循环荷载作用下道砟破碎老化的离散元仿真

为从细观力学上反映道砟与轨枕的相互作用机理以及道砟颗粒的破裂过程,建立了道砟-轨枕离散单元模型,对循环荷载作用下道砟破碎老化进行了仿真.道砟由不规则圆盘簇组成,分为不可破裂与可破裂颗粒,并施加单调荷载和循环荷载.结果表明:相同荷载下,加载时轨枕与道砟的接触力大于卸载时;破碎道砟颗粒集中在轨枕下方,道砟颗粒破裂产生的沉降是造成轨枕沉降的主要原因,沉降量随道砟颗粒强度的降低而增大.     

针片状指数对道砟直剪力学特性的影响

为研究针片状道砟在破碎情况下对道砟散体直剪力学特性的影响，通过进行不同工况下道砟直剪试验，从道砟散体剪切强度、变形及破碎特性对试验结果进行分析. 研究结果表明:（1） 随着针片状指数增加，道砟散体直剪力学性能下降，包括抗剪强度和内摩擦角（100 kPa下当针状指数由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低10.9%、16.8%；片状指数由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低14.7%、22.3%；针、片状道砟总值由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低12.4%、18.9%）. （2） 随着针片状道砟含量增加，试样剪缩和剪胀量均降低. （3） 针片状道砟在直剪试验过程中易于发生破碎，且破碎类型多为整体断裂并伴随尖角破碎折断，显著影响有砟道床维修周期.      

钢箱梁角焊缝表面裂纹应力特征及影响因素分析

结合钢箱梁局部模型试件,针对角焊缝表面裂纹进行数值模拟,进行了裂纹尖端与裂纹前缘应力分布分析,并基于最大切向应力准则计算了裂纹面参考点的应力强度因子,最后结合疲劳裂纹实际扩展变化,考虑了不同裂纹形状对应力和应力强度因子的影响。分析结果表明:裂纹尖端存在严重的应力集中,裂纹区应力下降明显,裂纹前缘的应力水平与未出现裂纹时相同位置截面上表面应力水平相当;裂纹面受拉压应力,Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子基本为0,Ⅰ型应力强度因子总体上随着参考点角度的增大而逐渐减小;裂纹尖端应力与裂纹短长轴比基本呈线性增大关系,在短长轴比0.6以后增速减缓,随着短长轴比的增大,裂纹深度方向前缘处应力强度因子变化幅度较裂纹尖端处更大,与长裂纹区相比,短裂纹区这种差异性较明显。     

闭孔泡沫铝的孔隙结构及压缩变形过程研究

为研究压缩空气法制备的闭孔泡沫铝的孔隙结构对其力学性能的影响和压缩变形过程,测量了不同密度泡沫铝的孔隙结构参数,分析了孔径与密度关系,并通过单向压缩实验,分析了密度对破碎压力和杨氏模量的影响以及裂纹产生与扩展情况.研究结果表明：泡沫铝的孔径与密度的关系为ρ＊=0.108 5＋4.862 7exp（-0.608Φ）.在单向压缩时,随着压缩载荷的增加,孔壁在弹性变形后产生弯曲,裂纹首先在应力集中的缺陷处和孔壁强度低的位置产生向次薄弱的孔壁扩展.应力水平越高,裂纹扩展越快;当孔的壁面上存在强度差异时产生褶皱;裂纹贯穿孔壁后发生失稳断裂并可能发生转动,并导致塑性坍塌;应变继续增加,孔穴破碎进入致密化过程.     

机翼结构件的疲劳测试

在交变载荷作用下,在机翼腹板结构件表面粘贴应变花,实时监测疲劳试验时试件的应力应变状况,采用X射线确定了疲劳破坏后的试件表面和内部裂纹的大小与位置,分析了结构件结构损伤的部位和损伤程度,预测了结构件的裂纹扩展寿命。测试结果表明:在40kN正弦交变压缩载荷作用下,试件的疲劳寿命约为100万次,符合疲劳寿命分布预期1万～100万次;疲劳试验测得的应力与理论计算结果有相近的变化趋势,误差约为10%;高锁螺栓和薄板断裂破坏是该处过大的载荷和绕x轴的弯矩共同导致的;估算的疲劳裂纹扩展寿命为10 183次。     

基于ANSYS的轮轨接触疲劳分析

通过分析ANSYS求解断裂参数K因子的原理位移外推法,并比较ANSYS仿真计算与断裂力学的解析解结果,表明ANSYS计算K因子的精确度可以达到99.9%。对钢轨表面存在裂纹的轮轨接触疲劳问题进行研究,在不同裂纹角度下,获得不同位置的裂纹尖端应力强度因子。结果表明:随着裂纹角度的增加,应力强度因子KI增加而KII减小;在裂纹角度比较小时,裂纹以滑开型破坏为主,随着裂纹角度的增加,其破坏形式向张开型破坏转变;疲劳裂纹最危险的位置发生在接触斑边缘位置,在钢轨养护时,应选用固体润滑剂。     

铁铬镍合金在热机械循环迭加条件下表面氧化层开裂特征研究

采用薄膜复型技术研究了不同热机械循环迭加条件下铁铬镍合金表面氧化及氧化层开裂特征行为的细节。研究表明，热机械循环迭加促进表面晶界优先氧化。在热机械循环同相迭加条件下氧化晶界局部开裂与扩展是占优势的断裂方式，而发生在循环后期的裂纹相互连结过程对断裂寿命影响较小。而在反相迭加条件下，合金基体剪切滑移变形诱发高密度表面氧化物裂纹，随着循环的进行，大量扩展裂纹相互连结是主要的断裂方式，从而加速了断裂过程，     

焊接工艺对6061-T6铝合金接头疲劳性能的影响

通过脉动拉伸疲劳性能试验和对疲劳断口的形貌分析,分别对不同线能量、不同预热温度和不同层间温度下的6061-T6铝合金MIG焊对接接头疲劳性能进行了研究.结果表明:随着线能量的增加和预热温度的降低,接头指定寿命为1×107的中值疲劳极限σ01有所升高,且在不同层间温度下,层间温度为70 ～90℃时中值疲劳极限σ01较高.疲劳试验中所有断裂试件均在焊缝处断裂,其断口形貌分析表明:试验试件焊缝处表面或近表面的气孔是整个疲劳断裂的启裂源,在脉动载荷的作用下,裂纹从此处产生并向内部逐渐扩展.疲劳裂纹启裂区和扩展区具有典型的疲劳断裂特征,疲劳纹清晰,终断区为韧窝型断口形貌.     

铝合金熔焊气孔与裂纹交互作用模拟

为研究铝合金熔焊接头中裂纹与气孔交互作用对接头疲劳行为的影响,基于杂交多边形有限单元法（hybrid polygonal element,HPE）,构造了单独含椭圆洞和裂纹的多边形单元格式,建立了同时含裂纹和气孔的激光-电弧复合焊接铝合金接头的平面应力模型,研究了气孔的分布对焊根裂纹尖端场的影响.研究结果表明:在较为稀疏的网格模型下,HPE法数值解误差可控制在0.5%以内;焊缝下部的小气孔使得裂纹尖端标准化Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子分别增大2.15%和324%,增强效应明显,并且气孔与裂纹间距离越近,两者耦合作用愈强.      

超密实沥青混凝土Ⅰ - Ⅱ复合型裂纹扩展研究

为了研究低温地区超密实型沥青混凝土内部Ⅰ - Ⅱ复合型微裂纹扩展规律,基于Eshelby等效夹杂理论和最大周向应力断裂准则,建立了当复合型裂纹发生失稳型扩展时其内部微裂纹偏转角β与应力场之间的关系,并确定了扩展方向;建立沥青混凝土细观离散元模型,考虑沥青混凝土的黏弹性,分析了内部微裂纹β对复合裂纹扩展的影响规律. 研究结果表明:对二维平面问题,β的变化主要引起裂纹在沥青混凝土中分布状态的变化,在极大程度上造成了沥青混凝土的宏观有效弹性模量和剪切模量在时域内的减小;在常荷载作用下,β的增大造成了宏观裂纹孕育和扩展历程的缩短,还致使复合型裂纹由Ⅰ型裂纹逐渐转变为Ⅱ型裂纹;β的增大不仅使裂尖域内应力场发生一定偏转,而且导致裂尖域内应力场和衰坏区的减小.      

破碎砾石与沥青的黏附性能分析

为有效利用新疆破碎砾石,通过对新疆破碎砾石黏附性试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验,研究了破碎砾石水稳定性评价方法;依据表面自由能理论,分析了破碎砾石、沥青、水之间黏结时自由能变化情况。结果表明:破碎砾石中黏附性能最差类型的集料可用于代表破碎砾石的总体黏附性能。根据表面自由能理论,运用自由能比值绝对值可有效定量分析破碎砾石、沥青、水之间黏结时自由能降低程度,提出了破碎砾石的自由能比值绝对值计算方法。     

薄层罩面结构层间黏结技术指标研究

针对薄层罩面结构与原路面层间黏结强度不足导致病害发生的情况,基于层间破坏机理分析薄层罩面结构层间黏结强度技术指标及影响因素。建立薄层罩面结构计算模型,分析荷载作用下的层间力学响应规律。结果表明:层间最大应力均分布在单轮中心附近,其中最大拉应力出现在后半区域,最大剪应力出现在前半区域。分别研究水平力系数、结构层厚度、温度参数对层间黏结应力的影响,得出薄层罩面结构层间抗剪强度应大于0.5 MPa,抗拉强度应大于0.004 MPa。该技术指标可作为薄层罩面结构性能研究和黏结层材料选取的理论依据。     

沥青路面裂纹扩展数值模拟及影响因素分析

应用线弹性断裂力学理论结合同时考虑交通与温度载荷的有限元方法来研究沥青路面裂纹扩展路径.采用1/4等参奇异性单元模拟裂纹尖端的应力奇异性,运用窗口移动技术模拟裂纹扩展路径,并发展了沥青路面裂纹扩展模拟程序.应用该程序模拟了不同荷载作用位置下路面结构中表面和基层底面裂纹的扩展情况,同时研究了路面结构层模量组合对沥青路面裂纹扩展的影响.模拟表明,该方法能较好地模拟裂纹扩展行为,有助于更好地了解沥青路面的开裂行为.     

土工格栅对受污道砟直剪特性影响的试验研究

为探究土工格栅对受黏土污染道砟力学特性的影响,通过对4种法向压力、3种黏土污染程度下土工格栅加固的道砟试样进行一系列直剪试验,对比分析土工格栅对道砟试样剪切强度和剪切变形的影响,研究了考虑黏土污染情况下土工格栅对道砟的加固效果. 研究结果表明:土工格栅增大了洁净及受黏土污染道砟试样的剪切强度,当污染指标VCI （void contamination index）为20%时提升峰值剪切强度最大达到24%;道砟剪切强度表现出典型的非线性特征,非线性强度准则拟合参数与道砟污染程度利用指数函数拟合,拟合结果可作为实际工程受污染道砟强度估计的依据;土工格栅可减小试样的最大剪胀量,同时可减小约0.7°～3.7° 的峰值剪胀角,并且在VCI为20%时土工格栅加固的效果最为明显.      

沥青路面裂纹扩展数值模拟及影响因素分析

应用线弹性断裂力学理论结合同时考虑交通与温度载荷的有限元方法来研究沥青路面裂纹扩展路径.采用1/4等参奇异性单元模拟裂纹尖端的应力奇异性,运用窗口移动技术模拟裂纹扩展路径,并发展了沥青路面裂纹扩展模拟程序.应用该程序模拟了不同荷载作用位置下路面结构中表面和基层底面裂纹的扩展情况,同时研究了路面结构层模量组合对沥青路面裂纹扩展的影响.模拟表明,该方法能较好地模拟裂纹扩展行为,有助于更好地了解沥青路面的开裂行为.     

千斤顶作用下带榫管片的裂纹扩展规律

针对盾构隧道施工过程中带榫管片易出现裂纹及局部破损的现象,运用ABAQUS中的扩展有限单元法,建立了标准带榫管片的数值模型,并针对管片受力不均、千斤顶加压不同步和千斤顶偏心荷载3种不良施工荷载情况下的12个具体工况,对施工过程中带榫管片裂纹初始开裂位置、扩展方向及裂纹空间分布规律等进行了系统分析.研究结果表明:不良施工荷载是带榫管片产生裂纹的主要因素,荷载大的位置易产生裂纹,千斤顶先接触部位易产生裂纹;带榫管片凸榫端中部较两端易产生裂纹,带榫管片内弧面较外弧面更易产生裂纹;3种不良施工荷载对带榫管片的损害程度由强到弱依次为千斤顶偏心荷载、千斤顶加压不同步和管片受力不均.     

内部存在裂纹的轮轨接触力学分析

研究了含内部裂纹的磨耗型踏面铁路车轮与60 kg/m钢轨的接触关系问题.建立了存在不同尺寸及角度内部裂纹的轮轨接触三维有限元模型.通过计算,获得了不同情况下裂纹周边以及轮轨接触区的Mises应力分布规律.分析结果表明:当裂纹越靠近接触区时,裂纹周边应力越大;裂纹与踏面角度为45°时,裂纹最容易扩展.     

平面二次包络环面蜗杆传动强度计算

为了简化平面二次包络环面蜗杆传动承载能力的计算方法,基于Hertz理论,应用线性回归法和插值法,推导了平面二次包络环面蜗杆传动接触强度计算公式;考虑齿间载荷分配系数的影响,修正了普通圆柱蜗杆传动弯曲强度计算公式;根据蜗杆副有限元网格模型,分析了轮齿应力分布.结果表明:解析式计算的平面二次包络环面蜗杆传动接触强度(弯曲强度)比有限元分析结果大6%~16%,满足工程使用的要求;蜗轮齿面接触应力沿接触线呈倾斜L型分布;蜗杆载荷从1 N.m增大至额定值时,5对齿啮合的最大齿间载荷分配从32.4%降至27.5%.     

非稳态载荷对二维轮轨纯滚动接触应力和变形的影响

为了揭示轮轨波状表面与非稳态载荷的内在联系,利用有限元法,建立了二维弹塑性轮轨纯滚动接触计算模型,分析法向接触载荷波动值对钢轨残余应力、应变和变形的影响。模型中材料本构采用考虑棘轮效应的Jiang-Sehitoglu模型,非稳态仅考虑法向接触载荷的简谐变化,用弹塑性无限半空间表面上重复移动赫兹法向压力分布模拟反复纯滚动接触过程。发现非稳态法向接触载荷作用下产生同样波长的波状接触表面;随滚动次数的增加,残余应力增大,但很快趋于稳定,而残余应变也增大,但增大速率衰减;载荷波动值越大,波谷和波峰处的纵向残余应力越大,波谷处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越大,而波峰处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越小,波深越大。     

层间接触条件下黏弹性铺装层力学分析

为了分析黏弹性铺装层在层间接触条件下的应力情况,以简支箱梁桥为例建立了有限元分析模型,通过水平冲击荷载加载,分析了在不同沥青层厚度、不同黏结层厚度以及不同接触黏聚力下铺装层的力学响应。结果表明:在层间接触条件下,铺装层横向位置应力最大值出现在荷载区域边缘,最小值则出现在荷载区域中心;增加沥青层厚度会增大沥青层纵向拉应力,但是能改善路面失稳型车辙的出现;增加黏结层厚度会减小铺装层纵横拉应力,但是对铺装层其它应力以及变形影响较小;沥青层与黏结层间接触黏聚力的改变对应力影响较小,当黏聚力大于0.01 MPa时,各层受力均保持不变。