Hoop stress approximation in offshore design codes

For a circular cylindrical vessel with an elastic material, Lame equations can accurately predict hoop stress variation within the vessel wall. However, because of the complexity involved in Lame formulations they are seldom used in design. In this paper, Lame equations are reproduced in terms of vessel outer and material cross-sectional areas and presented in a very simple format that enables hoop stress calculation without use of any approximation. Lame equations are also presented in terms of diameter-to-wall-thickness ratios in order to perform parametric studies. For a practical range of diameter-to-wall-thickness ratios the Lame hoop stress predictions are compared with approximate solutions of a selected design codes. For a range of loading conditions, comparison of results shows that a number of design codes overestimate the hoop stress. In contrast, a selection of offshore codes is shown to underestimate the hoop stress and, for a certain loading condition some codes ignore the hoop stress effect completely. The present paper also shows how the hoop stress approximation may lead to onerous results when the true wall axial stress is derived based on design code hoop stress formulations. It is concluded that what makes the present hoop stress formulations so important in design is their ability to interpret the mechanics of behavior that Lame equations strived to reveal.     

岩体变形参数的应力状态效应研究

岩体力学参数存在随应力状态不同而变化的特性，称为应力状态效应。岩体力学特性的实测值具有空间场分布特征，分析表明地应力（或围压）的有规律变化是造成岩体力学参数空间变化的主要原因。考虑到实测地应力多具有较大的离散型，尝试利用反演方法获取地应力场信息，通过多元回归分析得到实测岩体变形参数与地应力的经验关系，以研究岩体变形参数的应力状态效应。通过一工程实例研究：得到地下厂房区域的岩体变形模量为16GPa左右，与反演分析结果也比较符合；通过应力状态效应研究得到的岩体变形参数物理场，是一个渐变的物理场模型，是更为符合工程实际的；主要考虑了岩体力学参数的应力状态影响，通过一系列的计算得到，人为因素少，计算结果可供工程实践参考。     

高地应力状态下软岩公路隧道的大变形机理与规律研究

高地应力区软岩隧道地质条件复杂,使软岩隧道变形控制难度加大。以某一工程实例为对象,运用MIDAS/GTS软件建立了软岩公路隧道模型,分析了不同侧压力系数下对高地应力软岩隧道开挖变形的影响作用。研究结果表明:随着侧压力系数的增大,隧道围岩水平位移由向隧道外挤压变形转化为向隧道内收敛变形,K值在0.5~0.75时,存在一个水平位移零点,最终水平变形量为0;对于隧道竖向位移变形,当侧压力系数小于1时,隧道最大竖向位移出现在拱顶处。当侧压力系数大于1时,上拱变形加强,但整体依然表现沉降变形,隧道最大竖向位移出现由拱腰转移到拱间处。K值在1附近时,隧道水平变形和拱顶变形所形成的最终变形量相等,可根据现场对水平位移和拱顶位移间的位移关系来判定隧道围岩侧压系数的大致取值范围。     

水泥稳定碎石基层的弹塑性特性（双语出版）

为了认识水泥稳定碎石基层的弹黏塑性特性，优化路面结构的设计计算，选用路面常用的骨架密实和悬浮密实2种水泥稳定碎石基层材料，振动压实成型了Φ150×150 mm标准圆柱体试件，应用微机控制万能试验机，设定不同加载速率（0.5，1，1.5，2，4 mm·min^-1），进行简单加载、循环加卸载、抗压回弹模量、徐变和松弛等试验，测试试件的应力-应变及其随时间的变化，分析强度、刚度、徐变与松弛等变化规律及加卸载应力-应变特性，研究水泥稳定碎石基层的弹塑性特性，提出改进型本构模型。结果表明：加载速率对试验结果的总体影响小于4.4%（相对误差），且60 min的徐变变形最大为0.03%，14 min的应力松弛最大为6.9%，表明水泥稳定碎石基层的黏性极弱，可以忽略不计；每次加载卸载后均有回弹变形和永久变形出现，反映了水泥稳定碎石基层的弹塑性性质，且服从有应力强化的弹塑性固体模型，可以用广义圣维南模型模拟分析；提出的改进型邓肯-张本构模型数值模拟具有很好的有效性，可以用来分析水泥稳定碎石的应力-应变曲线；0.4σ_max（σ_max为水稳碎石混合料的破坏强度）对应的割线模量十分接近传统的回弹模量，说明简化的0.4σ_max取值法可以用来测试水泥稳定碎石基层的回弹模量；从总体路用技术性能来看，骨架密实型的水泥稳定碎石基层要优于悬浮密实型。     

桥面沥青铺装层的车辙分析

车辙是混凝土桥面沥青铺装结构的主要破坏形式之一，层内过量的剪应力以及剪切流动是车辙发生的主要原因。此文采用三维有限元的方法，考虑3种荷载分布，分析层间接触条件不同、不同铺装层结构组合及不同的温度分布下，层内的剪应力响应。分析显示，非均布荷载和层间接触条件对铺装层结构的剪应力有很大影响，合理的材料设计和结构组合对沥青混凝土桥面铺装具有重要意义。     

长大线33米下承桁梁疲劳剩余寿命的评估

应用构件的疲劳曲线和Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤法则，对旧铆接钢梁进行了疲劳剩余寿命评估，为长大线电气化改造工程中更换旧铆接钢梁的决策，提供了重要的科学依据，具有明显的社会与经济效益．同时，为全国同类型钢梁的疲劳剩余寿命评估提供了借鉴。     

中央自动充放气铜管开裂失效分析

通过对中央充放气铜管宏观检查、化学成分分析、硬度测试、氨熏试验等结果分析,确定了其开裂原因是由于工件冷变形后未消除残余应力,加之装配后产生的应力,在露天放置又受到大气雨水等共同作用,形成了腐蚀环境,导致产生应力腐蚀裂纹。并提出了去应力退火预防中央充放气铜管开裂,效果良好。     

Ф840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹扩展特性研究

针对目前Ф840D货车车轮辐板孔裂纹故障增多及其可能带来的隐患,本文首先采用有限元方法数值模拟了不同运用条件下车轮的机械应力和制动热应力,其次根据线弹性断裂力学理论研究了辐板孔边裂纹的应力强度因子,最后结合Forman疲劳裂纹扩展方程及裂纹扩展门槛值,得到不同运用工况下辐板孔裂纹扩展的基本特性及规律,从而分析出了导致裂纹扩展的载荷条件.分析结果表明：辐板孔裂纹是典型的疲劳裂纹,是由萌生于辐板孔内侧的微细裂纹逐渐扩展而来的,它是由热负荷和机械载荷的综合效应造成的.单纯的机械载荷不会直接导致孔边裂纹的萌生和扩展;坡道制动与机械载荷的叠加才是导致辐板孔裂纹萌生与扩展的最主要的载荷工况.这对预防车轮疲劳失效、优化车轮设计,保障行车安全,具有重要意义.     

Rotational equations usable for railway wheelsets

The Euler equation is a correct way for writing rotational moments of solids. But it is simple only if written in rotating frames. Applying it to railway wheelsets is difficult because it necessitates using the Euler angles, or Euler parameters, combined to rotation matrices or, numerically more stable, quaternions. Euler angles can be avoided in railway specific codes, by writing dynamical equations in track frames. However, academic literature [Landau LD, Lifshitz EM. Mechanics (Institute of Physical Problems, USSR Academy of Sciences, Moscow), Vol. 1, Course of theoretical physics. 21st English ed. Oxford (UK): Elsevier; 1960; Shabana AA, Zaazaa KE, Sugiyama H. Railroad vehicle dynamics. CRC Press; 2008.] does not provide simple solutions as to how properly writing equations of gyroscopic moments in no rotating frames. This paper describes how it is possible, owing to an approximation validated for railway applications, to avoid Euler angles and rotation matrices, while correctly taking into account gyroscopic effects. Using a most severe example, emphasising gyroscopic effects, it is demonstrated that a fast specific code using the approximation provides results equivalent to those of an multi body system generalised code with no approximation.     

关于全风化花岗岩抗剪强度的探讨

全风化花岗岩是一种具有粘性土和砂性土特性的特殊土,特殊的结构和性质使得土工试验室测定其抗剪强度要求较高.结合目前土工试验室的实际操作情况,对试样剪切过程进行分析,并选择合适的测定方法,可真实地反映全风化花岗岩的抗剪强度.