工程翻新轮胎自由充气及自由旋转工况下的变形特性研究

构建了工程车辆翻新轮胎几何模型、有限元分析模型及变形特性试验系统,对翻新轮胎自由充气、自由旋转工况的变形特性进行了仿真及试验研究,并与国家标准进行对比分析,获得了自由充气、自由旋转工况翻新轮胎的径向变形、侧向变形等特性规律。结果表明:工程车辆翻新轮胎在自由充气工况下,径向变形和侧向变形均随着充气压力的增大而增大;自由旋转工况下,轮胎的径向变形与旋转速度成正比关系,侧向变形与旋转速度成反比关系;2种工况下翻新轮胎与同型号新轮胎的变形特性相似,但径向变形稍小于新轮胎。     

26.5R25全钢工程子午线翻新轮胎结构及翻新工艺研究

介绍了26.5R25全钢工程子午线翻新轮胎的结构设计及施工设计。结构设计:充气外直径为1750 mm,外直径为1738 mm,充气后轮胎外直径膨胀率为1.007,充气断面宽为686 mm,断面宽为673 mm,行驶面宽度为565mm,断面宽膨胀率为1.019,断面高为551.5mm,行驶面高为27mm,胎圈着合直径为635mm,胎圈着合宽度为564mm,断面水平轴位置为1.20,预硫化胎面基部胶厚度为40mm,花纹沟深度为40mm,花纹饱和度为65%,缓冲胶厚度为2mm。施工设计:带束层1~4层均采用3+8×0.38HT钢丝帘线,5层采用1×5×0.38HI钢丝帘线,胎体层采用单层0.20+18×0.18HT的全钢丝帘布结构,钢丝圈采用六角形排列的?2.0mm钢丝。翻新方法采用预硫化翻新工艺,硫化罐内硫化,成品翻新轮胎充气尺寸达到设计要求,物理机械性能实测值均达到国家标准要求。     

翻新轮胎承载变形特性

在考虑翻新轮胎主体结构及多元复合材料结合性能基础上,应用复合材料层合结构和有限元大变形理论,构建了11R22.5载重车辆翻新轮胎的力学模型、几何模型及有限元模型,通过轮胎承载性能试验,对翻新轮胎的承载变形特性进行了仿真分析和试验研究,并与同品牌、同型号新轮胎进行了对比分析。根据翻新轮胎承载变形特性变化规律,修正了翻新子午线轮胎变形理论计算公式。分析结果表明:当充气压力一定时,随着载荷的增大,载重车辆翻新轮胎径向变形、侧向变形、接地长度及接地面积均增大,变形规律近似线性,而径向刚度变化不大;当载荷一定时,随着充气压力的增大,其径向变形、侧向变形、接地长度及接地面积均减小,而径向刚度逐渐增大。研究得出翻新轮胎胎体弹性模量较新轮胎胎体大,且两者之差越大,说明翻新轮胎的胎体老化程度越高,其剩余使用寿命越低,据此可有利于对翻新轮胎胎体老化程度进行预测。     

工程车辆翻新轮胎接地力学特性分析

为进一步明确翻新轮胎的力学性能并提高其使用寿命,构建工程车辆翻新轮胎静态接地工况三维模型、轮胎与地面接触模型、静态接地工况有限元分析模型及承载-接地力学特性试验系统。分析结果表明:静态接地工况、接地压力及接地摩擦力在轮胎与地面接触区域内中心位置达到最小值,沿轮胎滚动方向及宽度方向呈现不同程度增大的"V"型分布规律;当载荷较小时,接地印痕形状近似为圆形,随着载荷不同程度地增大,其形状变化由近似圆形到近似椭圆形,再到近似矩形,最后到近似马鞍形的变化规律;当胎压一定时,随着载荷的增加,接地面积逐渐增大,增大趋势呈现非线性变化规律;工程翻新轮胎胎肩部位接地压力及接地摩擦力均最大,该部位较容易发生橡胶崩花掉块、撕裂脱层的失效损坏现象。     

碳纤维与工程车辆翻新轮胎复合强化模型及增强机理

为了有效提高工程车辆翻新轮胎质量,以碳纤维作为增强体,工程翻新轮胎胎面作为基本体,通过设计复合材料的配方、黏合体系和混炼工艺,分析了经改性处理的碳纤维对胎面橡胶基体力学性能的影响。构建了碳纤维与胎面橡胶复合强化混合物理模型和分散物理模型。分析了碳纤维与胎面橡胶黏结状态及黏结机理。为获得高性能的碳纤维增强工程翻新轮胎奠定理论基础。     

浅淡延长轮胎使用寿命

1轮胎使用寿命的影响因素 (1)轮胎负荷.轮胎的负荷量是根据轮胎的结构、帘布层数、强度、标准气压以及车辆行驶速度等参数经计算而确定的.如果轮胎在超负荷条件下行驶,轮胎的变形部位会扩大,尤其是胎侧的弯曲变形增大,触地面积随之增大,结果胎肩磨损增加.另外,超载加剧了轮胎胎体材料分子间的内摩擦及胎面与路面间的外摩擦,产生的热量大于设计标准,使胎体温度升高超过正常值,会造成帘布的脱层,使轮胎磨损加剧.     

载重子午胎胎圈轮辋接触有限元分析

以11.00R20轮胎为原型,针对特定的断面轮廓形状和帘线结构建立了轮胎结构计算的有限元模型,形成了从过盈、装配、充气、静负荷4个工况下轮胎结构的求解策略,并对有限元计算结构进行必要的考评。同时运用帘线轴力、M ises应力、剪切应变、应变比能4个力学量对胎圈部的危险区域进行了精细分析。     

基于ANSYS的工程车辆翻新轮胎振动模态有限元分析

工程翻新轮胎在使用过程中会有无数个振动,但一些频率较低的振动将会对其失效破坏产生较大影响,如果轮胎在100Hz以下共振,将会产生较大破坏。因此,分析工程翻新轮胎低阶振动频率及振型对实际应用的意义较大。构建工程车辆翻新轮胎的计算机几何模型、接触对模型、有限元分析模型,采用Lanczos法对工程翻新轮胎进行模态分析,数值模拟分析轮辋约束及地面接触约束两种工况下的前20阶固有频率和振型。得出以下结论:轮辋约束工况下,1、2、5、6、9、10、15、16、17阶振型为圆形,3、4、7、8、18、19、20阶振型为椭圆形,11、12阶振型为三角形,13、14阶振型为四边形,其中2~5阶、11~20阶振型的变化幅度较大;静态接地工况下,1、2、3、4、5、6、9、10、13、14、20阶振型为圆形,7、8阶振型为椭圆形,11、12阶振型为三角形,15、16阶振型为四边形,17、18、19阶振型为五边形,其中3~5阶的振型变化幅度较大。研究成果可为工程翻新轮胎的结构设计、使用性能及动力性能、失效机理分析提供重要理论指导。     

韶山8型机车牵引齿轮齿面剥落强度分析

分析了硬齿面牵引齿轮面及表层的应力状态，计算了２种主要工况下表层的应力变化情况，并以各层的剪切应力幅同该层硬度ＨＶ＾１．０４的比值为判据，分析了表层的的剥落强度，结果表明，与齿面平行方向的剪切应力幅最大，通常类表层某深度处其比值有最大值，若超过许用值将是产生微小裂纹始层，裂逐渐扩展而形成剥落损伤，同时编制了朵车牵引齿轮齿面剥落率度计算程序，可迅速确定其齿面强度和设计计算。     

南茅运河船闸双向人字门背拉杆预应力优化分析

增设人字门背拉杆并施加预应力对提高人字门抗扭刚度至关重要。利用ANSYS软件对双向挡水人字门在重力作用下自由悬挂和风、水压力作用下开关门运行以及单根背拉杆承受单位预应力等工况下的应力和位移进行数值模拟,得到人字门相应工况下的应变应力规律。通过建立背拉杆预应力优化模型,求解得到多组双向挡水人字门的背拉杆预应力优化解,并校核主杆应力80.3 MPa、副杆应力54.0 MPa的优化应力值在关门挡水工况下的合理性,供类似工程实例借鉴。     

高速重载滑滚摩擦副表面损伤的力学特性

采用有限元法建立了M50钢滑滚摩擦副的弹塑性接触模型,在接触应力约为4.0GPa、线速度约为50m·s-1的高速重载工况下,分析了其等效应力、剪切应力场与表层塑性变形,研究了摩擦因数与相对滑动速度对M50钢滑滚摩擦副接触行为的影响,并对比了M50钢双滚子滑滚试验中的表层塑性变形。计算结果表明:M50钢摩擦副的最大接触应力和椭圆接触区长、短轴长度的有限元分析结果与Hertz理论计算结果的偏差分别为2.66%、0.26%、6.43%;当摩擦因数由0.1增加到0.5时,最大等效应力的位置由摩擦副次表层约0.5mm处逐渐向接触表面发展;摩擦副表面发生胶合失效时的摩擦因数大于0.3,接触表面最大等效应力大于1 700 MPa;胶合失效发生时,M50钢摩擦副的应力和塑性应变具有特定的方向性,表现在滑滚比分别为0.12、0.15条件下,接触点处线速度较高的表面最大等效应力分别达到2 847、2 689 MPa,产生较大的塑性应变,最大值分别达到0.062、0.061,而线速度较低的表面最大等效应力分别为2 269、2 101 MPa,产生的最大塑性变形相对较小,分别为0.040、0.039。     

碳纤维与混凝土界面粘结应力计算方法

为了确定碳纤维加固混凝土结构承载过程中胶层部位的剪应力分布规律,判别碳纤维与混凝土界面间是否发生剥离破坏,进行了碳纤维布加固混凝土构件的拉伸试验,基于弹性理论,推导了已知力作用下的任意点胶层界面剪应力与碳纤维正应力的计算方法。计算结果表明碳纤维与混凝土界面的剪应力、正应变的分布规律与试验结果相吻合,计算方法有较高的精度,计算得出胶层部位的极限剪切强度为3.96 MPa,在实际工程中,为防止剥离破坏的发生,应确保胶层剪切应力小于此值。     

中主应力对原状软粘土强度与变形影响的试验研究

赣南地区软粘土层性状复杂,强度低、孔隙比大、压缩性高、结构性强,而土体的原生各向异性及次生各向异性使影响强度、变形的因素更复杂。借助空心圆柱扭剪仪(HAC)从应力-应变关系的角度研究赣南原生粘土土体不同中主应力参数及主应力轴旋转下的变形规律。试验数据显示原状软粘土土体应变随大主应力轴偏转角增大呈渐增趋势,达到最大值45°后呈渐低趋势;各向应力值未因主应力轴旋转有明显改变,但旋转会产生应变累积;中主应力系数b=0.5时土体原生各向异性在径向应变上有更明显反应。     

含碎石化层的沥青加铺路面结构分析

利用ABAQUS有限元软件建立了含碎石化层的沥青加铺路面结构模型,研究土基、旧路基层与碎石化层模量以及碎石化层和加铺层厚度对含碎石化层沥青加铺层路面结构的力学响应的影响,确定碎石化模量的控制范围.结果表明,荷载作用中心点及附近一定区域,沥青加铺层层底受拉;沥青加铺层层底拉应力对土基模量、旧路基层模量、碎石化层厚度不敏感,但当碎石化层模量较小(接近300MPa)或加铺层厚(大于20cm)时层底拉应力均较大,在重载作用下更大.因此碎石化道路必须验算沥青层层底拉应力指标.为使沥青层层底拉应力峰值不至于过大甚至超过容许拉应力,使得受拉区域控制在一定范围以内,同时为降低加铺层竖向剪应力及土基顶面压应变,并达到防治反射裂缝的效果,碎石化层的模量宜控制在500～1000MPa.     

某山区高速公路顺层边坡深孔监测及破坏机制分析

顺层边坡的治理是公路建设的一大难题,主要体现在滑动面不唯一,可能存在多级滑动面,滑动面的位置及边坡破坏范围随着边坡应力状态的变化而变化,依靠钻探和地表监测等常规手段很难准确判断边坡滑动面位置及边坡的稳定状态,因此,时常发生边坡治理工程失效的案例。本文选取某高速公路顺层岩质边坡作为研究对象,详细调查边坡变形破坏特征、对比不同应力状态下边坡破坏范围,在工程钻探和边坡地表位移监测等手段基础上,采用深孔动态监测的手段,通过连续的测量,准确的捕捉到滑坡岩土体微小的测向位移量,识别滑动面(带)的埋深位置、滑体的厚度,对滑坡的发展趋势进行预测,分析总结出该段边坡的变形机制,为下阶段的治理措施提供建议和思路。该顺层边坡在施工过程中发生多次垮塌,且破坏范围在逐步增大,研究表明,该边坡存在多层软弱夹层,滑动面位置位于软弱夹层处,边坡开挖,造成前缘临空,坡体沿软弱结构面发生滑动,滑动面位置随着边坡开挖逐渐加深,破坏范围也逐步增大,通过深孔监测分析,边坡目前处于蠕滑阶段,边坡在当前应力状态下的最深滑面埋深约26. 0~29. 5 m,变形机制为滑移弯曲-人工卸荷-滑移拉裂复合型机制,建议采用抗滑桩分级拦挡。     

新型装配式倒T形空心板桥受力性能

为解决现有装配式空心板桥的铰缝病害, 提出了一种新型装配式倒T形空心板桥; 进行了跨径8 m的倒T形空心板桥足尺模型试验和非线性有限元分析, 研究了车辆荷载作用下倒T形空心板桥各组成构件的应力、挠度和裂缝分布等, 得到了倒T形空心板桥的受力机理与破坏模式; 对比了倒T形空心板桥与带门式钢筋空心板桥的受力性能, 验证了倒T形空心板解决铰缝开裂问题的有效性。研究结果表明: 倒T形空心板桥的破坏过程分为弹性阶段、空心板开裂阶段、现浇结构层混凝土开裂阶段和受拉钢筋与钢板屈服阶段, 其整体受力性能良好, 极限荷载是带门式钢筋空心板桥的1.4倍; Ω形钢板上方受拉区混凝土首先达到拉应力限值3.17 MPa, 是受力薄弱部位; 由于Ω形和L形钢板的设置, 现浇结构层混凝土开裂时, 与结构层等高度的各结合面处的法向和切向黏结应力均不会超过限值2.30和0.29 MPa, 避免了结合面的黏结失效; 与带门式钢筋的空心板桥相比, 倒T形空心板构造不会减小空心板的开裂荷载, 且新旧混凝土结合面开裂在空心板开裂之后, 可从根本上解决传统空心板桥在车辆荷载作用下铰缝先于空心板开裂的问题。      

落石冲击下单压式拱形明洞的力学响应

为进一步了解结构受力情况,为明洞结构设计提供依据,采用动力有限元方法,对客运专线双线单压式拱形明洞落石冲击下结构力学响应进行了研究.首先,以竖直下落冲击为基本工况,从落石与洞顶回填土的相互作用及运动轨迹入手,分析了结构的应力、应变、应变率、位移、速度、加速度等作用效应响应;其次,根据落石、回填土及结构间能量的转化与传递规律,结合结构及基底应力响应,阐述了回填土和混凝土填充材料对落石冲击的缓冲和对结构的保护作用机理,以及边墙形式对基底及仰拱受力的影响;最后进行了45°斜向冲击响应分析并与基本工况进行了对比.研究结果表明:所设计的明洞结构可以承受竖向700 k J的落石冲击能量,拱顶、拱肩及墙身内侧和耳墙墙址等部位是相对受力不利位置,回填方式和直墙式拱墙形式有待进一步研究优化;冲击引起的结构应变率响应介于1×10~(-3)~1×10~(-2)s~(-1),与地震引起的响应范围相同;在本研究工况下,45°斜向冲击作用效应总体上小于竖直冲击.     

不同速度下制动沥青路面结构动力响应研究

采用Hypermesh/LS-DYNA建立轮胎及路面结构有限元模型,研究制动速度和上面层与中面层刚度比两种因素对路面结构动力响应的影响规律。研究结果表明:制动过程中,车辆荷载主要作用在沥青路面面层,其中中面层受到的水平力、垂直力最大。随着制动速度的增加,路面各层结构中应力、弯沉也随之增加;随着上面层与中面层刚度比的增加,路表弯沉呈现下降趋势。所以,在频繁刹车路段可考虑提高上中面层刚度比及控制刹车速度以减弱荷载对路面的破坏。     

BRT公交车制动状态下沥青铺面受力特征

为了揭示桥面铺装动态荷载下的力学响应规律,以成都某高架混凝土桥沥青铺装工程为依托,以BRT公交车进站制动情况为荷载背景,采用数值模拟分析方法,结合正交试验数值分析结果,进行了桥面铺装方案的结构优化比选.以正交试验得出的优选方案为对象,进一步分析了车辆移动速度对BRT停靠站刹车减速段桥面铺装体系的受力影响,解释了其作用机理.研究表明:振动冲击与作用时间的综合作用导致铺装层竖向变形和剪应力响应存在"临界速度"的现象;不同初始车速下,各轴轮印处面层弯拉应力及剪应力存在短时快变的正负应力交互作用;在制动荷载作用下,表层剪应力较大,并在初始速度60 km/h制动工况下达到极值;在靠近公交站台等车辆制动或加速相对频繁的路段,应特别注意提高铺装层的抗剪切及抗疲劳能力,同时加强层间粘结.     

高速铁路钢轨擦伤形成影响因素

基于ANSYS显式动力分析建立了三维瞬态轮轨接触力-热耦合有限元模型,考虑了温度对热-弹塑性材料参数的影响;以初始温度30℃、轴重16 t、初始速度300 km·h^-1、滑滚比30%工况为例,研究了车轮在经过钢轨典型断面前、中、后3个时刻下钢轨踏面的接触压力、有效塑性应变、温度分布及其变化特征;在此基础上,进一步分析了列车轴重、钢轨踏面状态、列车牵引和制动状态对钢轨踏面最大温升与最大接触压力的影响,并基于钢轨马氏体白蚀层的形成机制讨论了钢轨擦伤的形成机理。研究结果表明：在本文计算工况下,钢轨踏面最大接触压力为1 186.43 MPa,出现在接触区中心位置,车轮通过后钢轨内部存在部分残余热应力和机械应力,钢轨最大有效塑性应变为0.028 2,最大温升为554.55℃;随着列车轴重从12 t增大至16 t,钢轨最大温升由339.89℃增大至402.79℃;钢轨踏面摩擦因数由0.2增大至0.6时,钢轨最大温升由230.93℃增大至519.25℃;滑滚比由10%增大至40%时,车轮制动和牵引引起的钢轨最大温升分别由264.52℃和362.10℃增大至700.46℃和819...