，求得列车竖向荷载作用下轨道板和底座的最不利弯矩。 研究结论：对于石太线板式轨道设计，扣件节点动刚度取60kN／mm、轨道板宽度取2．4m、地基弹性系数采用墨。取190MPa／m是合理的。计算列车竖向荷载作用下轨道板和底座的最不利弯矩时，荷载作用位置分别考虑位于板中及板端2种工况；CA砂浆弹性模量考虑离散性，按100MPa和300MPa分别计算。     

整体硫化弹性铁垫板结构设计研究

整体硫化弹性铁垫板属于橡胶-金属复合材料,目前普遍应用于铁路、航空、船舶等各行业。整体硫化弹性铁垫板结构特点突出,其弹性均匀,列车运行平顺性好,可提高乘客舒适度;有效限制橡胶劣化途径,可提高产品使用寿命;产品结构适应性好,还能有效降低列车运营振动噪声。重点结合地铁压缩型减振扣件用弹性铁垫板结构设计,论述其关键参数、结构设计、生产制造工艺、相关测试等方面内容,研究弹性铁垫板结构关键参数和型式尺寸接口设计方法,针对结构设计重要参数之一垂直静刚度进行简化计算和有限元分析,并通过相关检验和实测,数据完整翔实。     

铁路路基动态变形模量的数值模拟分析

介绍铁路路基动态变形模量理论计算公式的推导及动态变形模量的测试原理,采用有限元软件模拟动态变形模量的测试过程,分析承载板与土体接触压力、路基动态变形模量的影响因素,并计算动态变形模量的有效测试深度.结果表明:在承载板中心一定范围内,接触压力模拟结果较理论计算值大;土体的动弹性模量对接触压力影响很小,可以忽略;路基动态变形模量测试冲击荷载作用下,土体只发生弹性变形;动态变形模量与土体动弹性模量呈线性关系,路基动态变形模量的模拟结果大于理论计算值;土体的泊松比对动态变形模量影响较小;动态变形模量有效测试深度建议取0.5~0.6 m.     

基于连续弹性地基梁的轨枕静力响应研究

研究目的：针对轨枕结构形式与刚度的差异，采用轨枕静力响应的分析方法，分析轨枕弹性模量对轨道响应的影响。 研究方法：基于Winkler假定，采用连续弹性基础梁法，建立轨枕静态响应的计算方法，以轨枕刚度为影响变量，考察轨枕刚度变化时，对轨枕静态响应量，如位移，转角、弯矩和剪力等的影响。 研究结果：建立了轨枕结构静态响应分析的方法，得出了轨枕响应量的分布曲线及不同轨枕刚度对轨枕响应的影响。 研究结论：建立的轨枕静态相应分析方法能够有效地分析弹性基础上的轨枕静力响应。在弹性基础上，随着轨枕弹性模量的增加，轨枕的静态响应变化有所增强。     

地震荷载下高含冰量冻土的动力特性试验研究

地震荷载作用下高含冰量冻土的动力特性试验研究对西北地区地震多发地段的冻土工程的抗震设计具有重要意义。通过选取兰州的重塑冻土进行动三轴试验,分别研究了地震荷载下不同控制温度(-6,-3,-1℃)、不同含水量(30%,50%,75%)以及不同围压(0.3,0.5,1,2 MPa)下高含冰量冻土的动应力应变关系和动弹性模量。试验结果显示,不同条件下冻土的动应力应变关系呈Hardin-Drnevich双曲线模型,并且不同温度、不同围压和不同含水量对模型参数都有着影响。动弹性模量随温度升高而减小,温度每升高1℃,弹性模量就下降12～15 MPa。围压对动弹性模量的影响有强化作用和弱化作用,-6℃时动弹性模量随围压增大而增大,-1℃时大应变情况下动弹性模量随围压增大而减小。对于高含冰量冻土,动弹性模量随含水量的增大先减小后增大。     

轨下新型网孔式弹性垫板力学性能影响研究

为了提高轨道交通轨下弹性垫板的力学性能,使垫板材料的弹性充分发挥,研究一种新型网孔式轨下弹性垫板结构。通过建立网孔式轨下弹性垫板的有限元计算模型,选用Mooney-Rivlin超弹性本构模型模拟橡胶材料特性,在弹性垫板材料参数不变的条件下,通过网孔间距、网孔内接圆直径、板厚和倒角半径等关键参数来调整网孔式弹性垫板的静刚度,分析其对弹性垫板力学性能的影响,并与传统沟槽型弹性垫板进行对比。结果表明:在孔径不变的条件下,网孔间距增大,垫板静刚度近似线性增大,最大应力增大;网孔直径增大,垫板静刚度近似线性减小,最大应力减小。垫板厚度增大,静刚度明显减小,而最大应力小幅减小;网孔结构倒角后弹性垫板的静刚度小幅增加,但最大应力明显减小。相比于静刚度相近的沟槽型弹性垫板,网孔式弹性垫板的最大应力明显减小,可有效提高其耐久性,同时网孔式弹性垫板的静刚度具有可灵活调整的能力,因此,将网孔结构应用于轨下弹性垫板具有可行性。     

高速铁路接触网风致振动与风偏的动态计算方法

利用ANSYS软件建立接触网弹链、简链风致响应有限元模型,从导线弛度、张力及弹性角度,验证有限元模型的准确性;采用谐波合成法(WAWS)模拟针对接触网结构特点的脉动风场;计算系统在风荷载作用下的动态响应,利用空气动力学理论计算接触网平均位移,采用时程分析方法计算接触网动态位移,并将二者叠加得到接触网风致响应总位移。通过开展接触网气动弹性风洞试验,结果表明:提出的基于有限元的风致振动与风偏的动态计算方法与风洞试验结果基本吻合;该方法计算结果准确,具有较好的工程应用价值。     

基于基准有限元模型的箱梁TMD振动控制研究

针对高架桥梁结构引起的振动噪声问题,研究TMD控制箱梁结构振动的特性。为了获得精准的箱梁有限元模型,首先以铁路32 m简支箱梁桥为原型,按10:1的几何相似比设计制作简支箱梁缩尺试验模型,应用ANSYS软件建立初始动力有限元模型;对有限元模型模态分析与试验模型模态测试得到的自由模态信息进行误差分析,并采用基于灵敏度分析的模型修正技术对初始动力有限元模型弹性模量和密度进行修正,得到基准有限元模型,误差确认结果显示修正后的有限元模型更精准地反应箱梁的振动特性;进一步利用基准有限元模型,开展TMD控制简支箱梁桥振动的研究,研究结果表明TMD对于抑制桥梁竖向共振有很好的效果。