公路桥车桥耦合振动的隐式和显式分析方法研究

求解公路桥在车辆荷载作用下的振动响应,不仅能为设计提供参考,还可以为桥梁运营阶段的管理和养护提供依据。对比分析车桥耦合振动的隐式和显式分析方法,分别在Matlab自编程序和LS-DYNA有限元程序中建立隐式模型和显式模型,以一座简支空心板梁桥为算例,用两种分析方法分别求解该桥在移动车辆荷载作用下的振动响应,并将数值计算结果与实测结果对比,分析两种方法的合理性。研究结果表明,两种建模分析方法各有利弊,显式建模计算结果峰值偏大,综合考虑,建议采用隐式建模分析方法求解车桥耦合振动响应。     

预应力锚索桩板墙减震锚头弹簧刚度系数研究

以某高原铁路高烈度地震区路堑段为背景,采用有限元方法建立锚头设置弹簧组件的减震锚拉桩板墙分析模型,研究锚索体系刚度对桩板墙地震响应特征的影响规律,探讨锚头弹簧刚度的优化参数范围。结果表明:设置减震锚头的桩板墙锚索受力较普通锚拉式桩板墙结构有明显改善,地震作用下锚索拉力峰值、震荡幅值及残余拉力随锚索体系刚度降低近似呈线性减小规律,但锚索对桩身的约束作用减弱,桩顶动位移峰值及残余位移呈反“S”形增大。为了协调和统一地震作用下降低锚索拉力和桩顶位移的抗震需求,应根据桩顶水平位移的极限对锚头的弹簧刚度进行优化。     

基于聚能水压光爆技术的周边眼装药结构优化研究

为获得聚能水压光爆技术周边眼的最优装药结构,基于聚能水压光爆机制,采用基于LS-DYNA的数值模拟试验和现场试验,分别对聚能水压光爆的围岩动力响应特性及光爆效果进行对比研究,优化周边眼装药结构。数值模拟试验表明,采用装药结构4时,聚能方向上有效应力值最大,裂隙区范围最大,超过50 cm,且聚能效果及控制爆破振动效果较好。现场试验表明,周边眼按照组4的结构进行装药时,眼痕率达到95%以上,超欠挖值最小,炮眼利用率最高,光爆效果最好。综合分析,确定装药结构4,即底部加强药×30 cm+聚能管装置×100 cm×3（间隔装药）+水袋×30 cm +空气间隔×40 cm+孔口水砂袋×30 cm为同一地质条件下6种试验方案中的最优方案。     

基于上限分析与随机响应面法的盾构隧道掌子面可靠度研究

为更全面准确评估孔隙水压力作用下盾构隧道掌子面的稳定性,提出一种基于极限分析原理的双对数螺旋线破坏机构为确定性模型,结合随机响应面原理的可靠度分析方法。该方法以孔隙水压力系数表示地下水引起的孔隙压力变化,通过上限分析得到隧道掌子面的安全系数;运用拉丁超立方技术对安全系数进行抽样,建立基于Hermite多项式展开的近似极限状态方程,在验证响应面有效性的基础上,进一步采用蒙特卡洛模拟法获取隧道掌子面失效概率特征。利用该方法分析了土体参数变异性、地下水位以及支护力对掌子面失效概率的影响,并将其应用于湘江隧道掌子面的可靠性研究中。结果表明：该方法可以有效地评估隧道掌子面的可靠性,并可为隧道掌子面支护力的选取提供理论参考。     

基于转子结构优化的永磁同步电机噪声研究

以某型号车载永磁同步电机(PMSM)为研究对象,首先分析径向电磁力波的产生机理,建立电机电磁仿真模型得到径向电磁力的时空分布特性以及特定阶次的径向电磁力波幅值,然后以0阶径向电磁力波幅值的48倍频分量为优化目标,从转子结构优化的角度提出一种转子外表面开设辅助槽的方法,利用响应曲面法得到辅助槽参数对优化目标的影响程度,从...     

海上大跨度斜拉桥渡台风致振动控制研究

为确保在建海上大跨度斜拉桥在台风期施工时安全渡台,以宁波舟山港主通道项目舟岱大桥南通航孔桥为背景,对大跨度斜拉桥钢箱梁悬臂施工状态下的抗风措施及其抗风性能进行研究。对于台风来临前未能合龙斜拉桥钢箱梁,在钢箱梁两悬臂端采用10组由7根?15.2 mm钢绞线组成的抗风索相连作为约束,并在桥塔位置加设横向、纵向钢管连接钢箱梁与塔身,在竖向设置预应力钢绞线共同组成钢箱梁临时锚固系统。采用MIDAS Civil软件建立桥梁最大悬臂状态有限元模型,对不设置抗风索和增设抗风索的结构抖振位移和内力进行计算。结果表明：抗风索能够降低斜拉桥钢箱梁在台风作用下的抖振位移及内力,理论上布置抗风索后钢箱梁在51.1 m/s设计风速时的内力值可以降低到35 m/s风速时的水平,结构安全;设计风速下,单束抗风索内力最大值低于其设计强度,满足自身强度要求;在不同风速下,抗风索对钢箱梁临时锚固内力的影响效果不同。     

钢桥面板在高温混合料摊铺时温度效应参数分析

为探究施工工艺参数对高温浇筑过程中钢桥面板温度效应的影响,基于瞬态温度场传热理论和热力学边界条件假设,采用生死单元法建立钢桥面板在浇筑式高温沥青混合料摊铺过程中的时空温度场、应力场、变形场模型,研究工艺参数变化对钢桥面板温度效应的影响。研究结果表明：摊铺区顶板在距离摊铺开始35 min达到峰值温度92℃,温度效应影响大约是左右宽度1 m范围;单次摊铺宽度和摊铺速度分别对钢桥面板纵向最大拉、压应力影响显著,峰值应力分别为79.36 MPa和-136.07 MPa,摊铺温度主要影响摊铺区顶板纵向压应力和横隔板横向拉应力;钢箱梁变形主要受单次摊铺宽度的影响,单次摊铺宽度7.5 m, 24 m节段钢箱梁上拱2.12 cm,纵向最大伸长量为1.72 cm。因此,可通过适当减小单次摊铺宽度、降低摊铺温度和增大摊铺速度方式降低温度效应的影响。     

玄武岩纤维在重载SBS沥青玛蹄脂碎石混合料路面中的应用

为探讨玄武岩纤维在重载路面中的路用性能及其路面结构的力学响应,对不同掺量玄武岩纤维沥青混合料与路面结构进行研究,通过高温稳定性、低温抗裂性、浸水马歇尔和冻融劈裂试验对玄武岩纤维SMA-13沥青混合料的高低温及水稳性能进行评价,并基于ABAQUS有限元程序对路面结构在累计荷载作用下的力学响应进行分析。结果表明：玄武岩纤维沥青混合料高温、低温、水稳性能要明显优于木质素纤维沥青混合料,最佳掺量为0.3%;玄武岩纤维沥青路面上面层变形量最大,且纤维对集中于中面层的车辙变形影响尤为显著。室内试验和有限元模拟结果表明,玄武岩纤维对SBS沥青路面的改善效果显著,且ABAQUS有限元程序在研究玄武岩纤维路面结构力学性能时能够起到良好的作用。     

用于儿童头部损伤生物力学研究的碰撞理论模型建立及验证

机动车事故和跌落等碰撞工况是造成儿童头部受伤的重要原因,研究碰撞过程中儿童头部的动力学响应对于头部损伤的预测具有重要意义。头部动力学模型能够快速预测不同碰撞场景下头部动态响应结果并进而预测头部损伤风险。首先,建立考虑颅骨及皮肤厚度和形态曲率的儿童头部碰撞理论模型用于预测儿童头部在碰撞工况下的响应。然后,通过儿童头部CT扫描提取颅骨及皮肤几何结构,对颅骨和皮肤三维重建后进行分割和定量离散,分别得到能描述颅骨内侧、颅骨外侧及皮肤形态的离散点集群,通过计算得到碰撞点周围的平均曲率与厚度,基于建立的头部碰撞理论模型可计算不同碰撞位置(不同厚度和曲率)的碰撞力。最后,通过碰撞试验对建立的碰撞理论模型进行验证,使用不同年龄的小型猪头部作为儿童头部的代替品进行碰撞试验,将试验结果与上述建立的理论模型对小型猪头部碰撞响应的预测结果(基于小型猪头部的真实的形态曲率、皮肤和颅骨厚度数据)进行对比。研究结果表明：建立的理论模型可以较为准确地预测碰撞脉宽和最大碰撞力;提出的儿童头部碰撞动力学理论模型能够快速预测头部不同碰撞位置的动力学响应,可以为儿童头部损伤的进一步研究提供参考和理论支撑。     

预应力混凝土连续梁桥桥面爆炸损伤试验研究

为了研究桥面爆炸荷载作用下预应力混凝土连续T梁桥的抗爆性能,进行了2×8 m两跨预应力混凝土连续T梁桥模型的野外爆炸试验,并结合数值模拟的方法,研究了不同爆心位置和桥面爆炸荷载作用下预应力混凝土连续T梁桥的动力响应、破坏模式及损伤程度。研究结果表明：跨中桥面上方发生爆炸时,预应力混凝土连续T梁桥桥面破坏形态均表现为桥面板混凝土破碎开洞、T梁腹板和梁底混凝土崩落,属局部冲切破坏;中墩墩顶上方发生爆炸时,预应力混凝土连续T梁桥桥面未发生严重毁伤,邻近中支点的横隔板出现由顶部爆心轴线处向横隔板底放射形扩散的裂缝。相同药量和爆心高度下,桥面中梁跨中爆炸时中梁底加速度峰值最大,桥面边梁跨中爆炸时中梁底加速度峰值最小;提升混凝土强度、箍筋加密布置、施加预应力和增大宽跨比等能一定程度地提高主梁的抗爆性能;研究成果可供梁桥的抗爆防护设计参考。