基于单轴拉伸试验的水稳碎石损伤本构方程研究

为了建立材料的损伤本构方程,针对不同龄期的水泥稳定级配碎石开展了单轴拉伸试验。根据不同龄期试验结果,研究了水泥稳定级配碎石抗拉强度与龄期之间的关系。通过拟合材料本构关系,建立了本构方程。基于Mazars损伤模型,提出了材料单轴拉伸状态下的损伤模型和损伤本构方程。结果表明:水泥稳定级配碎石前28d的抗拉强度快速增长,28d后抗拉强度的增长速率下降,对数函数可以很好地表征龄期与抗拉强度的关系;建立的本构方程可以从数学角度反映水泥稳定级配碎石的应力应变关系,但不能揭示材料的损伤演化过程;单轴拉伸状态下水泥稳定级配碎石的非线性损伤演化过程由3阶段组成;损伤本构方程比本构方程可以更好地表征水泥稳定级配碎石的3阶段损伤演化过程和应力应变关系。     

钢桥面板纵肋顶板焊缝疲劳裂纹扩展的关键影响因素

正交异性钢桥面板疲劳问题突出，纵肋与顶板焊缝处是其关键疲劳易损部位，研究该部位疲劳裂纹的扩展过程并确定关键影响因素及其效应，有助于深刻理解其疲劳损伤机理。建立正交异性钢桥面板疲劳试验节段模型的有限元分析模型，将纵肋与顶板焊缝焊根处的疲劳裂纹近似为半椭圆形裂纹，基于断裂力学实现其扩展全过程的三维数值模拟。在此基础上研究初始裂纹的纵向位置和初始裂纹形状对疲劳裂纹扩展过程的影响，阐明扩展过程中的疲劳裂纹的形状变化，以及疲劳裂纹关键部位应力强度因子幅值的变化规律。研究表明：对于典型的正交异性钢桥面板纵肋与顶板焊缝，在纵向一段范围内，初始裂纹的纵向位置对裂纹扩展的影响不大；初始裂纹形状对裂纹扩展的影响主要体现在裂纹扩展的初始阶段，经过一段时间的扩展之后，不同形状的初始裂纹将演变为相对稳定的形状；持续一段时间后，裂纹将逐渐变得较为扁长；疲劳裂纹在深度方向上扩展超过约顶板厚度一半时，最深点的扩展速率将会减慢；深度相同的裂纹，形状越扁长时越倾向于向深度方向扩展，越不扁长时越倾向于向长度方向扩展。     

钢箱梁U肋嵌补段疲劳开裂机理与养护措施研究

某大型悬索桥为主跨1650 m的两跨连续钢箱梁悬索桥,加劲梁采用扁平流线型分离式双箱。近2年在正交异性板钢箱梁顶板U肋嵌补段发现焊缝开裂状况,为研究及处治该病害,采用大型有限元程序ANAYS进行局部仿真计算,分析焊缝开裂后的应力分布规律、影响范围。结果表明:重车轮压的疲劳荷载、施工焊接质量等是嵌补段焊缝开裂的主要原因;钢箱梁顶板U肋嵌补段焊缝开裂会对邻近结构抗力产生影响,U肋嵌补段开裂使相邻U肋嵌补段焊缝应力增加11.8%,使U肋与顶板之间焊缝主拉应力增加57%,使邻近位置的横隔板弧形缺口主拉应力增加6%。根据分析结果建议尽早处治焊缝开裂问题,短期养护措施推荐在低应力区打止裂孔和设置临时支撑架,长期养护措施建议刨去已开裂焊缝后补焊、嵌补段整体切割后补焊和改用高强度螺栓连接方式。     

特种荷载作用下高速铁路路基本体参数敏感性研究

为研究高速铁路路基本体参数对特种荷载的敏感性，建立有限元模型并设计正交试验进行参数敏感性分析。参考汉巴南客专CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基结构，结合瞬态动力学理论与人工边界方法，进行参数化有限元建模；设计正交试验，改变路基本体材料参数得到相应动力响应；利用极差分析和方差分析两种方式研究路基本体力学参数对特种荷载的敏感性。结果表明：路基本体弹性模量E对各项动力响应的敏感性最大且远大于其他参数，适当采取压实措施增大路基本体弹性模量对高速铁路路基承受特种荷载有显著防护效果，但结合振动加速度a计算结果，E值应该控制在150 MPa左右最为合适；路基本体填料塑性参数c、φ对特种荷载作用下高铁路基动力响应影响作用较小，即机动站坪设计对岩土填料种类并无特殊要求。     

基于正交实验法的车身侧面碰撞性能优化

建立车身有限元模型进行仿真分析。输出B柱加速度曲线并与实车侧面碰撞结果对标,使有限元模型能够表征物理样车,仿真结果具有可信性及预测性。进行CAE侧面碰撞仿真,采用正交试验法分析车身侧面结构中的7个零件,考核各零件对车身侧面碰撞性能指标的影响,寻找出对车身侧面碰撞性能影响较大的零件及区域。进行优化设计,利用CAE仿真手段来验证优化方案。结果表明:通过该方法,能够判断对车身侧面碰撞性能影响较大的零件和区域,以及影响因子。能够快速、合理、有针对性的进行车身结构优化,达到优化目标。     

轨道车辆吸能装置碰撞试验与数字仿真研究

以某城市轨道车辆的防爬器为研究对象,重点进行了与防爬器铝合金材料率相关的应力应变曲线测试、防爬器碰撞试验及相关的数字模拟计算。研究表明Johnson-Cook本构模型能够很好地模拟该防爬器材料在大应变变形或材料失效时的物理力学特性,且数字模拟计算的塑性变形过程与碰撞试验结果保持了合理的一致性;防爬器加速度、纵向位移的仿真结果和碰撞试验数据相对误差均小于10%,满足EN15227-2008的防撞性验证要求。因此通过试验数据对有限元分析模型进行校正,可以提高有限元模型的精确度,为以后改进和优化车体结构提供参考和帮助。     

主成分分析与奇异值分解技术在铁路数据预处理中的应用

数据预处理是在数据建模之前对采集到的原始数据进行的一些前期处理工作，能够滤除原始数据存在的噪声干扰、降低数据维度进而提取数据的时域特征。铁路运输行业在生产过程中累积的大量数据往往包含着噪声干扰，并且经常是海量高维的，无法直接用于数据建模、分析和挖掘。主成分分析与奇异值分解作为线性代数中一种重要的矩阵分解技术，已经成为近年来常用的数据时域预处理方法，本文主要论述主成分分析与奇异值分解技术在铁路数据预处理中的应用。     

基于模糊集塑性理论粗粒土硬化本构模型的数值模拟

粗粒料土是土石坝的主要填筑材料,通过建立模糊集塑性硬化模型,采用应力控制算法,编写了相应的计算程序,与常规三轴压缩试验进行相关比对。结果表明:所建立的模糊集塑性硬化模型可以较好的模拟材料在常规三轴压缩试验中的力学特性,并进一步验证所建模糊集塑性硬化模型的正确性与有效性。     

盾构隧道管片接缝三元乙丙橡胶密封垫力学性能影响因素敏感度分析

为研究盾构隧道管片接缝三元乙丙橡胶密封垫力学性能的影响因素,首先,以实际工程为背景,采用自主设计的试验系统进行试验,并以此验证数值模型的可靠性; 然后,利用数值模型,采用正交分析方法,对密封垫断面参数(开孔形状、断面开槽数量、断面开孔率)、密封垫橡胶材料硬度、密封垫拼装姿态(张开量、错位量)进行六因素三水平的密封垫力学性能影响因素的敏感度分析; 最后,结合力学性能研究与防水性能预测需求,提出以闭合压缩力、密封垫接触应力分布作为分析指标。研究结果表明: 1)针对密封垫装配时所需的闭合压缩力,其影响因素主次顺序为张开量、断面开孔率、橡胶硬度、开槽数量、开孔形状、其他因素以及错位量; 2)密封垫接触应力分布的影响因素主次顺序为开孔形状、断面开孔率、错位量、其他因素、张开量、橡胶硬度、开槽数量。根据研究结果选取对密封垫力学性能影响较为显著的因素进行单因素分析,然后根据分析结果及橡胶垫密封垫防水性能预测方法, 提出背景工程管片接缝密封垫的优化方案。