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水泥稳定碎石拉压不同力学特性研究
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作者 潘勤学 姜舜君 +3 位作者 郑健龙 吕松涛 张军辉 宋小金 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期218-230,共13页
为解决现行路面结构设计参数及其取值与材料实际力学特性不匹配的问题,选取典型水泥稳定碎石开展了不同水泥剂量与加载速度下的单轴压缩及直接拉伸试验,研究了其应力应变特性,并分析了压拉强度、模量及泊松比的变化规律及其相互关系,揭... 为解决现行路面结构设计参数及其取值与材料实际力学特性不匹配的问题,选取典型水泥稳定碎石开展了不同水泥剂量与加载速度下的单轴压缩及直接拉伸试验,研究了其应力应变特性,并分析了压拉强度、模量及泊松比的变化规律及其相互关系,揭示了水泥稳定碎石的拉压不同力学特性.结果表明:水泥稳定碎石拉压受力状态下的应力应变性质符合双模量理论的双线性特征,2%~3%水泥剂量范围为水泥稳定碎石力学本质特性发生变化的过渡区;水泥稳定碎石的拉压力学参数与加载速度和水泥剂量均呈良好的非线性变化关系;就影响因素而言,水泥剂量对材料拉压参数的影响程度远大于加载速度;就力学参数而言,模量受水泥剂量和加载速度的影响最大,其次为强度,最后为泊松比,且相较于抗压,抗拉力学参数受这2种因素的影响更为显著;压拉模量比及压拉泊松比的比值受加载速度和水泥剂量的影响较小,压拉强度比随水泥剂量的增大而逐渐减小,当水泥剂量超过3%时,压拉强度比趋于稳定,据此建立了水泥稳定碎石的拉压力学参数量化取值模型.研究结果可为基于双模量理论的路面结构设计参数取值提供依据. 展开更多
关键词 道路工程 路面材料 力学参数 水泥稳定碎石 拉压不同特征 力学特性
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多因素耦合下沥青混合料拉压差异力学特性
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作者 潘勤学 姜舜君 +1 位作者 吕松涛 郑健龙 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1341-1352,共12页
针对现行沥青路面设计时材料力学参数取值的可靠性不足,基于道路材料的拉压差异特性,开展了多因素耦合影响下沥青混合料拉压力学参数非线性特性及量化关系研究。结果表明,沥青混合料拉压应力应变特性符合双模量理论的双线性特征;拉压力... 针对现行沥青路面设计时材料力学参数取值的可靠性不足,基于道路材料的拉压差异特性,开展了多因素耦合影响下沥青混合料拉压力学参数非线性特性及量化关系研究。结果表明,沥青混合料拉压应力应变特性符合双模量理论的双线性特征;拉压力学参数随加载速度增大先急剧增加后趋于平缓,且呈幂函数关系;与温度呈负指数函数关系,且温度增幅越高力学参数减小幅度越大;与沥青用量呈指数衰减模型函数关系,高温时(>30℃)沥青用量的变化对力学参数影响相对较小,最大力学参数所对应的沥青用量与马歇尔试验得到的最佳沥青用量基本一致;就影响程度而言,温度对力学参数的影响最大,各因素对强度的影响最为显著,抗拉力学参数较抗压力学参数更为敏感;据此建立了多因素耦合作用下沥青混合料的拉压力学参数量化取值模型,并推荐规范常用温度15℃(20℃)下的压拉强度比及压拉模量比分别为6.5(7.5)、1.6(1.7),压缩模强比及拉伸模强比分别为400(1700)、450(2000)。 展开更多
关键词 道路工程 沥青混合料 多因素耦合 非线性 力学特性 量化模型
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基于双模量理论的不同沥青路面力学分析
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作者 潘勤学 张同升 +6 位作者 魏玉峰 甄西东 孙杰 宋小金 蒋宇翔 姜舜君 胡嘉 《交通科学与工程》 2024年第4期21-31,共11页
为研究考虑拉压模量差异的沥青路面结构力学响应变化规律,基于双模量理论对5种典型沥青路面结构进行了力学对比分析。研究结果表明:基于传统线弹性理论与双模量理论计算得到的关键力学响应差距巨大,用这两种方法计算得到的倒装式沥青路... 为研究考虑拉压模量差异的沥青路面结构力学响应变化规律,基于双模量理论对5种典型沥青路面结构进行了力学对比分析。研究结果表明:基于传统线弹性理论与双模量理论计算得到的关键力学响应差距巨大,用这两种方法计算得到的倒装式沥青路面结构、柔性基层沥青路面结构及刚性基层沥青路面结构的力学响应的最大差距分别达55%、33%及50%;5种沥青路面结构路表均存在较大的横向拉应变,建议在路面结构设计时将路表轮隙区纳入拉应变验算点位;基层刚度与厚度对路面结构层关键力学响应影响显著,路表水平横向拉应力与拉应变均随着基层刚度及厚度的增大而增大,基层底部纵向拉应力则随着基层厚度的增大而减小。建议采用双模量理论开展沥青路面结构分析,且在路面设计时合理控制基层的厚度与刚度可有效优化路面结构的受力。 展开更多
关键词 沥青路面 力学分析 双模量理论 力学响应 数值计算
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基于拉压差异的沥青混合料强度与疲劳特性 被引量:1
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作者 陈柏丹 孙杰 +5 位作者 潘勤学 吕晨 甄西东 宋小金 冯学茂 姜舜君 《长沙理工大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第1期50-58,109,共10页
【目的】探究沥青混合料的拉压差异力学特性。【方法】开展了典型沥青混合料直接拉伸和四点弯曲强度及疲劳试验,基于材料拉压模量差异特性推导并得到了区别于传统四点弯曲梁的真实四点弯曲强度计算公式,分析了传统四点弯曲、真实四点弯... 【目的】探究沥青混合料的拉压差异力学特性。【方法】开展了典型沥青混合料直接拉伸和四点弯曲强度及疲劳试验,基于材料拉压模量差异特性推导并得到了区别于传统四点弯曲梁的真实四点弯曲强度计算公式,分析了传统四点弯曲、真实四点弯曲及直接拉伸应力状态下强度、疲劳寿命及模量衰变规律。【结果】真实四点弯曲强度约为传统四点弯曲强度的80%,在相同加载速率下,不同应力状态强度中直接拉伸强度最小,且其对加载速率的敏感性亦最低;在相同应力水平下,直接拉伸疲劳寿命最小,但在相同真实应力比下直接拉伸疲劳寿命最大,真实四点弯曲疲劳寿命约为传统四点弯曲疲劳寿命的46%;真实四点弯曲疲劳试验的模量衰变速率远小于直接拉伸模量衰变速率,且破坏时前者的模量衰减幅度更小。【结论】材料的拉压差异特性对其力学参数的测试结果及变化规律影响显著,研究成果可为考虑拉压差异的沥青路面结构设计参数取值提供参考。 展开更多
关键词 道路工程 沥青混合料 拉压差异 强度 疲劳特性
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基于双模量理论的柔性基层沥青路面结构响应分析
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作者 胡畏 辛公锋 +3 位作者 翁辉 潘勤学 鲁巍巍 胡嘉 《公路工程》 2024年第4期64-73,共10页
绝大部分路面材料力学参数具有显著的拉压差异性,而现行柔性基层沥青路面设计中仍采用较大的压模量作为设计参数,导致结构力学计算与分析误差较大,路面设计结果不可靠。为此,开展了基于双模量理论和传统线弹性理论的柔性基层沥青路面结... 绝大部分路面材料力学参数具有显著的拉压差异性,而现行柔性基层沥青路面设计中仍采用较大的压模量作为设计参数,导致结构力学计算与分析误差较大,路面设计结果不可靠。为此,开展了基于双模量理论和传统线弹性理论的柔性基层沥青路面结构力学响应对比分析,揭示了结构参数对柔性基层沥青路面结构关键力学响应的影响规律。结果表明:基于双模量理论的力学响应计算结果与传统线弹性理论之间的偏差高达15%;结构层厚度对结构力学响应的影响较大,其中基层厚度的影响更显著;各结构力学响应均随上中面层厚度增大而减小,随下面层厚度增大而增大,均呈二次函数关系,最大变化幅度约为20%;路表弯沉、基层底纵向拉应力与拉应变均随基层厚度的增加而减小,路表横向拉应变随基层厚度的增加而增大,其中路表横向拉应变受其影响最为显著,变化幅度超过40%。研究成果可为基于双模量理论的柔性基层沥青路面结构设计提供参考。 展开更多
关键词 沥青路面 双模量 柔性基层 力学分析 数值计算
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基于形状因子的螺栓紧固力超声检测方法研究 被引量:21
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作者 潘勤学 邵唱 +2 位作者 肖定国 潘瑞鹏 刘晓豪 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期880-888,共9页
针对螺栓轴向应力分布不均匀对现有螺栓紧固力超声检测模型的影响,以及模型中关键参数难以确定的问题,提出螺栓形状因子概念和确定方法。建立基于形状因子和材料因子的螺栓紧固力超声检测模型,分析了温度对检测系数和超声传播时间变化... 针对螺栓轴向应力分布不均匀对现有螺栓紧固力超声检测模型的影响,以及模型中关键参数难以确定的问题,提出螺栓形状因子概念和确定方法。建立基于形状因子和材料因子的螺栓紧固力超声检测模型,分析了温度对检测系数和超声传播时间变化量的影响。通过有限元仿真与实验标定相结合方法,获得了45号钢的材料因子和M20、M16标准粗牙全螺纹螺栓的形状因子。使用标定参数对螺栓试样进行紧固力测量实验,测量结果和预置紧固力吻合良好,验证了该方法的有效性和可靠性。 展开更多
关键词 螺栓紧固力 有限元 超声检测 形状因子
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考虑拉压模量不同的沥青路面力学计算方法与分析 被引量:20
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作者 潘勤学 郑健龙 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期110-117,共8页
现行沥青路面设计理论为传统的线弹性理论,设计时采用抗压回弹模量作为材料刚度参数,并未充分考虑道路材料拉压模量具有显著差异的特点。为此,文章将双模量理论(即拉压模量不同弹性理论)引入到路面力学分析中,基于迭代思想建立考虑材料... 现行沥青路面设计理论为传统的线弹性理论,设计时采用抗压回弹模量作为材料刚度参数,并未充分考虑道路材料拉压模量具有显著差异的特点。为此,文章将双模量理论(即拉压模量不同弹性理论)引入到路面力学分析中,基于迭代思想建立考虑材料拉压模量不同的沥青路面结构数值计算方法,且利用ABAQUS二次开发平台UMAT编制计算子程序,对典型沥青路面结构进行力学分析。结果表明:路面关键点位的力学响应,基于双模量理论与传统线弹性理论的计算结果之间的偏差高达30%~50%,应引起高度重视;沥青路面表面存在着较大的拉应力和拉应变,应为沥青路面破坏源之一,建议将沥青面层的设计点位从层底移至路表轮隙区;应用双模量理论对路面结构进行力学分析可有效地解决道路材料弹性模量的不唯一性问题。 展开更多
关键词 道路工程 路面力学计算方法 双模量理论 有限元方法 二次开发
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不同模量理论广义弹性定律的深入研究 被引量:6
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作者 潘勤学 郑健龙 文丕华 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期93-100,共8页
传统不同模量理论中基于主应力方向建立的本构方程,仅能表述主应力方向的应力应变关系,并未体现出其他方向的应力应变特性,不能有效表征拉压不同模量问题的力学本质.基于此,在主应力方向的本构方程基础上,利用应力及应变的转轴公式,推... 传统不同模量理论中基于主应力方向建立的本构方程,仅能表述主应力方向的应力应变关系,并未体现出其他方向的应力应变特性,不能有效表征拉压不同模量问题的力学本质.基于此,在主应力方向的本构方程基础上,利用应力及应变的转轴公式,推导了基于不同直角坐标系下的拉压不同模量本构方程的具体形式,也即广义弹性定律.经理论验证,此广义弹性定律揭示了拉压不同模量问题既是非线性问题也体现出各向异性的力学性质;并且在拉压模量相等时可以回退到经典弹性理论本构方程,而基于主应力方向建立的本构方程是广义弹性定律中的特例.针对不同模量理论中不甚明晰的剪切模量和泊松比-弹性模量比值的假设,应用所得到的广义弹性定律对纯剪应力状态进行了力学分析,分析表明:在基于最大或最小剪应力方向的直角坐标系下,剪应力与剪应变成线性关系,剪切模量保持不变;并结合微元体纯剪变形的几何关系,证明了假设即拉泊松比与拉模量之比等于压泊松比与压模量之比在纯剪受力状态下是自然满足的. 展开更多
关键词 弹性理论 不同模量 本构方程 主应力 纯剪
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超声波在水中衰减的频率效应及其对脉冲回波的影响 被引量:5
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作者 程明 潘勤学 +3 位作者 肖定国 徐春广 刘然 杨超 《计测技术》 2020年第1期19-26,共8页
超声波在传播中会发生幅值衰减,该衰减不仅与超声波传播的距离有关,还与超声波的频率有关。为了研究高频超声波衰减的频率效应,本文通过脉冲回波法分析脉冲超声波在水中传播反射回波的幅值和频谱变化,研究了超声波在水中传播时幅值衰减... 超声波在传播中会发生幅值衰减,该衰减不仅与超声波传播的距离有关,还与超声波的频率有关。为了研究高频超声波衰减的频率效应,本文通过脉冲回波法分析脉冲超声波在水中传播反射回波的幅值和频谱变化,研究了超声波在水中传播时幅值衰减与传播距离及其与超声频率之间的关系,通过测量脉冲超声波在水中传播不同距离时的反射回波,并对其进行傅里叶变换,分析了超声波传播衰减的距离效应和频率效应。研究发现:超声波在水中的传播衰减随距离呈指数规律,且不同频率超声波的衰减系数不相同,频率越高,衰减越大,衰减的频率效应可有效解释反射法高频脉冲超声检测中回波脉冲信号的中心频率远低于换能器标称中心频率的现象。 展开更多
关键词 高频脉冲超声 传播衰减 衰减系数频谱
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Automatic Method for Synchronizing Workpiece Frames in Twin-robot Nondestructive Testing System 被引量:6
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作者 LU Zongxing XU Chunguang +2 位作者 pan qinxue MENG Fanwu LI Xinliang 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第4期860-868,共9页
The workpiece frames relative to each robot base frame should be known in advance for the proper operation of twin-robot nondestructive testing system. However, when two robots are separated from the workpieces, the t... The workpiece frames relative to each robot base frame should be known in advance for the proper operation of twin-robot nondestructive testing system. However, when two robots are separated from the workpieces, the twin robots cannot reach the same point to complete the process of workpiece frame positioning. Thus, a new method is proposed to solve the problem of coincidence between workpiece frames. Transformation between two robot base frames is initiated by measuring the coordinate values of three non-collinear calibration points. The relationship between the workpiece frame and that of the slave robot base frame is then determined according to the known transformation of two robot base frames, as well as the relationship between the workpiece frame and that of the master robot base frame. Only one robot is required to actually measure the coordinate values of the calibration points on the workpiece. This requirement is beneficial when one of the robots cannot reach and measure the calibration points. The coordinate values of the calibration points are derived by driving the robot hand to the points and recording the values of top center point(TCP) coordinates. The translation and rotation matrices relate either the two robot base frames or the workpiece and master robot. The coordinated are solved using the measured values of the calibration points according to the Cartesian transformation principle. An optimal method is developed based on exponential mapping of Lie algebra to ensure that the rotation matrix is orthogonal. Experimental results show that this method involves fewer steps, offers significant advantages in terms of operation and time-saving. A method used to synchronize workpiece frames in twin-robot system automatically is presented. 展开更多
关键词 twin-robot system workpiece frame coordinate transformation matrix orthogonal Lie algebra
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Nondestructive Testing and Characterization of Residual Stress Field Using an Ultrasonic Method 被引量:33
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作者 SONG Wentao XU Chunguang +1 位作者 pan qinxue SONG Jianfeng 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第2期365-371,共7页
To address the difficulty in testing and calibrating the stress gradient in the depth direction of mechanical components, a new technology of nondestructive testing and characterization of the residual stress gradient... To address the difficulty in testing and calibrating the stress gradient in the depth direction of mechanical components, a new technology of nondestructive testing and characterization of the residual stress gradient field by ultrasonic method is proposed based on acoustoelasticity theory. By carrying out theoretical analysis, the sensitivity coefficients of different types of ultrasonic are obtained by taking the low carbon steel(12%C) as a research object. By fixing the interval distance between sending and receiving transducers, the mathematical expressions of the change of stress and the variation of time are established. To design one sending-one receiving and oblique incidence ultrasonic detection probes, according to Snell law, the critically refracted longitudinal wave(LCR wave) is excited at a certain depth of the fixed distance of the tested components. Then, the relationship between the depth of LCR wave detection and the center frequency of the probe in Q235 steel is obtained through experimental study. To detect the stress gradient in the depth direction, a stress gradient LCR wave detection model is established, through which the stress gradient formula is derived by the relationship between center frequency and detecting depth. A C-shaped stress specimen of Q235 steel is designed to conduct stress loading tests, and the stress is measured with the five group probes at different center frequencies. The accuracy of ultrasonic testing is verified by X-ray stress analyzer. The stress value of each specific depth is calculated using the stress gradient formula. Accordingly, the ultrasonic characterization of residual stress field is realized. Characterization results show that the stress gradient distribution is consistent with the simulation in ANSYS. The new technology can be widely applied in the detection of the residual stress gradient field caused by mechanical processing, such as welding and shot peening. 展开更多
关键词 ultrasonic nondestructive testing acoustoelasticity theory residual stress field stress gradient ultrasonic characterization
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螺栓轴向应力的非线性超声检测技术研究 被引量:5
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作者 潘勤学 常梅乐 +3 位作者 潘瑞鹏 徐晓宇 李双阳 张云淼 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第22期88-95,共8页
在工作过程中,螺栓常受到轴向应力的作用,作为最常见的紧固件之一,螺栓的服役质量对于安全生产至关重要。非线性超声技术对材料内部微结构的变化敏感,在检测螺栓轴向应力方面有极大的潜力。根据超声波在各向同性材料内部的传播规律,分... 在工作过程中,螺栓常受到轴向应力的作用,作为最常见的紧固件之一,螺栓的服役质量对于安全生产至关重要。非线性超声技术对材料内部微结构的变化敏感,在检测螺栓轴向应力方面有极大的潜力。根据超声波在各向同性材料内部的传播规律,分析了非线性系数与基波幅值以及高次谐波幅值之间的关系,搭建了非线性超声检测系统。以45钢和304不锈钢材质的螺栓为研究对象,对不同轴向应力下的螺栓进行非线性超声检测,得到非线性系数与螺栓轴向应力之间的关系曲线。结果表明,螺栓的超声非线性系数随轴向应力的增大而单调增加,当轴向应力超过一定值时,非线性系数显著增大,说明非线性系数对应力变化敏感,可以用来表征螺栓的轴向应力。通过对相对非线性系数进行归一化和多项式拟合,得到螺栓轴向应力与归一化相对非线性系数之间的函数关系,然后采用非线性超声和线性体波检测两种方法对电子拉伸试验机施加的螺栓轴向应力进行检测验证试验,200MPa以上的轴向应力采用非线性超声检测误差在6%以下,明显优于线性超声体波检测,研究结果为服役状况下螺栓的轴向应力检测提供了有效支撑。 展开更多
关键词 螺栓 非线性超声 轴向应力 非线性系数
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