X射线衍射法测试高速列车车体铝合金残余应力

为了准确、无损、快速地检测高速列车铝合金的表面残余应力,采用等强杆拉伸试验方法,用X射线衍射法对测试结果进行标定,并用X射线衍射法、盲孔法以及有限元法对测得的车体铝合金焊接接头残余应力进行了对比.结果表明:等强杆拉伸试验标定过程中,在10～70 MPa范围内,随着拉伸载荷的增加,X射线法测得的应力与载荷应力具有一致性,可采用X射线衍射法对车体关键部位应力状态进行测试分析,X射线衍射法残余应力的数值略大于理论计算值和电测法计算值;车顶铝合金焊接接头最大残余应力可达146.3 MPa;X射线衍射法与等强杆标定方法、盲孔法、有限元计算模拟方法的残余应力结果保持了较好的一致性.     

计及残余应力时柱子的非弹性屈曲理论研究

阐述了焊接钢结构残余应力的起因，以及非弹性不计残余应力柱子的相当切线模量理论和计及残余应力柱子的相当切线模量理论，并以两端简支柱为例叙述了它们的处理方法和计算公式。该理论除解释焊接钢结构屈曲承载能力偏低的原因外，还可为大型焊接钢结构稳定性计算提供基础理论和方法。     

对流换热系数对厚板焊接残余应力应变研究

主要考察了对流换热系数对厚板对接焊残余应力应变的影响,从而对现有的重要焊接构件(如桥梁大型锚拉板)的冷却方式给出参考,利用ABAQUS软件对焊接构件进行有限元模拟计算,通过改变对流换热系数数值大小来模拟冷却速度对厚板焊接残余应力应变的影响。研究表明:焊接区在不同冷却速度下计算结果没有数量级的差异,并且发现对流换热系数与构件焊后残余应力应变的影响也并非为单调线性的关系,在某一适中的对流换热系数条件下,厚板焊接的残余应力应变可以达到最小。     

钢箱梁面板与U肋焊接残余应力的分布特性

为研究残余应力场对钢箱梁疲劳性能影响效应,以港珠澳大桥正交异性钢桥面板为例,采用数值模拟的方法,研究了正交异性钢桥面板焊接全过程及残余应力分布特性,分析了板件参数对残余应力的影响效应,得到钢箱梁确定正交异性钢桥面板焊接残余应力分布的经验公式.研究结果表明:采用ANSYS热-结构弱耦合数值模拟方法可反映实际焊接过程中残余应力场的分布;焊缝区域残余应力峰值受板件参数影响较小,横向最大残余应力约为300 MPa;沿板厚方向焊接残余应力符合正弦分布,表明采用正弦函数作为其经验分布模型是可行的.      

非稳态载荷对二维轮轨纯滚动接触应力和变形的影响

为了揭示轮轨波状表面与非稳态载荷的内在联系,利用有限元法,建立了二维弹塑性轮轨纯滚动接触计算模型,分析法向接触载荷波动值对钢轨残余应力、应变和变形的影响。模型中材料本构采用考虑棘轮效应的Jiang-Sehitoglu模型,非稳态仅考虑法向接触载荷的简谐变化,用弹塑性无限半空间表面上重复移动赫兹法向压力分布模拟反复纯滚动接触过程。发现非稳态法向接触载荷作用下产生同样波长的波状接触表面;随滚动次数的增加,残余应力增大,但很快趋于稳定,而残余应变也增大,但增大速率衰减;载荷波动值越大,波谷和波峰处的纵向残余应力越大,波谷处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越大,而波峰处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越小,波深越大。     

焊接热输入对残余应力影响的盲孔法测试与数值分析

为了分析T型构件多道焊焊接残余应力与焊接热输入间的关系,运用有限元分析软件ANSYS对该焊接工艺进行数值模拟;运用盲孔法检测焊接残余应力,并与数值模拟结果进行对比;基于原有的焊接工艺,对3组焊接热输入值下T型构件多道焊进行数值模拟,分析了焊接热输入值对焊接残余应力的影响规律。研究结果表明:数值模拟结果与实测结果相近;焊接热输入增大,纵向焊接残余应力会增大,横向残余应力会减小。     

U肋焊接残余应力数值分析

由于钢桥面板与U肋对接处经常发生疲劳破坏,对该结构进行数值分析研究。通过数值模拟对焊接结构的残余应力进行估算与分析,建立ANSYS有限元模型,采用生死单元技术及APDL循环模拟热源的输入。通过计算分析,得到结构温度场及应力场的变化过程与残余应力的分布情况。分析结果显示:钢桥面板与U肋间的焊缝区残余拉应力达到材料的抗拉强度屈服值,而焊接残余压应力相对较小。     

采用奇异摄动法分析板格的极限强度

采有奇异摄动法分析面内纵边可移简支和不可移简支两类边界条件下板格在同内轴向压缩下的极限强度。给出计及焊接残余有和应力的有效宽度计算公式，并与非线性有限元法进行比较。     

含阻尼层基座的加筋柱壳振动及声辐射计算

为研究敷设阻尼材料基座对艇体振动辐射噪声的影响,采用有限元法计算得到约束阻尼板的固有频率同理论值吻合较好,验证了阻尼材料建模的合理性;并利用有限元/边界元法分析了加肋柱壳受激后的水下声辐射,结果同试验值基本一致;最后以加筋板（裸基座）和含基座的加肋圆柱壳作为对象,计算分析了约束阻尼对裸基座振动特性的影响以及基座敷设阻尼材料前后壳体辐射声场的变化。结果表明：敷设约束阻尼能有效降低加肋圆柱壳体及其内部基座的辐射噪声。     

基于模态试验的驱动桥壳焊接残余应力预测

针对传统的驱动桥桥壳焊接残余应力测试比较复杂的情况,提出一种基于模态试验的焊接残余应力预测方法。以某乘用车驱动桥桥壳焊接件为研究对象,通过残余应力测试试验与模态频率测试试验,获取驱动桥壳残余应力与模态频率的对应关系,建立其拟合方程。试验表明:驱动桥壳的残余应力直接影响其模态频率,该方法为驱动桥焊接生产的无损检测提供了一种较可靠的方法。     

基于 LS-DYNA 的移动式压力容器侧翻碰撞分析

运用有限元和瞬态动力学的有关理论和方法对移动式压力容器动态侧翻的安全性进行了研究。首先采用三维建模软件建立了移动式压力容器运输车的实体模型,然后分别利用有限元分析软件ANSYS和瞬态动力学仿真软件LS-DYNA对模型进行前处理分析和求解计算,得到满载车速为36 km/h时因过度转弯造成侧翻后,压力容器罐体、组合支座、车架及牵引销的动态应力响应情况。计算结果表明：运输车整体吸收冲击的能力较强,车架、支座起到了一定的缓冲作用,但压力容器焊缝的强度需要提高。     

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.      

焊接残余应力对动车组铝合金车体疲劳强度的影响

采用热-弹塑性法和固有应变法计算了动车组铝合金车体对接接头的残余应力, 并进行了对比, 以验证采用固有应变法计算残余应力的合理性; 建立了车体的板壳有限元模型, 参照标准《铁路应用—铁路车辆车体的结构要求》 (EN 12663), 确定车体服役状态的疲劳载荷工况, 采用惯性释放法计算了车体有无残余应力的疲劳强度; 根据最大主应力原则, 将车体多轴应力转化为单轴应力, 得到焊缝和母材关注点的平均应力和应力幅值; 结合铝合金车体材料性能参数绘制了Goodman疲劳曲线, 计算了每个关注点的可靠性安全系数, 分析了残余应力对车体疲劳强度的影响。分析结果表明: 焊接残余应力对母材关注点影响不大, 其可靠性安全系数降幅小于5%;焊缝关注点的平均应力增加量可达25 MPa, 其可靠性安全系数降幅超过50%, 最大为54%, 使得车体容易疲劳失效; 残余应力对焊缝关注点最大主应力的方向有明显的改变。      

高速铁路模型箱梁静力非线性和动力损伤关系研究

桥梁结构在荷载作用下的静力非线性与结构动力特性之间的关系是结构损伤识别领域的重要问题。基于高速铁路模型箱梁的重复荷载试验,采用平面非线性有限元分析方法对静力非线性和动力损伤之间的关系进行了研究。通过定义混凝土等效应力－等效塑性应变曲线来定义其弹塑性行为。对数值模型加载到各级荷载后卸载进行动力特性分析,即卸载后计算自振频率和振型。计算结果表明：采用平面非线性有限元分析方法可以比较准确地对箱梁模型进行非线性分析,除了初始模型刚度存在一定误差外,结构的骨架曲线的特征值、加卸载刚度和残余位移吻合较好。在进行非线性分析后进行动力特性是分析可行。竖向频率值的变化能够反映静力非线性发生后结构的损伤出现和损伤的发展规律,这为结构动力损伤识别提供了有效的途径。     

移动荷载作用下饱和沥青路面响应探析

我国高速公路广泛采用沥青混凝土路面结构,其使用性能除了与本身材料和结构相关外,还受外界环境如温度、水等影响.基于多孔介质理论,采用大型有限元分析软件ABAQUS模拟饱和沥青路面在移动荷载作用下的动力响应,分析了不同速度、荷载作用下路面结构的应力、应变及孔隙水压力变化规律.分析结果表明,随着车速的增加,路面结构内部承受的应力逐渐减小,孔隙水压力则较快速的增长,对路面不利影响逐渐增大;随着荷载的增大,路面结构内部承受的应力以及孔隙水压力均呈线性增长.该研究可为认识沥青路面水损害和防范水损害提供理论指导.     

压弯复杂应力下焊趾局部应力一应变研究

通过对模拟结合壳典型部位的焊接试件进行加载试验,分析了压应力对局部应力应变特征的影响,结果显示,焊趾处名义应力相同条件下,局部应力应变值与施加的载荷形式有关．同时,对此试件进行的弹塑性有限元分析,得到了与试验结果基本吻合的规律．由此得出,压应力与弯曲应力的比值较小时,对焊趾处局部应力应变产生的影响可忽略;比值较大时,产生的影响不可忽略．     

压弯复杂应力下焊趾局部应力-应变研究

通过对模拟结合壳典型部位的焊接试件进行加载试验,分析了压应力对局部应力应变特征的影响,结果显示,焊趾处名义应力相同条件下,局部应力应变值与施加的载荷形式有关.同时,对此试件进行的弹塑性有限元分析,得到了与试验结果基本吻合的规律.由此得出,压应力与弯曲应力的比值较小时,对焊趾处局部应力应变产生的影响可忽略;比值较大时,产生的影响不可忽略.     

冲击荷载作用下饱和软粘土残余变形计算模式

在试验基础上建议了一个预测冲击荷载作用下饱和软粘土残余变形的计算模式,该模式考虑了周围压力、冲击能大小、冲击次数和冲击遍数等几个因素．对计算模式的验证表明,预测值与实测值吻合较好．该模型可用于动静结合排水固结法处理软基时的变形计算．