超大跨径斜拉桥钢桥面板疲劳损伤监测与断裂力学研究

为研究超大跨径斜拉桥钢桥面板的疲劳损伤问题,本文以某斜拉桥为工程背景,对实桥进行了现场疲劳损伤监测与分析,并基于断裂力学的三维裂纹扩展模型,对钢箱梁顶板-U肋和横隔板-U肋等焊接细节进行了数值仿真与研究。结果表明：实桥顶板-U肋焊缝细节高应力幅(大于10MPa)循环次数与疲劳损伤度明显低于横隔板-U肋细节,横隔板-U肋焊缝最大应力幅达到75~90MPa,顶板-U肋焊缝最大应力幅为15~30MPa,横隔板-U肋焊缝细节处裂纹数量远大于顶板-U肋焊缝细节处裂纹数量;顶板-U肋焊缝裂纹在扩展过程中基本保持平面,裂纹扩展有先沿焊缝方向纵向扩展,再向深度方向扩展的趋势;横隔板-U肋焊缝焊趾处裂纹先沿初始裂纹深度方向在横隔板扩展,再向横隔板厚度方向扩展,焊趾处裂纹先向U肋厚度方向扩展,后沿初始裂纹长度方向顺桥向扩展;在初始裂纹尺寸与荷载条件相同的情况下,顶板-U肋焊缝焊趾处裂纹扩展速度大于焊根处裂纹扩展速度,横隔板-U肋焊缝焊趾处裂纹扩展速率大于横隔板焊趾处裂纹扩展速率。     

超声波在轮轨材料中传播的数值模拟

为进一步研究超声波的声场分布特性,增强超声波在高速铁路中轮轨探伤、列车安全监测等方面的应用,设计了轮轨有限元模型,模拟了不同声源尺寸下不同频率超声波在轮轨材料中传播时的声场分布,绘制了声源轴线上的声压分布曲线,在此基础上,分析了超声波近场长度、指向性、超声波频率及声源大小之间的关系.研究结果表明:在相同声源直径的模型中,频率为1.0 MHz的超声波近场长度最长,指向性最好;相同超声频率的模型中,声源直径为40 mm的超声波近场长度最长,指向性最好.      

冲击载荷下弹性索波动行为试验装置设计

针对在冲击波作用下难以对弹性索波动行为进行试验研究且实际试验成本高等问题,提出一种冲击载荷下弹性索波动行为试验装置,装置由加速系统、钢索系统及测试系统组成。根据总体性能要求,探索波动行为特征,确定各部分组成的工作原理和详细构成（载荷和系统等多种参数可以调整）,设计相关性能试验验证方法。试验装置在设计的过程中涉及试验原理的选择、试验方法的实现,以及信号处理和图像处理等技术,可为研究钢索应力波行为提供试验基础平台,也可为钢索应力波相关工程应用领域提供技术参考。     

U71 Mn 50 kg·m-1普通碳素钢钢轨疲劳裂纹扩展速率试验研究

根据室内对U71Mn50kg·m-1普通碳素钢钢轨按三点弯曲标准进行的试验,测定该钢轨的疲劳裂纹扩展速率,即裂纹扩展深度a及其对应的循环次数N值。利用中值法求得裂纹扩展深度对循环次数的微分值。根据断裂理论求得相应的裂纹前沿应力强度因子幅度ΔK。根据Paris公式,对以上两值取自然对数进行线性回归分析,确定该公式中U71Mn50kg·m-1普通碳素钢钢轨疲劳裂纹扩展速率的两个材料常数C为3 8771×10-12,m为3 6343。     

钢桥面板纵肋顶板焊缝疲劳裂纹扩展的关键影响因素

正交异性钢桥面板疲劳问题突出，纵肋与顶板焊缝处是其关键疲劳易损部位，研究该部位疲劳裂纹的扩展过程并确定关键影响因素及其效应，有助于深刻理解其疲劳损伤机理。建立正交异性钢桥面板疲劳试验节段模型的有限元分析模型，将纵肋与顶板焊缝焊根处的疲劳裂纹近似为半椭圆形裂纹，基于断裂力学实现其扩展全过程的三维数值模拟。在此基础上研究初始裂纹的纵向位置和初始裂纹形状对疲劳裂纹扩展过程的影响，阐明扩展过程中的疲劳裂纹的形状变化，以及疲劳裂纹关键部位应力强度因子幅值的变化规律。研究表明：对于典型的正交异性钢桥面板纵肋与顶板焊缝，在纵向一段范围内，初始裂纹的纵向位置对裂纹扩展的影响不大；初始裂纹形状对裂纹扩展的影响主要体现在裂纹扩展的初始阶段，经过一段时间的扩展之后，不同形状的初始裂纹将演变为相对稳定的形状；持续一段时间后，裂纹将逐渐变得较为扁长；疲劳裂纹在深度方向上扩展超过约顶板厚度一半时，最深点的扩展速率将会减慢；深度相同的裂纹，形状越扁长时越倾向于向深度方向扩展，越不扁长时越倾向于向长度方向扩展。     

高压中和喷涂CFB锅炉三管防磨新工艺

CFB锅炉三管严重磨损引起国内、外专家们极大地关注。较详细地论述了三管磨损的原因，并提出了解决防磨新工艺、新材料。在6台CFB锅炉防磨实践中大大延长了使用寿命，取得成功。与当今国内、外所用的防磨技术相比，本技术的工艺与材料有独特的优越性：防高温氧化、耐硬物料粒子高速冲刷磨损、合金涂层结合密实牢固、抗冲击。该技术获国家发明专利。     

钻爆法施工隧道噪声传播特性研究

钻爆法施工的隧道囿于半封闭环境和大功率高噪声机械分布集中的特点，施工噪声问题相比地面工程更加严峻。其中，尤以钻炮眼工序声压级最高。为研究隧道施工过程中工人接触的噪声大小和类型以及噪声在隧道内的传播规律，依托拉泽快速路圭嘎拉隧道工程，通过施工现场实测和Comsol Multiphysics软件声学数值模拟互相验证，发现掌子面工人工作区域的中高频噪声普遍达到105 dB(A)及以上，掌子面钻炮眼噪声传播至二次衬砌和仰拱区域后仍达到90 dB(A)，同时危害二次衬砌和仰拱区域施工人员健康。洞内空间声压级分布受洞内构筑物和边界条件影响，轴线方向衰减速率不均匀，同一断面内声能量由于拱形断面声聚焦效应，呈现同一断面内底板中线以上3～4 m局部声压级高于拱周的状态。     

浅海信道宽带信号波形快速预报方法

随着信号处理技术的发展,对浅海信道传输特性的研究与利用日益受到重视。文章研究了浅海典型环境中水下宽带信号波形的快速数值预报方法。基于波束位移射线简正波（BDRM）理论,利用傅立叶方法求解宽带传播模型,在宽带模型计算过程中,通过宽带模型频域近似展开和模型并行化两种方式,实现快速准确的宽带信号波形预报。     

透空式防坡堤周围的非线性波浪传播的数值模拟

对非线性波浪在透空式防波堤周围的波浪变形进行了数值模拟,在Boussinesq波浪方程中加入与透空建筑物有关的新耗散项,从而界定了透空建筑物引起的部分反射和透射,波浪折射—衍射的传播过程通过控制方程求解。波浪控制方程通过有限差分方法求解。模型应用于模拟波浪经过具有部分反射的群桩式透空结构,结果表明透空式防波堤可以有效地衰减波浪和作为重力式结构的一种替代方式。     

考虑沥青路面材料参数空间差异性的解析计算及影响分析

复杂服役环境下沥青路面的材料参数存在明显的空间差异性，具体表现为沿深度的模量梯度分布与非连续层间接触以及横观各向同性，实现其解析计算对现有的沥青路面力学响应分析及结构设计方法具有重要的参考价值。为此，从弹性力学基本方程出发，基于状态空间法，推导了具有指数模量梯度的横观各向同性弹性层状体系通解；在此基础上，基于波传递方法，将状态向量转换为波向量，并结合边界条件和层间条件，建立了考虑沥青路面材料参数差异性的多层路面结构解析解；然后借助MATLAB平台编制了数值计算程序，采用文献对比、BISAR程序以及有限元软件ABAQUS验证了该解析解的精度与效率；最后结合典型数值算例，阐述了该解析解在沥青Top-Down开裂和传统路面疲劳损伤分析中的应用。理论推导和数值计算结果表明：该解析解摆脱了弹性力学问题求解对应力函数的依赖性，并且借助波传播方法，避免了求解中正指数过大对求解精度的影响，并使得边界条件和不同层间接触关系的描述更加便捷；沥青路面材料参数的空间差异性不可忽视，沥青面层连续模量梯度会造成更大的路表拉应力和最大剪应力，进而加剧沥青路面的Top-Down开裂；而横观各向同性和层间接触状态间存在耦合效应，从而会加剧沥青路面的疲劳损伤。