空气弹簧系统垂向刚度特性的有限元分析

对空气弹簧系统材料非线性、儿何非线性和状态非线性问题以及气固耦合问题进行了理论分析，得到了在有限元分析中的处理方法．用有限元软件ABAQUS建立了空气弹簧系统有限元模型，其中帘线采用rebar单元．计算了空气弹簧系统的垂向刚度，并分析了气体压力和帘线角对垂向刚度的影响．有限元计算结果表明，空气弹簧系统垂向刚度随气体压力的增加而增加，随帘线角的增大而略减小．     

车身静态刚度参数化有限元仿真分析系统开发

用空间壳单元shell93描述车身,利用耦合节点的方法,建立了各冲压件之间的焊接关系.在ANSYS中,建立了白车身的有限元模型.提取车身参数,开发了车身静态刚度的有限元仿真分析系统.以具体车型为实例,将有限元仿真分析得到的车身刚度衡量指标的变形量与试验结果进行了对比,二者非常吻合,证明了有限元仿真分析系统的可靠性.同时,有限元仿真分析系统还可以得到车身的扭转刚度、中部弯曲和尾部弯曲刚度及其Z向应力分布云图.对研究车身的静态刚度和车身的机构设计具有重要的实用价值.     

三向应力作用下浅埋锚定板的容许抗拔力计算

应用三向应力作用的双剪强度理论,在Rankine土压力理论的基础上,得出三向应力作用下无粘性土的主动、被动土压力计算公式;将此公式应用于无粘性土中浅埋锚定板的容许抗拔力计算,使计算出的容许抗拔力值比以只考虑大小主应力而不考虑中间主应力的Mohr-Coulomb强度理论为基础计算出的该值增大,表明实际土体具有更大的抗拔潜力.     

埋置波纹钢板管涵刚度对其受力性能的影响

为了分析埋置波纹钢板管涵结构的刚柔性及对整体受力性能的影响,建立了考虑土-结相互作用的有限元模型,在其他参数不变的条件下,改变波纹钢板的波形和厚度,分别计算和对比管涵内力、变形及土体变形,分析各种截面类型下波纹钢管涵的刚柔性,并研究各种情况下管涵内力、变形和土体变形分布的特点.结果表明：波纹钢板的截面特性参数改变会导致管涵结构刚柔性的改变;波纹钢板截面刚度的增大,使管涵的变形减小,导致管涵结构受到的土压力增大和管涵的应力增大;应平衡结构的应力和变形,合理选择波纹钢板的截面形式.     

一系弹簧刚度对C0转向架构架强度的影响

为了合理地确定中间轴的一系弹簧刚度,研究了2种不同边界条件——弹簧约束和力约束下构架部分节点的应力,分析了中间轴一系弹簧在不同刚度和不同竖曲线下对构架部分节点应力的影响,并探讨了C0转向架构架应力重新分布现象．计算结果表明,C0转向架构架有限元计算模型的约束条件必须保证3根轴的轴质量相等;中间轴一系弹簧的垂向刚度比端轴的垂向刚度小时,构架应力分布更为合理．     

升温荷载作用下整体式桥梁台后土压力计算方法研究

以黑龙江富裕县整体式桥梁为工程背景,进行整体式桥梁台后填土的物理力学性能和土压力监测试验,建立三维有限元模型,采用非线性p-y曲线法计算分析整体式桥梁桥台在升温荷载作用下与土体相互作用,并将几种经典理论的计算值与实测值对比分析,研究了整体式桥梁在升温荷载作用下台后土压力的简化计算方法。研究结果表明:升温时,整体式桥梁台后土压力沿台高呈非线性分布,采用非线性p-y曲线法计算台后土压力分布规律与实测土压力的分布规律一致;基于K(土压力系数)与Δ(台顶位移)/H(桥台高度)关系计算的台后土压力合力与实测值的比值介于0.944~1.003之间,精度可满足工程要求。     

预应力锚索抗滑桩受力状态的有限元分析

考虑桩、土之间相互作用的复杂性,编制有限元程序对滑坡防治工程预应力锚索抗滑桩结构的变形和受力进行分析,表明：①锚固段桩前滑床抗力主要集中在靠近滑动面部分;②在锚固段随锚索预应力和滑床刚度的大小改变可能出现反弯矩．     

静压桩对邻近埋地管道性能影响的数值分析

为了分析静压沉桩过程对邻近埋地管道性能的影响,基于位移贯入法模拟静压沉桩的二维有限元数值方法,建立了桩-土、管-土接触面并在桩顶施加位移荷载实现动态压桩过程,并综合分析了压桩过程中沉桩深度、桩径大小、管道中心与桩体中心的水平距离以及管道的埋深等因素对管道变形与力学性能的影响.研究结果表明:同等条件下,增加管-桩水平距离,管道水平位移、径向变形和管周应力相应减小,近桩侧管周土体的最大水平应力约为不设置管道时的1.5倍;随着沉桩深度增大,初始使管道产生明显水平位移的临界沉桩深度约为管道上方1 m处,随后管道水平位移呈现先增大后略微减小,并最终趋于稳定的趋势,且当沉桩深度为2倍埋深时管道水平位移最大;管道埋深越大,管道受沉桩挤土效应的影响越明显;当埋深为5倍管径时,沉桩桩径减少25%时管道最大水平位移减少27.8%,表明减小桩径可显著降低沉桩对周边管道性能的影响.      

无砟轨道层间裂纹内动水压力特性分析

在雨水丰富和排水不畅的地区,水对无砟轨道层间裂纹扩展的影响比较突出.为研究高速列车作用下无砟轨道裂纹内水压力的分布规律及压力大小的影响因素,基于质量守恒和动量定理,采用控制体积法,导出了裂纹内动水压力分布解析式.应用有限元分析软件ANSYS和CFX,分析了荷载频率、荷载幅值、裂纹深度、裂纹开口量等对动水压力的影响.分析结果表明:沿着裂纹出口的方向,水压力呈减小趋势,其最大值发生在裂纹尖端处;动水压力与荷载频率近似呈二次方关系,与荷载幅值呈线性关系,与裂纹开口量呈一次反比关系.在幅值为10 kN、频率为5 Hz荷载作用下,水压力分布的试验测试结果与理论分析基本一致,两种方法获得的水压力峰值分别为0.177、0.161 kPa.      

基于“m”法的横向受力桩综合刚度有限元分析

基于m法对弹性土抗力的假设,结合有限元基本原理,考虑桩土相互作用后横向受力桩的综合刚度——通过将桩侧土的刚度与桩身刚度叠加进行分析.结合算例计算出桩身变位和内力,并与m法的幂级数解计算结果相比较.综合刚度有限元法的算法简洁,适用范围广,便于编制程序计算和控制,精度也能满足工程要求.     

浅埋曲线顶管管土作用效应研究

结合工程实际,详细论述了浅埋曲线顶管有限元计算分析中边界条件和材料强度准则的选取;采用有限元法和现场试验对顶管施工引起的管土作用效应进行了分析,两者结果基本一致。结果表明,浅埋曲线顶管中一次顶推距离、速度和注浆压力等因素影响地层扰动范围和地层应力变化值,覆土层厚度越小,地表扰动越明显;地层移动规律表现为地表先隆起后沉降,扰动的范围纵向在工具管穿越前后的一定范围内,横向对轴线内侧的扰动较外侧的明显。     

高填方钢波纹管涵垂直土压力计算

引入表征钢波纹管波形特性的惯性矩计算方法, 通过Spangler管-土相互作用模型, 得到了钢波纹管涵竖向收敛变形计算公式; 假设管涵顶部填土为半无限直线变形体, 将条形基础沉降倒置后比拟上埋式管涵的受力模型; 基于弹性力学推导的基础沉降计算公式, 着重考虑管涵侧向土体压缩变形与管涵自身的竖向收敛变形之差, 推导了管涵垂直土压力的计算公式; 以广巴广陕高速公路连接线吴家浩-张家湾段高填方钢波纹管涵工程为例, 对涵顶垂直土压力进行了现场测试, 将采用公式计算所得涵顶垂直土压力与现场试验结果和应用实测沉降差反算的垂直土压力进行了对比。研究结果表明: 涵顶垂直土压力随填方高度的增加而增大, 填土至设计标高后涵顶垂直土压力计算值、实测值和反算值分别为224.14、221.98、211.33kPa, 计算值与实测值的相对误差约为0.9%, 反算值分别比计算值和实测值小6.1%、5.0%, 且计算结果、反算结果均与实测涵顶垂直土压力变化规律一致, 填方越高, 误差越小。可见, 提出的高填方钢波纹管涵垂直土压力计算公式可行, 不仅考虑了涵侧土体的抗力系数和基床系数, 而且体现了钢波纹管的变形与受力特征。      

土工格栅加筋土挡墙施工工况有限元分析

介绍了土工格栅加筋土挡墙的结构特征,及土工格栅加筋土的有限元分析原理,并用Mohr-Coulomb模型作为加筋土中的土体的计算模型,用线弹性模型模拟土工格栅,用Goodman单元模拟土体和土工格栅之间的接触关系,对一典型工程实例的施工状态进行了有限元分析,得到了土工格栅加筋土挡墙不同施工阶段的受力和变形特征。计算结果表明,加筋土挡墙的破裂面是一条圆弧面,挡墙在填土过程中安全系数逐渐减小,基底应力分布和筋材拉力与实测值吻合较好,证明了该有限元分析方法的可靠性。     

土工格室柔性挡墙极限主动土压力计算方法

利用有限元法分析了土工格室柔性挡墙水平变位特征,得到了墙体中部水平变位的分界点,提出了主动土压力的计算方法。分界点上部位移模式接近平动,采用库仑主动土压力理论计算上部的土压力,分界点下部位移模式接近绕墙脚的转动,采用水平微分单元法计算下部的土压力,并比较了计算结果与实测结果。比较结果表明:土压力计算结果与实测结果沿墙高的分布形态及增长趋势基本一致,计算值比实测值略偏小一些,偏差最小为0.2 kPa,最大为2.9 kPa,平均偏小为1.2 kPa,可见土压力计算方法可靠。     

加筋土挡墙墙背土压力分布规律研究

综合考虑了拉筋垂直层间距与拉筋的抗拉强度的影响,利用微元法提出了加筋土挡墙墙背土压力计算模型,进而得到墙背的土压力强度和合力的理论公式。研究结果表明:文中提出的加筋土挡墙墙背侧向土压力强度公式模型较好地反映了土压力随墙高呈非线性分布的规律;土压力理论值随拉筋竖向间距的增加而增加,随拉筋拉力的增加而减小;主动破裂角随拉筋拉力的增加而增大,随拉筋垂直间距的增加而减小,且加筋后的破裂角比未加筋的大;土压力理论值比变系数法小且大于实测值。     

Experimental and Finite Element Analysis for Multi-lead Rubber Bearings： A Comparative Study

The mechanical properties of multi-lead rubber bearings (MLRBs) were investigated by experiment and finite element analysis. First, the vertical stiffness, horizontal stiffness and yielded shear force were tested for four MLRB specimens and two specimens of the single-lead rubber bearings (SLRBs). Then, the MLRBs were modeled by the explicit finite element analysis software ANSYS/LS-DYNA, in order to evaluate the horizontal force-displacement hysteretic curves under static vertical and dynamical horizontal loadings. The disagreement between the tested and theoretical values was less than 11.4%, and MLRBs and SLRBs were similar in vertical stiffness, pre-yield stiffness and yield stiffness.     

地基对加筋土挡墙影响的对比分析

为了分析地基对加筋土挡墙的影响,开展了两组离心模型试验.首先根据相似理论确定试验相似比尺,其次根据相似比尺选取试验材料并制作模型进而开展砂土与黏土地基工况时的模型试验,最后采集并分析了填筑期与施工期的墙体位移、水平土压力、基底竖向应力与筋材应变.结果表明:砂土地基时墙体的位移最大值位于结构的上部;黏土地基填筑阶段时墙体的位移约为砂土地基时的3倍并且加载阶段时墙底的位移可达30 cm;水平土压力系数沿着高度方向非线性分布,同时加载期的数值小于填筑期时的值;黏土地基时的墙背水平土压力系数小于砂土地基时的数值;与砂土地基时相比,黏土地基的变形可以减小面板底部竖向应力集中的趋势,使其竖向应力与自重应力比值接近1.0;与砂土地基时筋材拉力相比,由于黏土地基时墙体位移较大,因此此时底部筋材应力可增大3倍,同时筋材应变最大值出现的位置相对更远离墙面.     

Mechanical properties of asphalt pavement structure in highway tunnel

A linear full 3D finite element method （FEM） was performed in order to present the key design parameters of highway tunnel asphalt pavement under double-wheel load on rectangular loaded area considering horizontal contact stress induced by the acceleration/deceleration of vehicles. The key design parameters are the maximum horizontal tensile stresses at the surface of the asphalt layer, the maximum horizontal tensile stresses at the bottom of the asphalt layer and the maximum vertical shear stresses at the surface of the asphalt layer were calculated. The influencing factors such as double-wheel weight; asphalt layer thickness; base course stiffness modulus and thickness; and the contact conditions among the structure layers on these key design parameters were also examined separately to propose construction procedures of highway tunnel asphalt pavement.     

刚/柔性组合墙面加筋土挡墙受力机制分析

基于刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验,建立了原型挡墙三维精细化数值模型,分析了连接件端板埋深、拉杆刚度、竖向层间距、筋材刚度、加筋长度以及墙体高度等因素对上覆荷载下挡墙受力机制的影响.研究结果表明:端板埋深、筋材刚度、连接件层间距,以及加筋长度等对连接件荷载分担比影响不大,而拉杆刚度增大使得连接件荷载分担比增大明显;组合墙面水平荷载随挡墙高度的增加而增大,可采用朗肯主动土压力计算;挡墙工作状态时连接件荷载分担比随连接件与筋材刚度比的增大而增大,当刚度比达到8.6时,连接件荷载分担比约为60%,并趋于稳定.