商用汽车钢制车轮屈曲的仿真方法研究

商用汽车钢制车轮在使用过程中,由于承受压力载荷过大而导致的结构失稳现象偶有发生。为预测车轮能承受的极限压力载荷,对某型商用汽车钢制车轮在压力作用下的屈曲行为进行了仿真分析,得到该车轮的屈曲临界载荷,并分析了不同因素对车轮屈曲临界载荷仿真结果的影响。对该车轮的屈曲载荷进行了试验测试,通过仿真结果与试验结果对比以及进一步的分析,发现车轮结构中的预应力对其屈曲临界载荷影响较大。所以要对钢制车轮进行屈曲载荷预测,必须充分考虑其初始残余应力的影响。     

波形腹板箱梁钢腹板稳定试验研究

通过对波形数量不等的波形钢板在轴向力作用下的稳定性(局部屈曲和总体屈曲)和失稳载荷试验分析，探讨波形钢板的承载能力及发生失稳的规律，为进一步研究提供参考数据。     

山区桥梁基桩屈曲稳定分析及工程应用

在西部山区的高速公路或铁路中,桩柱式桥梁基桩应用非常广泛,受山区水文地质环境的限制,尚不能完全将现有的桩基屈曲研究成果应用于工程实际。首先,在现有研究的基础上,根据山区桩柱式桥梁基桩的承载特性,建立了基桩屈曲稳定分析的简化模型,导得了桩—土体系的总势能函数,并利用能量法对其进行求解,从而得到了山区桩柱式桥梁基桩屈曲稳定分析的临界荷载及稳定计算长度。其次,通过已有试验的算例分析,发现本文计算结果与试验结果以及文献计算结果均吻合较好,验证了本文计算方法的可靠性。最后,以某高速公路当中的桥梁基桩为例,对其稳定性进行了验算,结果表明,在桩柱顶竖向设计荷载作用下,基桩不会出现屈曲失稳,故该设计是合理的。     

基于H-B破坏准则的浅埋硐室顶部围岩塌落面分析

基于Hoek-Brown非线性强度破坏准则，构建了二维任意几何对称截面浅埋硐室顶部围岩破坏机制；根据极限分析上限定理，通过计算内能耗散功率和外力功率构建了目标函数；利用变分法对目标函数进行极值求解，推导出极限状态下任意几何对称截面硐室塌落形状的函数表达式；运用Matlab软件求解并分析出各参数对塌落范围以及形状的影响，同时利用CAD绘制相应的二维塌落形状图。     

基于B样条曲线逼近的边坡临界滑动面的混合启发式搜索算法

采用三次均匀B样条函数模拟边坡任意形状滑动面,探讨了B样条曲线的端点处理方法和有效滑动面生成策略。将万有引力算法(GSA)与粒子群算法(PSO)两种启发式算法相融合,同时引入雁阵效应、非线性惯性权重进行改进,提出一种新的混合启发式搜索算法(HHA)。该算法增加了粒子的记忆性与群体信息交流功能,协调了全局和局部寻优能力。数值试验表明:HHA能有效克服GSA易陷入局部最小的不足,具有更好的优化精度、效率与稳定性。结合Morgenstern-Price法,对生成的有效滑动面计算安全系数,并以安全系数为目标函数,采用HHA搜索临界滑动面。4道标准考题分析验证发现:三次均匀B样条曲线能合理逼近任意形状临界滑动面;HHA对临界滑动面的搜索优于GSA,对非均质、含软弱夹层及考虑地震效应的复杂边坡均具有适用性。     

矩形板在复杂荷载下的力学分析

针对任意集中荷载作用下矩形板求解的复杂性,采用加权残值法和δ函数相结合对任意集中荷载与均布荷载共同作用下矩形板进行求解,根据误差的变化情况,分别取一项、二项、三项进行计算,并给出了计算简例.     

多片离合器摩擦对偶片屈曲变形的分析与验证

本文旨在研究了离合器摩擦对偶片花键处受周向转矩作用发生屈曲变形的过程。建立了对偶片屈曲变形时各阶临界屈曲弯矩的计算模型,定量分析了厚度等结构参数对摩擦对偶片各阶临界屈曲弯矩的影响,并通过离合器低速低载荷工况下的摩滑磨损实验验证了对偶片屈曲变形模型的计算结果。结果表明,在对偶片发生因大温度梯度导致的热翘曲前,引起摩擦界面局部接触压力显著升高的主要原因是花键处因机械转矩作用而产生的屈曲变形,它引起周向压力扰动而导致热弹性失稳。对于工程常用摩擦对偶片,厚度与节圆半径比值大于0.015 5时可明显提高对偶片抗机械扭转变形的能力,从而增大摩擦界面接触区,降低接触区比压,改善摩擦状态。     

汽车顶盖失稳载荷规律数值分析

应用有限元数值模拟法研究不同曲率半径顶盖及横梁高度对汽车顶盖屈曲失稳的影响。计算结果表明,顶盖失稳载荷与曲率半径成指数反比例关系;顶盖失稳载荷与横梁高度呈线性正比例关系。根据数值模拟结果得到了汽车顶盖失稳载荷与曲率半径、横梁高度之间关系的计算公式,为校核、计算汽车顶盖失稳载荷提供了参考。     

基于Trucksim的客车侧翻临界车速优化设计

客车由于质心高、车身长等特点,高速通过弯道时容易发生侧翻失稳。文章以弯道半径、路面附着系数为主要因素,研究其对客车侧翻的影响进行侧翻临界车速优化计算。首先选用某型客车为研究对象,运用Trucksim软件建立了整车动力学模型,设计不同弯道半径、不同附着系数交互组合的仿真路面进行实验,根据横向载荷转移率进行侧翻临界分析得到各路面环境下的侧翻临界车速,然后再通过Matlab进行函数拟合建立了侧翻临界车速与附着系数、弯道半径的数学模型。设计检验弯道,对比计算可得该数学模型仅存有0.98%的计算误差降低传统模型误差,提高了计算精度。提出客车侧翻临界车速优化计算方案。简要分析其对客车侧翻的影响。     

城门洞形断面输水隧洞临界水深的计算方法

在城门洞形断面输水隧洞的水力计算中,其临界水深的求解方程无显函数形式的表达公式。为尝试避免传统低效的经验试算法、图解法等,通过对城门洞形断面输水隧洞临界流基本方程进行数学变换,其临界水深计算问题可归结为一非线性优化问题,再运用实数编码加速遗传算法(RAGA)求解。基于Borland JBuilder9 Enterprise环境编写了算法实现程序,对不同断面尺寸的城门洞形输水隧洞临界流进行了计算和分析。结果表明,RAGA方法具有计算速度快、精度和自动化程度高、通用性强等优点,比常用方法简便。     

双层反翘滑坡渐进破坏力学模型及失稳判据研究

以襄十高速公路韩家垭滑坡为背景，对滑坡的“双层蠕滑-反翘变形-弯曲折断一坡体滑移”的渐进破坏机理进行了深入分析，通过将滑坡前缘陡倾顺层结构变粒岩层概化为滑床部位锁固而其余边界自由的多层矩形薄板结构，滑坡的反翘弯曲破坏问题视为在纵、横向荷载作用下，多层矩形薄板的屈曲-弯曲变形以及变形到一定程度时岩层板的断裂破坏问题，基于Rayleigh-Ritz能量变分原理，建立了滑坡的渐进破坏力学模型，提出了滑坡的稳定性判据及滑坡整体启动滑动面抗剪强度阀值。最后，根据模型试验的加载参数及渐进破坏力学模型对滑坡的稳定性及抗剪强度阀值进行了计算分析，其结果与模型试验的测试结果相符，表明所建立的力学模型是合理可行的。     

基于侧向稳定性的圆曲线路段设计指标研究

车辆在附着系数较小的圆曲线路段转向时，轮胎会处于非线性区内工作，此时基于线性理论的侧向稳定性分析方法会产生较大误差。建立6自由度非线性车辆系统模型，分析其处于非线性域与线性域下不同的特性状态，得到不同车速、路面附着系数下使车辆系统处于临界状态的圆曲线路段半径、超高设计指标。对线性域与非线性域内的车辆系统分别采用基于线性理论的根轨迹法与基于非线性理论的相平面法分析侧向稳定性，得到综合考虑2种状态下车辆临界失稳状态的圆曲线路段指标。结果表明，车速为60 km/h，路面附着系数为0.24，超高小于6% 时，车辆发生侧向失稳时轮胎处于非线性域，此时使用相平面法分析得到侧向失稳临界指标；车速为60 km/h，路面附着系数为大于0.4，超高处于4%到10%之间时，车辆发生侧向失稳时轮胎处于线性域，此时使用根轨迹法分析得到侧向失稳临界指标。      

The stability mechanism and its application to heavy-haul couplers with arc surface contact

To investigate the stability mechanism of a type of heavy-haul coupler with arc surface contact, the force states of coupler were analysed at different yaw angles according to the friction circle theory and the structural characteristics of this coupler were summarised. A multi-body dynamics model with four heavy-haul locomotives and three detailed couplers was established to simulate the process of emergency braking. In addition, the coupler yaw instability was tested in order to investigate the effect of relevant parameters on the coupler stability. The results show that this coupler exhibits the self-stabilisation and less lateral force at a small yaw angle. The yaw angle of force line is less than the actual coupler yaw angle which reduces the lateral force and the critical instability. An increase in the friction coefficient of the arc contact surfaces can improve the stability of couplers. The friction coefficient needs to be increased with the increase in the maximum coupler longitudinal compressive force. The stability of couplers is significantly enhanced by increasing the secondary suspension stiffness and reducing the clearance of the lateral stopper of the locomotives. When the maximum coupler compressive force reaches 2500 kN, the required friction coefficient reduces from 0.6 to 0.35, which notably lowers the derailment risk caused by the coupler. The critical instability angle of the coupler mainly depends on the arc contact friction coefficient. When the friction coefficient is 0.3, the critical instability angle was 4–4.5°. The simulation results are consistent with the locomotive line tests. These studies establish meaningful improvements for the stability of couplers and match the heavy-haul locomotive with its suspension parameters.     

大跨度斜拉桥的静风失稳特性

大跨度桥梁发生静风失稳的临界风速可能低于动力失稳的临界风速.结合斜拉桥的结构特点,探讨了已有的非线性失稳分析方法,提出了一种静风失稳的复合标准判断方法,基于MSC.MARC和Python脚本语言,综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性影响,探讨了大跨度斜拉桥空气静力失稳特性.结果表明:升力系数和力矩系数在大跨桥梁静力失...     

水平双向地震作用下钢桥墩损伤区域长度研究

钢板局部失稳是典型的钢桥墩地震破坏形式之一，因此在进行结构地震反应分析时需要考虑钢板局部变形对计算结果的影响。为了研究钢桥墩结构的地震损伤特征并为建立合理的杆系-板壳混合单元模型提供依据，以矩形截面钢桥墩为对象，采用板壳有限元模型和修正双曲面滞回本构模型分析了结构在水平双向反复荷载作用下的破坏过程，讨论了加载路径对桥墩承载力、延性以及极限状态下局部变形特性的影响；通过结构参数分析拟合了钢桥墩地震损伤区域长度预测公式；通过全板壳单元模型和杆系-板壳混合单元模型的桥墩弹塑性地震反应分析结果对比，验证了损伤区域长度预测公式的适用性。结果表明：钢桥墩在单方向上的承载能力和延性特性与荷载作用路径有关，沿正方形加载时结构的延性最小，沿斜方向加载时结构的承载力最小；荷载作用路径对钢桥墩极限状态下的损伤区域长度影响不明显；矩形截面钢桥墩地震损伤区域长度主要与截面宽度及横隔板间距有关，根据这2个参数建立的钢桥墩地震损伤域区域长度预测公式能够正确反映结构在水平双向地震作用下发生局部失稳的范围。该公式可为钢桥墩地震损伤范围预测以及合理混合单元模型的建立提供参考依据，但预测结果偏于保守，精度仍有待于进一步提高。     

含软弱土层边坡稳定性分析的全局滑面自动搜索技术

提出了一种用于边坡稳定性分析的全局滑面自动搜索技术,首先采用三角网格进行了边坡土层的几何离散,然后,结合蒙特卡洛法等角/等边逐段扫描与模拟退火法,构建了全套的边坡全局临界滑面搜索扫描算法。以Fortran和Matlab为计算手段进行联合编程,采用简明Morgenstern-Price法进行了边坡稳定性分析计算。通过选用3个算例进行了算法的可靠性验证,计算结果表明:截面三角网格划分方法具有良好的适应性,能较好地对不规则层位几何形状进行离散;多段折线滑面具有较圆弧滑面更为优秀的极限滑面定位功能,其安全系数随着滑面段数的增加会逐步达到收敛;本搜索方法可不依赖于工程师经验进行多段折线初始滑面的大致范围选择,其能快速地、全自动地进行由弱到强不同复杂土质情况的边坡稳定性计算分析,并能找到全局临界滑面与安全系数。     

基于椭球体失稳坍落理论的隧道掌子面失稳计算研究

为研究维持软弱围岩隧道掌子面稳定所需的掌子面支护力,以筒仓理论和太沙基压力理论为基础,借鉴运用椭球体失稳坍落理论,建立隧道掌子面失稳理论计算模型,推导隧道掌子面失稳计算公式,求出维持掌子面稳定的最小支护力和完整失稳坍落椭球体的临界埋深值。通过分析隧道埋深与坍落椭球体高度的4种位置关系对计算参数的影响,给出不同位置关系情况下竖向深度z和作用于椭圆台台面的土压力q0的求解方法,并将推导公式与经典公式进行对比,验证推导公式的合理性。最后,运用推导出的隧道掌子面失稳计算公式对实例进行分析,求得维持掌子面稳定的掌子面最小支护比,并用数值模拟方法进行验证。验证结果表明： 推导公式与数值模拟结果具有较好的一致性。     

On the sway stability improvement of car–caravan systems by articulated connections

The present analysis is addressed to some promising connection arrangements between the towing vehicles and the towed trailers, where the two units are linked by four-bar isosceles trapeziums in place of the conventional pintle hitch. Two types of instability, of the divergent type or the oscillating type, may be analysed by the Routh–Hurwitz criterion or by the direct analysis of the characteristic equation. The constant term of this equation vanishes at the divergent instability threshold (zero of a real root), whereas the equation splits into two lower degree algebraic ‘sub-equations’ when the oscillating instability arises (pair of pure imaginary roots). A large field of geometrical configurations of the four-bar linkage may be quickly tested by numerical search procedures, including those where the sidebars of the linkage converge towards the inside of the drawing car and shift the relative centre of rotation forward, and those converging backward towards the trailer. Maps of the critical velocity as a function of the geometrical or physical parameters may be easily traced. They clearly show the favourable influence of the forward four-bar connection in general and the benefits achievable comparing with the conventional coupling. Actually, it is conceivable to increase the critical speed by optimising the four-bar design depending on the weight distribution on the axles and on the other geometrical and physical properties. Moreover, this type of connection may produce significant corrections to the under-steering or over-steering conduct of the articulated vehicle. The off-tracking and the manoeuvrability along curved paths are also studied, showing the benefits or the drawbacks of the four-bar linkage for the various configurations.     

正交异性板对钢桥面铺装荷载响应的影响分析

通过有限元模拟对正交异性桥面板构造对钢桥面铺装荷载响应的影响进行分析,结果表明：纵腹板部位、顶板变厚度部位对铺装的荷载响应具有显著影响,这些刚度突变部位是钢桥面铺装受力分析的临界荷位;行车状态对荷载响应也有明显的影响。     

连续钢桁梁-桁拱组合桥节点的局部受力分析

为探讨桁梁-桁拱组合桥节点设计的合理性,建立上海嘉定蕴藻浜大桥梁、板单元相结合的局部计算模型,分析其关键节点受力和桥面板剪力滞效应。分析结果表明:局部模型是正确的;桁架节点板在支座垫板位置边缘有较大的应力集中,建议用加劲加强或改善构造设计;节点板在下弦杆与系梁倒角处出现较大的应力集中,可适当增大倒角的半径;桥面板边跨侧受压、主跨侧受拉,横向应力分布基本相同,纵向应力在横向呈现类似M形的分布,应力在系梁部分最大、向两边逐渐减小,小纵梁和加劲肋对应力变化影响较小。