高速动车组轴箱弹簧有限元分析与特性研究

以高速动车组轴箱弹簧为研究对象,利用软件Hyper Mesh建立弹簧有限元模型。考虑弹簧支撑圈与工作圈在大挠度情况发生接触,对接触区进行网格细化。将该模型导入软件ABAQUS中进行有限元计算分析,通过静应力标定试验进行验证。结果表明,有限元分析结果和静应力标定试验结果比较一致,相对误差在允许范围内,验证了有限元计算模型的正确性。采用有限元分析与弹簧最大应力计算公式相结合的方法,推出轴箱弹簧刚度特性曲线,并通过曲线的线性拟合,得出其刚度值为352.1 N/mm。分析轴箱弹簧发生疲劳断裂位置,获得该位置当量应力与接触应力随弹簧挠度变化的应力曲线,得出最大接触应力为164.6 MPa,验证了接触应力对端部接触区当量应力具有较大影响。因此在制造过程中,可以调节支撑圈与第1工作圈间隙来减少接触应力的影响。     

刨削式防爬器的吸能特性及防爬性能研究

刨削式防爬器的防爬性能直接影响其吸能的稳定性。基于EN 15227:2020《铁路应用-铁路车辆车体的耐撞性要求》,采用LS-DYNA软件的大变形碰撞仿真分析技术建立有限元模型，对刨削式防爬器的吸能特性和防爬性能进行研究，再通过刚性墙碰撞试验验证刨削力与压缩行程的关系，通过垂向加载试验测量残余塑性变形进而验证防爬器的防爬性能。研究表明：刨削式防爬器的吸能特性及防爬性能良好；仿真分析与试验结果误差在20%以内，具有较好的一致性，仿真分析结果真实可信，防爬性能研究方法实用可行。     

预应力混凝土连续梁桥静动力特性试验分析

以1座实际预应力混凝土连续箱梁桥为背景,应用MIDAS CIVIL2006软件,采用空间有限元模型分析其最不利弯矩、应力、变位和自振频率,并与该桥静动载试验测试结果进行比较分析.研究结果表明:主要测点的应变与挠度实测值均小于理论计算值,相对残余应变与挠度在控制值以内,实测自振频率高于计算频率而实测冲击系数小于计算值.该成果可为此类桥梁长期跟踪监控提供依据,也为完善预应力混凝土连续箱梁桥设计积累资料.     

高速铁路接触网在线防冰过程横向温度场研究

基于热平衡方程推导出接触网在线防冰过程的临界防冰电流。借用ANSYS有限元仿真软件,建立接触网整体吊弦模型,对接触网系统在线防冰过程的横向温度场进行仿真分析。利用流体分析模块,对接触线和承力索温度场进行流-固耦合分析。研究结果表明,基于整体吊弦模型的接触网的温度场分布与通过流-固耦合模型仿真所得结果基本吻合,且与预期目标温度接近,验证了仿真模型及分析方法的正确性。     

轴向冲击下薄壁方管屈曲模式及初始峰值力控制研究

基于冲击试验和仿真实验手段对带隔板方管吸能结构的碰撞力学响应特性进行分析,建立有限元模型,采用显式动力有限元ANSYS/LS-DYNA进行数值仿真,并与试验结果对比,误差基本稳定在5%以内,验证该数值仿真模型的有效性。研究结果表明:结构变形模式为稳定可靠的轴对称模式。研究隔板结构与诱导结构对吸能特性的影响,得出结构在隔板的约束下产生更多的屈曲褶皱,吸能量提高17%。诱导结构对结构整体吸能量影响不大,可以显著降低结构的初始撞击力峰值,降低百分比达到42.3%。     

地铁车辆底架薄壁梁吸能结构耐撞性试验与仿真研究

针对城轨列车的结构形式,以典型地铁头车车体司机室安装接口为设计约束,设计一种底架薄壁梁司机室结构.首先对城轨列车底架吸能结构进行设计,并基于模型设计,研制实际司机室结构样机,并通过冲击试验对吸能结构进行了耐撞性研究,结构撞击平台力为1450 kN,吸收能量为550 kJ.随后建立有限元模型,对吸能结构进行数值仿真,最终对有限元与试验研究结果进行分析,结构在撞击力、吸能量、变形模式、压缩位移、褶皱形状及位置基本一致.研究结果表明:试验和仿真的误差范围控制在10％以内,验证了该有限元模型拥有较高的精度,可通过仿真手段代替试验研究,进一步探究各冲击工况下的动态响应.     

轨道交通列车前端吸能结构碰撞研究

利用LS-DYNA软件建立列车前端吸能结构的有限元模型,通过仿真分析对试验台车吸能结构进行优化以及试件材料选择;通过受力对比分析确定整车模型与试验台车模型对于吸收结构碰撞试验的一致性。台车吸能结构碰撞试验结果及其分析表明:利用台车吸能结构碰撞试验可以替代整车碰撞试验,用于验证列车前端吸能结构设计的合理性。采用仿真分析与台车试验相结合的方法,对列车端部吸能结构的耐碰撞性能进行验证,可以有效地压缩设计与试验的成本和周期。     

预制装配整体式混凝土剪力墙结构墙板节点非线性有限元分析

节点之间如何连接、传力、协同工作是装配式钢筋混凝土结构所需研究的核心问题,具体来说就是节点之间的钢筋连接和混凝土界面的处理。在已有试验的基础上,采用ANSYS有限元分析软件中的弹簧单元模拟混凝土界面模型,对墙板节点进行非线性有限元分析,并与试验结果进行比较,结果符合较好,验证了有限元模型和计算参数的合理性。并对连接钢筋强度和锚固形式对节点受力性能的影响进行比较。研究结果表明:预制装配整体式剪力墙结构墙板节点具有良好的承载力,在节点连接可靠的情况下可以达到与现浇结构构件相当的抗震性能。     

基于纤维梁模型的钢筋混凝土箱梁非线性分析

为了准确模拟钢筋混凝土箱梁的非线性受力性能,采用精细化的三维纤维梁单元模型,基于有限元软件ABAQUS的Standard求解模块,用FORTRAN语言编制了钢筋和混凝土纤维梁单元材料用户子程序,详细介绍了建模过程。以钢筋混凝土简支箱梁为算例,对其进行全过程非线性仿真分析,并与试验结果进行对比,研究配筋率及加载方式对箱梁全过程受力性能的影响。计算结果表明:有限元分析得到的跨中荷载-挠度曲线反映了钢筋混凝土箱梁的受力全过程及破坏形态,且与试验结果吻合良好,验证了本文建模方法的可靠性;配筋率对箱梁的极限承载力影响很大,选择合适的纵筋和箍筋配筋率极为重要;不同加载方式下箱梁的受力性能是有差别的。提出了箱梁全过程受力特性的弯矩-挠度简化计算模型,并与试验结果对比,验证了本文简化计算方法的正确性,为既有桥梁的安全性和可靠度评估提供了简化方法。     

基于多刚体动力学的机车横向稳定性分析方法研究

通过多刚体动力学仿真软件,针对某一机车分别建立了完整模型和简化模型;通过采用不同的抗蛇行临界速度的计算方法对这2种模型进行研究,并结合实际线路试验结果,得出不同的初始条件对仿真结果有很大的影响,采用失稳状态为初始条件的计算方法得到的值最接近实际值的结论。     

面店三号隧道坍方原因分析及处理

研究目的:找出面店三号隧道坍方的原因,为制定坍方处理方案寻求科学的决策依据,为类似工程施工提供借鉴。研究方法:对工程地质、设计情况、施工方案及过程、坍方后的综合物探结果进行深入的分析和研究,对拟定坍方处理方案的施工力学行为进行模拟计算分析和研究,对坍方处理的实施及优化情况进行论述。研究结果:分析认为工程地质复杂是发生隧道坍方的主要原因,机械地按行业规定要求施工而没有及时施作二次衬砌是发生隧道坍方的重要原因,论证了坍方处理方案是可靠的、其措施是充分的和有较大安全储备的,说明了坍方处理是成功的。研究结论:防止隧道坍塌要加强地质勘探及地质预报,要正确认识及有必要适时修改相关施工规定,应强化隧道施工防坍意识及果断、及时处理施工中出现的问题,重大技术方案应建立科学的决策机制。     

按薄板的大挠度理论对柔性路面结构设计的改进

研究目的:根据柔性路面的力学特性,改进柔性路面结构设计。研究方法:针对柔性路面的结构设计理论进行分析,提出了基于薄板大挠度理论的面层厚度计算方法。根据实际的轮压荷载分布特点将传统方法中近似为圆形分布的假定,改为采用等效的矩形分布假设;并根据板的路面板的变形特性,采用较为合理的长边简支的边界条件。按大挠度弹性理论,采用无限长板的简化模型进行结构计算,推导出计算面层厚度的解析表达式,并编制相应的计算程序,针对具体的算例进行计算分析。研究结果:与传统设计方法的计算对比,该方法可以减少面层厚度约18.3%。研究结论:基于薄板大挠度理论的面层厚度计算方法为柔性路面设计提供了一种更经济的分析模式。     

道/隧上下交叉段隧道支护分析和加固探讨

研究目的:本文主要针对郴宁公路万华岩右幅隧道(在建)浅埋段受地表水泥厂石灰石长胶带输送廊道交叉跨越施工影响,研究分析在初期支护条件下隧道掌子面发生早期坍塌的原因,后期状况下通过钢架支护试验类比和支撑近似分析两种方法得到冒顶最终发生的原因;从经济技术和风险方面对后期隧道加固方案进行探讨;最后针对隐藏风险,提出合理避险,减少损失。研究结论:对于上下近临(接)施工,必须遵照有关建设程序报批;同期施工双方在本文情况下,应遵循先下后上、先重后轻的施工顺序;对初期支护状态下的濒临冒顶的全～强风化围岩、大跨浅埋隧道应优先采用地表注浆方案,以确保人员安全和方案最终实施。     

单轨"T"型独柱墩高架车站结构设计若干问题探讨

研究目的:单轨交通系统在国内系首次采用,通过对规范的选用、站台雨棚结构、结构计算简图、位移与挠度限值的确定、结构整体动力特性等若干结构问题的探讨,可供制定相关规范规程时借鉴、参考。研究方法:结合国内首次采用跨座式单轨交通方式的重庆轻轨较新线高架车站工程实例,进行研究探讨。研究结果:提出高架车站的分析计算方法、构造要求、位移与挠度限值及旅客舒适度要求等。研究结论:高架车站需同时满足建筑结构设计规范和铁路桥涵设计规范;站台雨棚宜采用轻钢结构;“T”型独柱墩高架车站应进行结构整体动力特性分析。     

黄土路基补强冲击的竖向位移分析计算

以准池重载铁路ZCZQ-4标段高填方黄土路基为试验段,在分析冲击压路机冲击压实原理的基础上,将冲击波简化为三角形荷载,利用改进的Scott公式,将每一次轮瓣与地面的接触看作是一次强夯,进行竖向位移的计算并在现场埋设沉降观测仪,将理论计算与实际观测值对比。研究结果表明:将冲击压路机的冲击荷载简化为三角形荷载,通过加卸荷模型计算竖向位移,该方法得到的竖向位移与实测值相符,这种方法可以运用于实际。     

土工格栅减小路堤支挡结构土压力的理论分析

研究目的:本文研究土工格栅减小路堤支挡结构土压力的工程技术,并探讨理论计算方法。研究方法:从力多边形出发,假定土工格栅同时发挥其抗拉强度,采用理论分析的方法进行土工格栅减小路堤支挡结构土压力的工程技术研究。研究结果:通过理论分析,获得了土工格栅减小路堤支挡结构土压力的理论计算方法。研究结论:本文提出的加设土工格栅路肩式桩板墙上破裂角与主动总土压力计算方法简单,具有较强的实用价值;对于较高的路肩式桩板墙可采用在填料中铺设土工格栅的方法减小土压力,进而减小桩身截面与挡土板厚度;填料宜采用不易风化的硬质岩石材料;土工格栅的铺设位置应在填方下偏中上部,具体应按其抗拉强度与破裂面内填料提供的摩擦阻力来确定;建议今后应在其布置、间距、变形特性等方面作进一步研究,使得实际与理论更相符合。     

锚固结构荷载传递机理离散元模拟研究

研究目的:岩土锚固技术是岩土工程领域的重要分支,被广泛应用于土木、矿山、水电等工程领域,但关于锚固结构荷载传递机理的细观力学研究相对较少。本文依据现场试验,通过建立锚杆拉拔试验颗粒流数值模型,探讨不同荷载作用下轴力、锚固界面剪应力分布特征以及周边岩土体的细观力学特性。研究结论:(1)建立了锚杆张拉试验颗粒流数值模型,通过将计算结果与试验数据进行对比,验证了模型的合理性与有效性;(2)分析了锚固结构的荷载传递机理,其界面剪应力沿锚杆方向的分布是不均匀的:在弹黏性阶段,锚固界面剪应力以及轴力分布均为单调递减曲线;在弹塑性阶段,界面剪应力峰值点大致位于弹塑性变形区和弹黏性变形区的分界位置,并且随着张拉荷载的逐渐增大,界面剪应力峰值不断增大,峰值点不断向远端推移;(3)无论是在重力作用下还是受到拉拔荷载时,锚孔周边岩土体的强力接触力和弱力接触力基本垂直,在受到拉拔荷载时,周边岩土体的颗粒会发生重排列,导致强力接触力与弱力接触力方向产生强烈偏转;(4)本文研究方法与结论可为类似锚固结构的设计与力学分析提供理论借鉴。     

被动柔性防护网结构足尺冲击试验研究

为研究被动柔性防护网结构的落石防护性能,设计2组防护能级为750 k J的柔性被动防护网结构,进行足尺冲击试验研究。模型1为按照现有标准所选型得到的系统配置;模型2为改进后的柔性被动防护网结构。试验结果表明:模型1无法拦截750 k J落石的冲击,系统崩溃;模型2成功地拦截了落石,且冲击后模型2的各主要组成构件等均未发生破坏,仅需要对耗能元件进行更换,即可继续投入使用。通过对高速视频的解构,对各部分组成构件的运动和受力特征进行详细分析,明确系统的三阶段工作历程,并分析系统失效的关键因素,同时,对实测的钢丝绳拉力时程进行对比分析。研究结果为今后柔性被动防护网结构的设计提供了理论基础。     

大跨度隧道塌方处理技术

研究目的：大跨度隧道洞口地形地质情况复杂，围岩完整性差，易出现塌方，对隧道施工进度和质量影响较大，本文结合大丽线禾洛山隧道出口段塌方的处理，对复杂地形地质情况下大跨度隧道洞口段的施工进行总结。 研究方法：针对禾洛山隧道出口段的地形、地质条件以及塌方情况，采用工程类比、数据分析和优化方案的方法，确定经济合理的处理措施，并对围岩、结构变形等进行了量测和分析，对主要结构进行了必要的检算。 研究结果：针对禾洛山隧道出口段具体的地形、地质以及塌方情况，采取有效的处理措施，取得了良好的效果。 研究结论：大跨度隧道洞口段地形、地质情况复杂，围岩软弱，有效预防和处理隧道塌方，顺利通过洞口段是隧道施工成败的关键。本工程采用大管栅、小导管注浆联合超前支付、预留核心土开挖塌体的处理方法，使塌方得到了有效控制和处理，保证了安全顺利通过塌方段，解决了隧道施工进洞难的问题。     

地裂时桥梁倒塌过程研究

利用LS-DYNA程序建立数值分析模型，再现土耳其Arifiye大桥在1999年地震中由于地裂引起倒塌的过程，并与真实的倒塌场景进行比较，验证了分析模型的正确性。有限元分析中，墩台和上部结构均采用平面应力单元，忽略弹性支座的影响；墩台与上部结构之间采用接触算法；结构动力分析采用显式有限元法进行。从对桥梁上部结构破坏过程中梁体位移的动力响应分析可知，梁体坠落过程中没有与相邻墩台发生明显的撞击。对地裂发生位置和上部结构形式对倒塌影响的研究表明，结构完整性能够明显阻止结构发生连续性倒塌破坏；在阻止地裂引起桥梁破坏方面，连续结构形式优于简支结构形式，可有效减轻地裂发生瞬间桥梁破坏造成的生命财产损失。