沥青路面温度应力数值分析

应用室内试验得到的沥青混合料热粘弹性性本构模型,根据三维空间热粘弹性理论推导了沥青路面温度应力的计算公式,对沥青路面低温状态下温度应力进行了计算分析。与试验结果的对比表明,该方法可用于沥青路面温度应力的计算。     

沥青混合料粘弹性参数的测定及其在本构模型中的应用

沥青混合料粘弹性参数的测定决定本构模型中松弛函数或蠕变函数的确定,基于应力松弛试验,运用粘弹性力学相关理论对沥青混合料的粘弹性参数测定方法进行了分析,提出了该测定方法的数学模型,并用Origin软件进行了计算求解,最后举例说明了其在本构模型中的应用.     

Burgers粘弹性模型在沥青混合料疲劳特性分析中的应用

本将Ｂｕｒｇｅｒｓ模型作为沥青混合料的粘弹性本构模型，提出了一种根据动态试验确定Ｂｕｒｇｅｒｓ参数的方法。研究表明，并联参数Ｅｔ，η２与试验频率及温度相关，串联参数Ｅ１η则仅取决天试验频率的极限特性。此外，通过引入一个损伤函数，提出了一种应用Ｂｕｒｇｅｒｓ模型分析沥青混合料疲劳过程的方法，应用这种方法，可以计算应力控制和应变控制疲劳过程中的耗散能密度及其变化，并可根据常应变疲劳方程导出常应力疲劳     

含湿热效应的各向同性耦合粘弹模型

为了表征高聚物的行为并反映湿热和应力的相互影响，针对各向同性粘弹性材料，从不可逆热力学出发，引入刻划材料粘性行为的内变量，采用Helmholtz自由能建立了包含湿热效应的各向同性粘弹性材料的本构方程。讨论了该本构方程与目前计算中常用模型的关系。     

基于应力松弛试验用有限元预估车辙

为了使车辙预估变得更为简便,提出一种基于应力松弛试验的改进的有限元车辙预估方法。研究结果表明：不仅从粘弹性力学的角度分析,应力松弛试验在理论上与Maxwell模型具有一致性,而且实例计算结果也验证了此方法的可行性。该方法便于不熟悉本构理论的工程人员进行车辙预估。     

TPEE高分子元件缓冲器粘弹性本构关系求解

将高聚物粘弹性理论应用于TPEE的粘弹性本构关系,用理论与实验相结合的方法,通过有限分析元件建立TPEE的粘弹性本构模型,并用有限元方法对TPEE弹性体缓冲器进行静压试验仿真,并将仿真结果与实际样机静压试验结果相对比,经过数次仿真结果与实验结果对比,求得最为接近实验结果的TPEE粘弹性本构关系的参数,研究结果可为TPEE在各类缓冲器和缓冲元件中的应用提供重要参考.     

沥青BBR小梁试验的流变分析

以粘弹性理论为基础，采用Burgers模型表征沥青的本构关系，推导沥青材料在BBR小梁弯曲试验的蠕变规律，并利用DPS统计软件进行非线型回归，求解沥青粘弹性参数，并分析BBR试验SHRP评价方法的本质．通过Shell70#沥青BBR小梁试验流变特性的实例分析及将粘弹性参数用于预测相同温度下直接拉伸试验的应力变化特性，认为利用Burgers粘弹性本构模型表征沥青材料特性的物理意义明确，可用于评价材料的使用性能．     

沥青路面永久变形的非线性粘弹-弹塑性本构模型

为了正确预估沥青路面的永久变形,对沥青路面永久变形的非线性粘弹性有限元法进行了研究,推导了广义Maxwell模型的非线性粘弹性有限元法,建立了沥青路面永久变形的非线性粘弹-弹塑性本构模型,从弹性、非线性弹性、塑性、粘弹性、非线性粘弹性等方面对沥青路面的永久变形进行了分析,对沥青路面的永久变形进行了计算,并将计算结果和SHRP的计算结果以及SWK/UN轮辙试验结果进行了对比。计算结果表明:沥青路面永久变形的非线性粘弹-弹塑性本构模型是有效的,其路面变形计算值与SHRP的计算值相对误差为6.567%,与SWK/UN轮辙试验值相对误差为6.069%。     

利用虚应变分析沥青混合料的粘弹性质

沥青混合料是典型的粘弹性材料之一,其行为特性较为复杂,利用虚应变则可以简化沥青混合料的粘弹性分析过程。对Superpave13沥青混合料进行了不同条件下的复数模量试验,并将试验结果转化为沥青混合料松弛模量的Prony系列表达式;分别进行了半正弦荷载试验和恒应变压缩试验,利用松弛模量计算了虚应变,并对采用虚应变的沥青混合料粘弹性本构关系进行研究。结果表明,利用虚应变可以消除粘弹性材料的应力-应变滞后效应和对荷载作用速度或时间的依赖性,而且应力-虚应变呈线性关系,从而可以利用广义弹性-粘弹性对应原理对混合料的行为特性进行分析,达到简化粘弹性分析的目的。     

利用虚应变分析沥青混合料的粘弹性质

沥青混合料是典型的粘弹性材料之一,其行为特性较为复杂,利用虚应变则可以简化沥青混合料的粘弹性分析过程。对Superpave13沥青混合料进行了不同条件下的复数模量试验,并将试验结果转化为沥青混合料松弛模量的Prony系列表达式;分别进行了半正弦荷载试验和恒应变压缩试验,利用松弛模量计算了虚应变,并对采用虚应变的沥青混合料粘弹性本构关系进行研究。结果表明,利用虚应变可以消除粘弹性材料的应力-应变滞后效应和对荷载作用速度或时间的依赖性,而且应力-虚应变呈线性关系,从而可以利用广义弹性-粘弹性对应原理对混合料的行为特性进行分析,达到简化粘弹性分析的目的。     

考虑横观各向同性疲劳损伤的沥青路面数值模型

为研究车辆荷载作用下沥青路面的疲劳损伤问题,假定路面结构内受拉区的疲劳损伤横观各向同性,推导了沥青路面考虑横观各向同性疲劳损伤的本构方程.采用FORTRAN语言开发了材料子程序UMAT,结合有限元分析软件ABAQUS,得到了沥青路面的横观各向同性疲劳损伤数值分析模型.通过对该模型在不同荷载下的疲劳寿命分析,建立了荷载-疲劳寿命曲线,与试验结果进行对比,验证了模型的可靠性,并分析了损伤度及水平拉应力在路面结构内的分布规律.研究结果表明:疲劳损伤主要分布在基层底面双轮中心线附近,该位置最先产生疲劳裂纹,随着荷载作用次数增加,受损区水平拉应力在减小的同时,分布规律也发生了很大的改变,其最大值位置沿道路竖向从基层底面向上移动,沿道路横向从双轮中心线位置往两侧移动;本文方法得到的路面疲劳寿命与试验结果吻合较好,相对误差在4.57%~9.82%之间.      

基于热点应力法的矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳评估

为准确评估矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳性能, 引入热点应力法, 可通过平面杆系模型、空间杆系模型和三维实体模型计算节点焊趾处的热点应力幅, 并通过对52个节点疲劳试验数据回归分析, 拟合得到热点应力幅-循环次数曲线; 选取陕西黄延高速一座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为典型案例进行节点疲劳评估, 并对原有节点设计方案的构造进行优化。研究结果表明: 相比于墩顶矩形钢管混凝土节点, 跨中矩形钢管节点热点应力幅更大, 为60.1 MPa, 发生在主管表面, 但是小于欧洲规范Eurcode中的容许疲劳强度71 MPa, 满足疲劳设计要求; 对跨中疲劳易损节点进行设计构造优化, 原设计矩形钢管节点变为矩形钢管混凝土节点后, 管内混凝土改变了节点局部刚度, 使相贯线焊趾处应力分布均匀, 支、主管表面热点应力幅平均降低25.1%, 对原设计节点进行焊缝后处理, 可有效消除焊接初始拉应力, 改善节点疲劳性能, 支、主管表面热点应力幅平均降低14.9%;采用空间杆系模型对优化后的跨中矩形钢管混凝土节点进行疲劳评估, 支、主管表面最大热点应力幅分别为58.9、54.1 MPa, 大于三维实体模型计算得到的支管和主管表面最大热点应力幅45.2、47.1 MPa, 空间杆系模型计算结果偏保守, 且无法像三维实体模型一样准确计算不同热点位置的疲劳效应, 也无法准确判断疲劳开裂起始位置。      

钢桥面板纵肋与横隔板焊接细节疲劳开裂的加固研究

为研究钢桥面板疲劳开裂部位栓接角钢的加固方法,采用足尺模型试验对纵肋与横隔板焊接细节疲劳裂纹的加固效果进行研究,采用ANSYS建立了含有疲劳裂纹的有限元模型,并基于断裂力学理论对比研究疲劳裂纹不同长度条件下的加固效果. 研究结果表明:纵肋与横隔板焊接细节的疲劳裂纹起裂于焊趾并沿纵肋腹板扩展,采用栓接角钢加固后可以使开裂部位关键测点的主拉应力和裂尖各测点的应变分别降低56%和80%,能够有效抑制疲劳裂纹的扩展;栓接角钢加固后裂尖的应力强度因子幅值最少降低80%,裂纹扩展速率显著降低;对贯穿纵肋腹板前不同长度的疲劳裂纹进行加固,裂尖应力强度因子幅值均降低60%～90%,但随着疲劳裂纹长度的增加,栓接角钢的加固方法对裂纹扩展的抑制效果不断降低,加固时机的合理选取是影响加固效果的关键因素之一.      

随机疲劳长裂纹扩展率的新概率模型

为实现在全应力强度因子范围合理进行结构安全性分析,提出了概全门槛值和断裂韧度的随机疲劳长裂纹扩展率的新概率模型。考虑了平均应力效应,以给定应力强度因子下裂纹扩展率服从对数正态分布为基础,考虑数据分散性规律和试样数量对概率评价的影响,将存活概率和置信度相融合,由线性回归结合极大似然原理确定概率模型的参数。通过对铁道车辆LZ50车轴钢试验数据的分析表明,模型从数学上良好描述了疲劳长裂纹从裂纹启裂到瞬时断裂的整个随机过程,比较Paris、Elber和Forman模型拟合试验数据表明,该模型相关系数最大,拟合效果最好。     

三向应力下典型岩石破坏预警及峰后特性

为探讨岩石在三向应力下的变形、破坏规律及其峰后本构模型,对不同围压下石灰岩和砂岩进行了三 轴压缩全过程试验,分析了2种典型岩石的变形、破坏规律和峰前、峰后承载能力与变形之间的关系,在此基础 上建立了岩石的本构模型.研究结果表明:石灰岩在低围压下易于发生失稳破坏,在高围压下较难发生失稳破 坏,围压的增大对岩爆有一定抑制作用;同种岩石峰值应力时对应的环向应变不随围压的改变而改变,近似为一 定值,可以将其作为岩石破坏的一个预警指标;石灰岩的剪胀效应发生在破坏后,而砂岩在轴向应力达到其峰值 的70%左右时就开始出现剪胀;岩石峰后应力与其承载能力相等,由侧向变形控制,随侧向变形增大逐渐衰减 至残余强度;基于本构模型的计算结果与三轴压缩试验结果吻合较好.      

Research on hydrogen environment fatigue test system and correlative fatigue test of hydrogen storage vessel

A 70 MPa hydrogen environment fatigue test system has been designed and applied in the manufacture of a hydrogen storage vessel. Key equipment is the 80 MPa flat steel ribbon wound high pressure hydrogen storage vessel. A reasonable stress distribution has been realized, that is low stress in the liner of the pressure vessel and even stress in the flat ribbon layers. This optimal stress distribution is achieved through the adjustment of the prestress in flat steel ribbons. A control system for the fatigue test system has also been designed. It consists of a double control model, i.e. manual control and automatic control, to satisfy different experimental requirements. The system is the unique one that can be used in the real hydrogen environmental fatigue test system in China. An experiment for the 70 MPa onboard composite material hydrogen vessel has been carried out on the system. The experimental result from this test is in close agreement with the practical operating conditions.     

厚边U肋正交异性钢桥面的疲劳性能

新型厚边U肋正交异性钢桥面的应用有望提高顶板与U肋连接焊缝的抗疲劳寿命. 为研究其实际疲劳性能和具体提升机理,对该类钢桥面中顶板与U肋连接焊缝开展了疲劳试验和数值分析. 通过足尺模型疲劳试验,采用名义应力法和热点应力法对常规等厚U肋钢桥面和新型厚边U肋钢桥面进行了对比;在疲劳试验的基础上,建立了精细化有限元模型并通过试验数据验证了其有效性;通过该模型对厚边U肋钢桥面顶板与U肋焊缝的疲劳性能提升机理进行了分析. 结果表明:厚边U肋的使用有效地提高了顶板与U肋连接焊缝的疲劳强度;在焊接负公差存在的情况下,厚边U肋试件对未熔透厚度的变化相对不敏感,从而保障了顶板与U肋连接焊缝疲劳性能的稳定性. 厚边U肋正交异性钢桥面在北京三元桥新桥和成都凤凰山高架桥等工程项目中的应用验证了其抗疲劳的有效性.      

基于子模型方法的地铁车体疲劳寿命评估

车体是地铁车辆的重要承载部件,针对全尺寸车体疲劳试验综合难度高的问题,基于端部底架子模型包含了牵枕缓等在车体中受力最严苛结构的特点,提出采用端部底架子模型代替全尺寸车体进行疲劳试验的方法;建立了端部底架子模型和全尺寸车体的有限元模型,并参照EN 12663标准所确定的疲劳载荷,通过设置合理的边界条件使得端部底架子模型与全尺寸车体关键位置应力分布一致;将试验测得端部底架关键位置的应力与仿真结果进行对比,验证了有限元模型的准确性,进而采用名义应力法和Eurocode 9标准规定的疲劳寿命-应力（S-N）曲线对车体和底架焊缝部位进行了疲劳损伤计算. 结果表明:端部底架3个最大损伤位置与全尺寸车体一致,并且同一位置处端部底架的损伤值均大于车体损伤值,因此采用子模型法评估全尺寸车体的疲劳寿命易于获得相对保守的结果,针对地铁车体采用子模型法进行疲劳寿命评估是可行的.