环端面不平整条件下衬砌管片抗剪承载特性研究

在衬砌管片拼装过程中难免出现环端面不平整(或环缝间垫片局部脱空)的情形,进而在顶推力作用下管片容易产生局部开裂破损,严重时甚至危及衬砌结构安全。鉴于此,以衬砌管片抗剪原型试验为基础,在ABAQUS数值分析平台上建立P2型标准块管片的精细化模型,管片上部设置千斤顶靴板,底部设置垫片并使右侧垫片脱空。在靴板上逐级施加均布荷载,以分析局部脱空情况下衬砌管片在逐级顶推力作用下的力学响应,探讨环端面不平整条件下衬砌管片的裂缝发展过程及抗剪承载特性。数值模拟结果表明:顶推力加载至850 kN,管片脱空端竖向位移达到2 mm,管片内弧面上部出现第1道裂缝,内置钢筋仍处于弹性阶段;加载至1120 kN,脱空端竖向位移达到6 mm,内弧面上出现2道新裂缝,同时第1道裂缝进一步扩展形成内外贯穿性裂缝,即管片裂缝发展过程大致为内弧面→上环端面→外弧面,且裂缝附近上层纵向钢筋达到屈服强度;考虑到内外贯穿裂缝给衬砌管片带来较大渗漏水隐患,认为P2型标准块管片的抗剪承载力(即屈服荷载)约为1120 kN。将数值模拟结果与原型试验结果进行对比,二者所得管片裂缝分布与扩展规律大致一致,抗剪承载力基本相符,验证了数值模拟结果的可靠性。研究成果可为盾构隧道的衬砌设计与掘进施工提供参考依据。

不平整跑道激励下飞机起落架随机响应及可靠性分析

采用非线性二自由度系统构建了飞机起落架模型,通过时域噪声刻画了不平整跑道对飞机起落架系统的随机激励,并引入路面不平度系数描述了跑道的不平整程度;基于飞机起落架模型响应的概率密度函数及其统计量,开展了不平整跑道对飞机起落架系统影响规律的研究。应用随机可靠性分析方法以及人体振动舒适性理论,通过建立安全域和舒适域与系统响应之间的关系,分析了起落架模型在不同路面不平度系数下的可靠性,并对乘客舒适性进行了评价。研究结果表明:路面不平度系数越大,系统状态变量的波动越剧烈,系统的可靠性和舒适性与路面不平度系数呈一定的负相关性;在路面不平度系数较小的情况下,系统平均首次穿越时间以及舒适性受随机扰动的影响更加显著。

异形孔筒形锻件成形表面不平整度分析及验证

针对异形孔筒形锻件成形过程中金属在反向流动中流速不均匀导致的锻件上表面产生不平整缺陷的问题,以椭圆孔筒形锻件为例,采用数值模拟与试验相结合的手段,探究了锻件上表面不平整现象的成因。分别从一维、二维、三维建立了异形孔筒形锻件上表面不平整度的评判准则,进一步揭示了成形工艺参数对异形孔筒形锻件上表面不平整度的影响规律。结果表明:异形孔筒形锻件上表面不平整度随模具预热温度的升高而降低,随坯料始锻温度的升高而增大,始锻温度比模具预热温度对上表面不平整度的影响更大;提高成形速度可以降低金属的流动阻力,减小坯料的温降,改善坯料变形和温度分布的均匀性,从而降低异形孔筒形锻件上表面的不平整度;异形孔筒形锻件上表面不平整度还受椭圆孔短长轴比值的影响,凸模横截面积恒定时,随短长轴比值增大,不平整度评价指标均呈下降趋势;凸模短轴值恒定,长轴值超过锻件外径的2/3时,随短长轴比值增大,不平整度评价指标呈现先增大后减小的趋势,长轴值小于锻件外径的2/3时,不平整度评价指标随短长轴比值增大呈现下降趋势。

基于车辆-道路结构耦合振动的不平整路面动力响应分析

为了更准确地研究行车荷载作用下道路结构的动力响应,从车辆的组成特点和路面不平整特性出发,将车辆、路面、路基结构作为一个整体系统来建模,提出了车辆-不平整路面-路基结构耦合动力学分析模型,同时考虑轮胎与路面接触处的路面不平整位移、路面本身位移和轮胎与路面相对位移的影响,采用Fourier变换方法推导出了由于路面不平整引起的车辆附加动荷载和路面动力响应的解析表达式,并利用快速傅立叶变换(FFT)方法得到了数值计算结果。分析了行车速度、路面不平整波长、不平整幅值以及路面厚度和模量对路面动力响应的影响。结果发现:车辆-道路耦合振动引起的路面动力响应会出现两个峰值,两个峰值是由于车辆振动频率达到车体系统的两个固有频率共振而产生。因此,工程中应合理控制路面平整度和行车速度,避免共振的发生。

交通荷载作用下Kelvin地基上不平整路面的动力响应分析

为了评价不平整路面在交通荷载作用下的动态响应,从路面几何不平整出发,假设路面不平整服从正弦函数曲线,并把1/4车身结构简化为2个自由度振动体系,得到了不平整路面上的动荷载表达式。又将此荷载模式看成是作用在Kelvin地基上无限大路面板表面的移动矩形荷载,采用双重Fourier变换方法得到了不平整无限大路面板竖向位移的积分形式解,此解析解可以退化为静荷载作用下的经典解答。并利用快速傅立叶变换(FFT)方法得到了数值计算结果。分析了荷载速度,路面不平整波长、不平整幅值以及地基阻尼和地基刚度对板的动力响应的影响。结果表明,板竖向位移的分布受荷载移动速度的影响;位移幅值随着路面不平整波长和荷载速度的变化出现2个峰值;路面不平整使得位移峰值出现滞后现象,且不平整波长越小或不平整幅值越大,滞后现象越明显。

不平整路面上的车辆等效动载系数

采用双自由度4参数的四分之一车辆振动模型,以路面不平整度为激励,运用随机振动理论分析了不平整路面上的车辆随机动载,得到了车辆动载、车辆动载峰值及其系数的概率分布.基于车辆动载峰值的概率分布以及Palmgren-Miner线性累积疲劳损伤理论,推导了车辆对不平整混凝土路面的等效动载峰值及其系数的表达式,建立了车辆随机动载与确定性动载之间的关系,进而根据车辆随机振动确定车辆动载系数.算例分析表明,在以均值加3倍方差作为车辆可能出现的最大动载的情况下,最大动载系数和等效动载峰值系数随车速及路面不平整度的增大而增大,但在相同条件下,最大动载系数远大于等效动载峰值系数,说明采用最大动载系数进行路面结构设计是偏于保守的.

不平整路面上行驶的车辆对路面随机动压力的分析

本文把从北京市、黑龙江省等地道路的实测资料中获得的路面不平整度的功率谱密度函数作为输入,把车辆简化成两个自由度体系,利用随机振动的方法分析了行驶车辆作用于路面的随机动压力.

考虑路面不平整度因素的车路耦合振动模型的建立

目前在道路结构相关计算分析中车辆荷载多以静力荷载为主,均未考虑在路面不平整度激励下车路耦合效应的影响。针对这种情况本文在已有车辆模型的基础上,考虑了道路结构振动的影响建立了车路耦合模型。经现场实测数据的验证,该模型能够较好的反映车路作为一个大系统的振动情况,是一个形式简单,计算方便,应用价值较高的模型。利用耦合模型和传统模型进行对比分析,发现车路耦合效应对车辆悬挂系统的振动影响较小;但对车辆非悬挂系统的振动和车路间作用力(中心化)的影响较大。实际算例显示较传统模型,耦合模型下车路间作用力最大幅值增大七倍,因此对于车路共同作用系统下的道路结构振动研究车辆耦合效应是一个重要的考虑因素。

不平整度桥面下连续梁桥车桥耦合振动分析

现行《公路桥涵设计通用规范》采用结构基频来计算桥梁结构的冲击系数,而基频的计算宜采用有限元方法,但如何计算,规范没有明示;而且规范给定的连续梁基频估算公式不分直桥和弯桥;再者按规范基频估算公式计算冲击系数的值有待商榷。采用一种基于有限元通用分析软件ANSYS来实现公路桥车桥耦合振动数值分析方法,对弯桥车桥耦合振动影响因素进行分析,然后分别对直线和曲线连续梁桥考虑了桥面不平整度后车桥耦合振动进行计算。分析结果表明,直桥和弯桥的动力系数不同,换算成冲击系数均大于连续梁按规范给定的基频估算值计算的冲击系数。

基于路面不平整度的车辆振动响应分析方法

为了分析路面与车辆的相互作用,提出了四自由度1/2车辆模型相对于不平整路面耦合振动分析方法。根据GB/T7031-1986建议的公路路面功率谱密度的拟合表达式,在分析了运行汽车固有振动频率和行驶速度的影响后,获得分布在一定频率范围内的离散功率谱密度数据,利用离散傅立叶逆变换得到路面不平度值,并以此作为1/2车辆垂向动力学模型的输入激励,通过数值仿真得到运行车辆系统在不同路面不平整度下的时域响应。分析结果表明:车辆动荷载系数随车速增大呈线性增加,随路面等级变差呈非线性增大,路面等级是影响车辆动力作用的最显著因素。

不平整地面仿人机器人行走控制策略

针对仿人机器人行走于不平整地面会失稳倾倒的现象,提出基于Kane碰撞原理的在线调节控制算法。该调节算法可以实现快速的动力学解算,估算出仿人机器人遇到障碍时地面对腿部的冲击力大小,据此调节仿人机器人的腿部及躯干姿态参数,使机器人成功稳定行走过凸起或凹陷障碍。采用Matlab的Simulink工具,仿真验证了5杆仿人机器人模型基于Kane在线调节控制算法平稳行走过障碍的过程。

考虑路面不平整度因素的车路耦合系统非线性数值模型

利用有限元方法以车路耦合系统作为研究对象,开展路面不平整度影响下的车路耦合非线性数值模拟研究,建立了考虑路面不平整度因素的车路耦合非线性数值模型,包括车辆系统、道路系统、车辆与道路的接触3大部分,并模拟车辆行驶和轮胎的跳起等。在非线性模型计算过程中,设定车辆模型在道路表面以某一设定速度匀速运动,并利用道路不平整度频谱进行Fourier逆变换得到时域模拟的路面不平整度数值,以研究路面不平整度激励下车路耦合振动。研究所得主要结论:(1)在随机性路面不平整度影响下,通过对车路耦合非线性动力模型的计算结果数值以及动力模型所反映振动趋势的验证,得出该模型能较好地反映车路耦合作为一个大系统的振动情况,计算结果可信,具有较高的工程应用价值。(2)路面不平整度越差路面产生的振动位移也越大,算例显示同样条件下C级路面下的最大位移量是A级路面的1.31倍,但路面振动频率受不平整度的影响不明显。

不平整条件下过渡段车辆运行平稳性

以内蒙古110国道改扩建项目为背景,建立了路桥过渡段三维模型及七自由度整车模型,分析了当路面出现波浪形不平顺以及左右车轮处路面沉降不均等破坏类型时,以车体垂向加速度、车轮动荷载系数以及前后轮垂向位移差作为评价指标,综合评价搭板对路面不平整的改善效果。结果表明:无搭板时,随着路面等级从A降低到C,车体最大垂向加速度由0.96m/s^2增大到3.78m/s^2,前后轮最大垂向位移差由20.5mm增大至114.8mm;设置搭板后,最大垂向加速度由0.87m/s^2增大到2.93m/s^2,前后轮最大垂向位移差由18.7mm增大到34.2mm;搭板的设置可以将前轮动荷载系数降低到更高一级路面的水平。在左右车轮所处路面沉降不均时,由无搭板到板厚30cm时,车体最大垂向加速度由1.92m/s^2降低到1.13m/s^2;板厚由30cm增大到45cm时,最大垂向加速度只从1.13m/s^2降低到1.03m/s^2,均处在人体不舒适的范围之内。可见,当左右车轮所处路面沉降不均时,搭板的改善效果不显著,需要采取其他工程补救措施。

脉动压力及压力梯度对不平整突体空化初生的影响

本文对六种不平整突体在正负压力梯度状况下的初生空化数进行了试验研究和理论分析,并根据气泡动力学方程建立了脉动压力与气泡振荡半径之间的关系,讨论了脉动压力及压力梯度对不平整突体空化初生的影响。试验结果表明,同一突体在负压力梯度状况下的初生空化数高于正压力梯度状况下的初生空化数;对于非流线型突体,在负压力梯度状况下空化初生时的壁面脉动压力强度低于正压力梯度状况下的脉动压力强度;脉动压力峰值约为七至十二倍的脉动压力均方根值。

重载车辆在不平整路面的动荷载响应分析

为更加准确的研究重载车辆在不平整路面上的振动响应情况,通过对四轴重载车辆建立七自由度(1+1+5)路面耦合动力学模型,并对该模型进行两个双自由度和一个三自由度的车载振动模型简化分解,借助MATLAB数学计算软件编写程序实现车辆动荷载的计算。研究结果表明:由于车辆在不平整路面上的振动响应,四轴重载车辆的拖车后轮产生的动荷载最大,挂车前轮、后轮动荷载相差较小,变化趋势相对平缓;车辆动荷载随着路面不平整度波长的增加出现两个峰值,当波长增加到一定程度时,最大动荷载趋近车辆振动系统的自重,此时可认为路面趋于平整;路面振幅对于动荷载的影响较大,最大动荷载与振幅呈现正相关;超载问题是影响道路使用寿命的主要"杀手",为了避免道路的进一步损坏,增长其使用寿命,有关部门应当严格控制车辆的超载现象。

秦沈客运专线砼简支箱梁支座不平整效应及其限位分析

预应力混凝土整孔简支箱形梁是我国第一条客运专线———秦沈客运专线中的主力梁形 ,由于采用预制装配法施工 ,在移梁、运梁、架设和运营中 ,支座的不平整现象是不可避免的 ,过大的不平整度将严重影响结构的受力和变形性能 .并通过理论分析、模型试验和实梁试验 ,系统地研究了支座不平整对结构力学行为的影响 ,结合秦沈客运专线建设的需要 ,最后提出工程建设各阶段中箱梁支座不平整限位值 .

铁路预应力混凝土箱梁弯扭及支座不平整效应的有限元分析

通过对秦沈客运专线 2 0、2 4、3 2m三种双线简支箱形梁进行的有限元分析 ,研究了混凝土简支箱形梁在偏心荷载作用下的弯扭效应、支座不平整效应以及各种荷载作用下的应力分布和剪力滞后等问题 ,并针对箱梁的空间应力分布提出了用“正应力增大系数”考虑剪力滞后等影响的方法。

一种不平整地形下足式机器人的主动柔顺控制方法

为实现足式机器人在不平整地形下的稳定行走,提高机器人对不平整地形的适应能力,提出一种主动柔顺控制方案,包括基于关节空间的主动柔顺控制、机身姿态柔顺控制和关节PD控制。根据足式机器人运动学模型设计平地步态,作为机器人不平整地形下前进的主步态;通过采用基于关节空间的主动柔顺控制方法和机身姿态柔顺控制方法,生成关节角度和角速度修正量,进而得到腿部关节跟踪指令;利用虚拟样机技术对多种地形进行仿真,仿真结果表明采用提出的主动柔顺控制方法提高了机器人对不平整地形的适应性。

海底管道不平整度分析

海底管道不平整度分析是根据海底管道悬跨分析的结论,研究海底管道铺设在不平整的海床后其自由悬跨长度、悬跨高度以及自由悬跨产生的应力、应变是否满足要求。本文首先分析海底管道不平整度分析涉及参数,然后结合工程实例,对我国南海深水区复杂地质情况下一条预建海底管道不平整度进行分析评估,并提出合理的优化方法。本文的研究成果对今后类似海底管道不平整度分析有参考意义。

风廓线雷达天线阵面不平整度对探测性能影响分析

根据雷达气象方程,分析了影响风廓线雷达探测高度的因素;建立了风廓线雷达相控阵天线阵面不平整度对天线方向图影响的数学模型。通过仿真实验,给出了在垂直波束和偏离天顶15°的倾斜波束下天线增益和旁瓣电平随阵面不平整度的变化结果。仿真结果表明,风廓线雷达天线增益随阵面不平整度的增大而减小,近似呈指数规律变化;天线旁瓣电平总体上随阵面不平整度的增大而抬升。工程设计人员可以在风廓线雷达探测高度变化允许的范围内,同时考虑目前国内风廓线雷达天线结构设计、工艺制造水平和安装精度,对天线阵面不平整度提出合理的技术指标要求。