刚体与弹性半空间重力正向碰撞界面应力特征

刚体与弹性半空间在重力作用下无初速度的接触过程可用碰撞作用描述;碰撞(接触)界面几何形状由刚体接触部分的廓形决定,弹性半空间接触界面各质点元获得刚体重力作用的速度激励后形成应力波向半空间深部传播;碰撞全过程刚体在重力与接触界面反力共同作用下先后经历加速与减速阶段。通过对无初速度的无限长圆柱体在重力作用下侧面与弹性半空间正向碰撞过程的界面应力特征进行分析,推导界面及界面质点元应力脉冲形成过程及其时(碰撞作用时间)、域(界面宽度)规律,为恒定动力作用的有限边界正向碰撞界面应力研究提供参考。     

型钢混凝土界面试验研究及损伤分析

研究目的:既有关于型钢混凝土组合结构界面粘结关系的研究大多采用有限元模拟或利用推出试验的结果进行拟合分析,而理论研究多未考虑界面损伤对粘结的影响。为得到能真实反映界面粘结情况的粘结力模型,本文基于型钢混凝土推出试验结果,提出界面粘结力模型,并引入界面损伤的概念,分析界面破坏全过程的界面应力演化规律。研究结论:(1)不同试件界面极限承载力因界面粘结情况不同而存在差异,界面破坏后,混凝土对型钢的握裹力基本保持不变,且混凝土与型钢间的动摩擦系数为恒定值;(2)界面所处的状态可分为弹性、损伤及剥离三种状态,粘结力模型参数推荐取值为:界面粘结承载力0. 818 7 MPa,界面摩阻力0. 391 4 MPa;(3)全界面破坏过程将经历完全弹性阶段、弹性-损伤阶段、弹性-损伤-滑移阶段、损伤-滑移阶段、滑移阶段五个阶段;(4)在完全弹性阶段,粘结力的最小值出现在自由端附近而非自由端处;(5)本研究成果可为型钢混凝土组合结构设计中界面粘结关系及界面应力演变规律的确定提供参考。     

水泥乳化沥青砂浆短期蠕变特性试验与模型参数分析

为研究水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的短期蠕变特性,采用现场取样的CA砂浆圆柱体试件,在WDW系列电子万能试验机上进行单轴静载蠕变试验。根据试验结果,采用Burgers模型和"四单元五参数"模型(修正的Burgers模型)描述CA砂浆的蠕变特征,分析"四单元五参数"模型参数对蠕变过程的影响。结果表明:随着荷载应力的增大,CA砂浆的蠕变变形及蠕变劲度模量均随之增大;Burgers模型与"四单元五参数"模型都能较好地反映CA砂浆的蠕变特性;"四单元五参数"模型的参数主要影响蠕变过程的初始位置、延迟弹性变形及其曲线的弯曲程度和黏性流动变形阶段的曲线斜率;考虑CA砂浆黏弹性特性对板式无砟轨道的力学分析具有一定的参考价值。     

黏弹性饱和介质中半封闭圆形衬砌对弹性波的散射

假定黏弹性饱和介质的骨架为线性Kelven-Voigt材料,将圆形衬砌视为饱和介质,并通过引入封闭性参数来表征衬砌内边界的透水特性,考虑土颗粒、孔隙流体的压缩性以及孔隙流体与土骨架之间的黏性耦合作用,采用修正的Biot模型来描述黏弹性饱和介质及半封闭衬砌。运用波函数展开法,将入射波、散射波和折射波的势函数展开成Fourier-Bessel函数的无穷级数形式,根据黏弹性饱和介质与衬砌界面处应力、位移和孔隙流体压力连续及衬砌内边界完全自由的边界条件得到展开波函数的复系数理论解。最后通过数值计算比较弹性衬砌与内边界透水的饱和衬砌两种情况下黏弹性饱和介质与衬砌界面处及衬砌内侧的动应力集中因子的分布规律,并进一步分析无量纲入射频率、衬砌厚度及封闭性参数对黏弹性饱和介质与衬砌界面处及衬砌内侧的动应力集中因子的影响。     

基于柱坐标系的隧道空间全波场数值模拟与分析

不同于地面地震,隧道空间的特殊结构使得其波场十分复杂,基于实际隧道模型的全波场数值模拟是有效认识隧道空间内波场传播规律的重要手段。关于这方面的研究以往多是基于直角坐标系,而隧道作为类似空气柱的特殊地质模型,采用柱坐标系下的全波场数值模拟对认识隧道空间的波场特征更有意义。基于柱坐标系下的一阶弹性波速度-应力方程,推导任意偶数阶交错网格差分格式,设计了人工截断边界和隧道自由边界,对岩性分界面、断层破碎带、溶洞等隧道典型不良地质模型进行数值模拟与波场特征分析。研究结果表明:基于柱坐标系下的一阶弹性波速度-应力方程,采用交错网格有限差分算法结合FCT技术,可实现隧道空间全波场高精度数值模拟,波场特征符合波的运动学与动力学特征,为隧道空间复杂波场特征的认识和资料解译提供有效的依据。     

轨道交通车辆段综合管线软碰撞算法及实现

本软碰撞算法在MicroStation平台下实现,首先判断管线的空间位置关系,将空间管线抽象为圆柱体,针对平行管线或垂直管线及其他非平行和非垂直管线间距采用不同算法分别计算管线间最短距离,经测试该算法满足设计规范平行或垂直不同要求,使无差设计成为可能。     

CFRP约束混凝土圆柱的应力-应变关系研究

通过对不同情况的混凝土圆柱体应力—应变关系研究,测得混凝土、CFRP约束混凝土、CFRP约束受损混凝土圆柱体在轴压作用下的应力、应变数值,得出了混凝土圆柱体在受损后用CFRP约束的应力—应变关系曲线及模型,为实际工程的加固设计提供了试验依据。     

大埋深长大隧洞应力解除爆破技术

以锦屏二级水电站引水隧洞群施工遭遇强烈岩爆,严重影响工程安全和进度为背景,运用理论分析及现场试验等方法,分析了应力解除爆破原理,提出了中等岩爆以及较高级别岩爆的应力解除技术方案,并确定了炮孔参数和应力释放孔不耦合装药结构。进而采用由超声脉冲发射源向介质内发射高频弹性脉冲波,对应力解除效果进行探测分析。实践表明,提出的应力解除施工方案可以最大程度避免或大幅降低岩爆的发生几率、烈度与规模,具备对应力集中部位预测准确、应力解除到位、解除效果可靠的优点,能够有效地防止岩爆造成的破坏,并能够保证隧洞围岩稳定和地下结构安全。     

压力型锚索锚固段应力分布规律及锚固段设计

根据Mindlin问题的位移解和弹性力学理论,基于变形协调假定,导出了压力型锚索锚固段粘结应力和轴力分布弹性理论解.采用岩质边坡条件下的参数,对锚固段应力分布进行了计算,总结了软岩条件下锚固段应力分布特征,并具体分析了锚固体半径对应力分布的影响,提出在设计中可以利用应力分布弹性理论解计算得到的应力分布曲线和应力峰值进行锚固段设计的思路,为压力型锚索的设计计算提供了一种参考依据.     

轴向流动中可移动弹性支承黏弹性圆柱体的动力特性

分析了轴向流动中可移动弹性支承对黏弹性圆柱体动力特性的影响.以弹性支承点为分界点,分段建立了运动微分方程,同时还建立满足支承点处的连续条件.应用微分求积法导出其特征方程,运用Matlab语言编程求解黏弹性圆柱体在轴向流动中的前三阶复频率,对可移动弹性支承的弹簧刚度和支承点位置对圆柱体动力特性的影响进行了分析.     

考虑空间效应的岩堆体隧道管棚力学模型研究

针对现有管棚弹性地基梁模型中基床系数确定方法的不足,研究不同弹性模量、泊松比以及围岩应力释放率下岩堆体隧道洞口段掌子面附近围岩基床系数的分布规律,建立考虑空间效应的岩堆体隧道管棚弹性地基梁模型,进一步结合某岩堆体隧道工程实践,分析了管棚挠度分布的影响因素。结果表明:考虑隧道开挖空间效应的管棚弹性地基梁模型与实测更接近,可以更真实地反映管棚的受力变形行为。管棚变形行为与围岩弹性模量、泊松比等力学参数,开挖进尺、开挖高度、管棚钢管刚度等施工参数,以及应力释放率、隧道埋深等因素密切相关,影响因素多,力学机制较为复杂。对于岩堆体隧道浅埋段,开挖进尺宜取1m左右,开挖高度取3~6m间较合适,宜采用108mm及以上大直径管棚,并采取预加固措施。结论可为岩堆体隧道洞口浅埋段施工参数的合理选择提供理论依据。     

高速动车组碰撞安全性研究

2011年7月国内发生了两列动车组追尾碰撞事故。基于多体动力学理论,运用SIMPACK软件建立了两列高速动车组多体系统动力学模型。采用数值方法对两列8节编组动车组碰撞过程进行了分析和研究。获得了不同速度碰撞工况下列车各车辆的冲击加速度、各个碰撞界面冲击力、碰撞行程、各轮对轮重减载率等参数的变化规律,实现了对高速动车组不同碰撞工况下安全性评估。结果表明,列车以较低速度碰撞时,钩缓装置和吸能结构可保护车厢主体不变形;当碰撞速度较高时,车厢主体受到破坏,乘客空间遭到侵入,且列车安全性指标超过相应限定值。     

轨道交通弹性车轮轮箍承载特性研究

针对轮箍在运用过程中的疲劳失效问题，结合弹性车轮结构特点和承载原理，对轮箍的承载特性及相关影响因素进行系统研究，以提高轮箍的承载强度和弹性车轮运用安全性。为了精确分析弹性车轮轮箍在弹性支撑下的应力特性，基于有限元理论，建立了考虑橡胶块弹性离散支撑的轮箍承载特性参数化计算模型，对不同车轮刚度、轮箍厚度和车轮直径等结构参数下的轮箍应力状态分布、动态变形量、应力幅值等进行了研究。研究结果表明，在车轮运行过程中，轮箍内表面和外表面应力分布均呈“W”形变化趋势，其中内表面以拉应力为主，外表面以压应力为主；随着轮箍厚度、车轮刚度的增大，轮箍承载性能和安全性得到改善；但随着车轮直径的增大，轮箍的承载强度呈降低趋势，因此对于直径较大的弹性车轮应当适当增大车轮刚度及轮箍厚度，以确保轮箍的安全性能。文章的研究方法和结果为弹性车轮结构及性能优化提供了可靠的设计依据，为提高弹性车轮的运用安全可靠性提供了极强的指导作用和参考价值。     

明置基础扭转振动复合集总参数模型试验与理论的对比

根据基础振动弹性半空间理论的最新发展成果,推演出明置基础扭转振动复合集总参数模型.通过采用2种不同底面尺寸的块体模型基础,分别施加初速度使基础发生自由振动,将试验结果与采用明置基础扭转振动复合集总参数模型的计算结果进行比较.研究结果表明:试验结果与计算结果吻合;利用该模型可以容易地计算均质半空间上明置块体基础在扭转扰力...     

任意形状明置基础扭转振动复合集总参数模型

根据基础振动弹性半空间理论的最新成果,推导出一个计算明置基础扭转振动的复合集总参数模型.采用该模型对复杂形状的明置块体基础在扭转谐和扰力作用下的动力响应进行计算,并将振幅计算结果与采用由弹性半空间理论所得到的基础扭转振动刚度和阻尼公式(由大量试验、数值计算所证实)的振幅计算结果进行比较,结果表明:两者结采非常吻合,误差仅为3.13%.利用该模型可以容易地计算在扭转扰力作用下任意频率、任意泊松比和任意形状(不包括环型)的均质半空间上块体明置基础的动力响应.     

移动荷载下高速铁路路基应力主轴空间旋转效应及规律

以直线段上高速铁路为研究对象,建立精细化的轨道-路基-地基系统非线性动力学仿真模型。采用接触对模拟底座板和基床表层的动力相互作用,采用材料非线性本构关系和三维黏弹性静-动力统一人工边界模拟列车运行前的静应力状态,依托高性能并行计算研究移动荷载下高速铁路路基中应力主轴的空间旋转效应及规律,并与半无限地基表面直接作用移动荷载的结果进行比较。结果表明:高速铁路路基中受载与非受载钢轨正下方相同深度单元的应力主轴在xy、xz和yz平面内均发生连续、同步的旋转,但旋转模式和强弱存在明显差异,均比半无限地基表面直接作用移动荷载的情形复杂;受载钢轨正下方单元的应力主轴旋转强度随深度增加而减弱;表面波对表层单元的应力主轴旋转有明显影响。     

路基压实质量连续检测参数的空间分布特征分析

明确路基压实质量连续检测参数的空间分布特征是路基压实质量均匀性评价的前提条件。以沪昆高铁芷江试验段的路基压实质量连续检测数据为基础,以压实计值CMV为例,基于探索性数据分析方法,通过Kolmogorov-Smirnov检验、MoransⅠ系数和建立的半变异函数模型对路基压实质量连续检测参数进行正态分布检验,以及空间自相关性和空间变异性分析,研究路基压实质量连续检测参数的空间分布特征。结果表明:采集到的CMV接近于标准正态分布,满足半变异函数建模的前提条件,且总体上存在显著的空间正相关性,其空间自相关程度随样本点间距离的增加而减弱;CMV沿路基横向的总变异及结构性变异均较其沿路基纵向的强;研究得到的压实质量连续检测参数的空间分布规律可为路基压实质量的均匀性评价提供一定的理论支撑。     

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。     

压力分散型锚索锚固段受力特性分析

根据Mindlin问题位移解、弹性力学等理论,导出了压力分散型锚索锚固段弹性黏结应力和轴向应力分布表达式。采用岩质边坡工程的参数,对锚固段的应力分布进行计算,总结了岩质条件下锚固段应力分布特点,这对压力分散型锚索理论的进一步研究和设计计算提供了理论依据。     

轴承和轮轴摩擦连接处的声信号传输过程的计算

本文介绍了声波通过轴承内圈和轮对车轴摩擦连接处进行传播过程的模型,并进行了计算。研究了能量的损失情况,这种能量损失是由于在不同的过盈量时,内圈与车轴之间界面上的能量通过能力受到限制,以及内圈一车轴界面由于处于应力状态的内圈金属弹性波速度与处于无应力状态的车轴金属的弹性波速度不同所引起的反射而造成的。在制订检查过盈程度的声波方法时就使用所研究的规律性问题,本文提出了有关的结论和建议。