基于断裂力学的腐蚀钢丝疲劳S-N曲线研究

高强冷拔钢丝因其优异的力学性能被广泛应用于缆索承重结构,服役过程中钢丝腐蚀与断裂威胁着结构安全。钢丝腐蚀后表面的蚀坑因应力集中效应易产生疲劳裂纹,因此腐蚀钢丝剩余疲劳寿命主要取决于裂纹的扩展阶段,且裂纹扩展受到腐蚀程度(初始损伤)的显著影响。精确表征腐蚀程度并准确评估服役期钢丝腐蚀后的剩余寿命,仍是亟待解决的维修难题。首先采用蚀坑最大深度表征钢丝腐蚀程度,以应力强度因子幅作为裂纹扩展驱动力指标,基于断裂力学的Paris公式建立受拉钢丝裂纹扩展理论模型,进而推导腐蚀钢丝的疲劳S-N曲线。大量既有的腐蚀钢丝疲劳试验结果与理论预测值的比较验证了所提理论模型及疲劳S-N曲线的合理性和有效性。含多个蚀坑的钢丝裂纹扩展有限元模拟表明,等效单裂纹适用于多腐蚀坑钢丝疲劳寿命的简化分析。参数分析表明,蚀坑深度和腐蚀环境是腐蚀钢丝疲劳强度的关键影响因素,而应力比和疲劳加载频率影响较小,所提出的S-N曲线在钢丝常规服役条件下适用于评估其剩余寿命,可得到合理的预测结果。基于断裂力学所提的理论方法和疲劳S-N曲线可为腐蚀钢丝的疲劳强度和寿命评估提供参考。

前混合水射流喷丸单丸粒冲击特性研究

单丸粒冲击特性是研究混合射流表面喷丸强度和覆盖率的基础指标,丸粒特性与靶材特性均会对冲击后的弹坑形态产生影响。以不同热处理后的18CrNiMo7-6低碳合金钢为靶材,研究了不同丸粒冲击条件下的弹坑特性。从弹坑形成机理出发,建立了单丸粒冲击弹坑尺寸模型,并通过试验研究,修正了高硬度靶材弹坑的误差,使弹坑深度预测误差降低到30%以下。在此基础上,研究了弹坑相关特征参数(深径比、坑深坑直径占比、脊高)的规律。结果表明,丸粒硬度和靶材硬度对深径比以及坑深直径占比影响最为显著,而弹坑周边的脊状结构只存在于低硬度靶材中。各参数对脊高的影响由大到小分别为丸粒直径、丸粒硬度和丸粒速度。

含油海洋环境下316L仪表管点蚀深度预测模型研究

为了提升316L不锈钢仪表管在含油海洋大气环境下点蚀深度的预测精度,建立了基于改进粒子群算法优化的直接离散灰色点蚀深度预测模型[SCPSO-DDGM(1,1,λ)]。首先以暴露实验点蚀数据为例,建立DDGM(1,1)模型,并利用新信息变权弱化缓冲算子、等维灰数递补对模型进行动态改进;后采用非线性变化惯性权重和正弦余弦学习因子提高粒子群算法(PSO)的寻优能力和收敛速度,引入高斯扰动策略增强PSO跳出局部最优的能力,进而用SCPSO对改进后的DDGM(1,1,λ)模型中的权重参数λ进行寻优;最终在MATLAB中进行仿真计算,分析对比SCPSO-DDGM(1,1,λ)模型与GM(1,1)、DDGM(1,1)、PSO-DDGM(1,1,λ)模型的预测结果。结果表明:在研究的时间区间内,经优化的新模型预测深度与实际深度高度吻合,较于对比模型性能更优。证明SCPSO-DDGM(1,1,λ)模型能够有效预测仪表管点蚀深度,为仪表管的腐蚀研究提供了新的思路与方法。

矿用锚索腐蚀程度对其力学性能影响特征数值模拟研究

由高强度低松弛预紧力钢绞线制成的矿用锚索与树脂胶结合可提供强大预应力,加固巷道围岩和顶板破碎煤层,但在顶板淋水条件下,锚索自由段相比锚固段更易发生材料腐蚀致断裂失效显现。通过理论分析明晰了受腐蚀锚索自由段在拉伸作用下裂纹扩展致断裂机制,结合实验室试验与数值模拟探寻了矿用锚索在高矿化度矿井水淋水环境下腐蚀断裂特征,及蚀坑深度、表面腐蚀率与锚索自由段延伸率、极限载荷的相关性。研究结果表明:锚索自由段在拉伸作用下受环境因素影响表面产生蚀坑后,在蚀坑尖端出现应力集中,并衍生呈裂纹扩展致脆性断裂,其延伸率与蚀坑深度成负相关;锚索极限载荷降低的主要影响因素为腐蚀率,其与腐蚀率成负相关;锚索自由段腐蚀程度为30%,表面蚀坑深度小于0.5 mm时, 19股结构锚索承载力优于相同直径的7股锚索;蚀坑深度大于0.5 mm时, 7股结构锚索承载力实现反超。

考虑端部形状影响的矩形桥墩局部冲刷试验研究

文章以宽度相同、长度不同的矩形桥墩为研究对象,考虑矩形、圆端形、三角尖形3种典型端部形状,在铺设10 cm等厚定级配沙的矩形长直水槽内进行不同流速下桥墩局部冲刷室内试验,量测不同时刻桥墩周边测点流场、墩周冲刷坑深度等参数,结合基本理论对桥梁基础局部冲刷进行研究。结果表明:圆端形和三角尖形端部桥墩墩前下降水流和墩周马蹄形涡流强度较矩形端部小;在相同条件下,圆端形端部桥墩最大冲刷坑深度相对于矩形端部桥墩减小34.9%,而三角尖形端部桥墩最大冲刷坑深度相对于矩形端部桥墩减小66.7%;在保证矩形桥墩长宽比L/B≥2的前提下,当弗劳德数Fr≤0.111时L/B越小,墩周冲刷破坏程度越小,而当0.148≤Fr≤0.185时则相反。根据河道不同流速合理选择墩型,能够更好地预防冲刷破坏。试验结果可为桥墩局部冲刷设计提供参考。

盐湖大气环境下316 L仪表管点蚀深度预测研究

为提高316 L仪表管在盐湖大气环境下点蚀深度的预测精度,采用变阶平均弱化缓冲算子、积分背景值和新陈代谢对分数阶累加灰色模型FGM(1,1,r)进行改进,首先通过改进Tent混沌映射、莱维飞行和区间自适应反向学习策略提高黏菌算法(SMA)的寻优能力和收敛速度,随后利用改进黏菌算法(ISMA)对FGM(1,1,r,ρ)中的参数r和ρ进行寻优,最后构建仪表管ISMA-FGM(1,1,r,ρ)点蚀深度预测模型。研究结果表明:经优化的新模型比原模型误差更小、拟合度更高,在仪表管点蚀深度预测方面具有更好的性能。研究结果可为仪表管道系统的完整性评价和风险预警提供参考。

开采深度对低凹陷露天矿装载扬尘运移规律和质量浓度分布特征的影响分析

为减少低凹陷露天矿装载扬尘对作业人员职业健康和外部环境污染的不利影响,依据气-固两相流理论,采用Fluent数值模拟方法,对不同开采深度条件下的低凹陷露天矿采装工作面装载扬尘的运移规律和质量浓度分布特征进行研究。研究结果表明:开采深度对装载扬尘扩散方式和呼吸带高度处装载扬尘质量浓度的影响显著;当开采深度H=0 m时,受矿车的阻挡作用发生方柱扰流,装载扬尘颗粒逸出车厢后,沿X轴方向线性扩散,扩散距离随扩散时间延长而增大;当开采深度H>0 m时,采场风流在台阶处发生流动分离,形成与开采深度同高的风流漩涡,装载扬尘颗粒逸出车厢后,随着大结构漩涡向四周扩散;随着开采深度增加,装载扬尘颗粒沿X轴扩散距离逐渐减小,沿Z轴运移扩散距离增大,矿车下风向呼吸带高度处装载扬尘质量浓度超标影响范围减小,装载扬尘在呼吸带高度上的质量浓度随扩散时间增加而逐渐降低,并在t=100 s时降低至职业接触限值8 mg/m3以下。本文研究为合理确定装载扬尘的污染影响范围和制定有效的装载扬尘治理措施提供决策参考。

同轴兆声辅助射流电解加工工艺研究

针对电解加工的杂散问题,提出了同轴兆声辅助射流电解加工方法,利用该方法对304不锈钢的电解加工过程进行理论分析与实验研究。分析结果表明,兆声辅助不仅能增强电解液流速,使阳极被加工区域的电解液不断更新,还能促进反应气体排出,从而提高电解加工精度与加工效率。研究结果表明,固定电解液流量0.9 L/min、电解电压50 V时,22 W兆声功率下的电解圆形凹坑的深径比为0.173,相比无兆声下提高12.34%,同时也进一步提升了沟槽刻蚀深宽比,验证了兆声辅助射流电解的有效性。

市政管道工程中顶管工作坑的设计与施工技术

以某市政管道工程为例,探究了顶管施工中工作坑的设计方法与开挖技术。该工程污水顶管工作坑采用长方形支撑式工作坑,设计尺寸为8.7 m×6.1 m×8.5 m。为保证顶管工作坑开挖安全,使用12 m拉森IV型钢板桩支护。选择瑞典条分法进行钢板桩整体稳定性计算,结果表明抗倾覆安全系数满足规范要求。在顶管工作坑开挖中,要合理确定土方开挖顺序、做好拉森钢板桩的插打和位移监测,为下一步顶管作业的开展创设良好条件。

温度与应力耦合作用下高强钢海水腐蚀行为研究

目的保证船舶设备安全,明确船用Ni-Cr-Mo-V高强钢在不同海水温度中的服役状态变化。方法在实验室模拟环境中,通过四点弯曲装置向Ni-Cr-Mo-V高强钢施加不同应力,并结合电化学测试、腐蚀形貌和产物分析,研究温度与应力耦合对Ni-Cr-Mo-V高强钢在不同温度海水环境中腐蚀行为的影响及规律。结果温度升高会加快Ni-Cr-Mo-V高强钢腐蚀产物的生成,但是在较高温度海水中,会使高强钢由点蚀转变为均匀腐蚀,因此较高温度海水中对高强钢施加外加应力未发现点蚀坑加深。较高温度海水相对于低温海水条件下,高强钢腐蚀产物层中的Cr、Ni含量增加,低温海水中施加应力致使腐蚀产物层中的Cr、Ni含量降低,而较高温度海水中施加应力对腐蚀产物成分的影响不大。温度对Ni-Cr-Mo-V高强钢的腐蚀作用明显强于外加应力对其的腐蚀作用。结论在不同温度海水中,较高的温度使得Ni-Cr-Mo-V高强钢的耐蚀性能降低,但是相对于低温海水中,较高温度海水条件下施加应力对Ni-Cr-Mo-V高强钢腐蚀的影响较小,因此对于高强钢在海水中的腐蚀,温度对高强钢的影响明显大于应力的影响。

基于任意拉格朗日欧拉方法的射流破土仿真分析

基于任意拉格朗日-欧拉方法对射流破土过程进行仿真分析。以琼州海峡黏土质砂为研究对象,选用MAT-FHWA-SOIL模型建立土体材料本构。运用LS_DYNA软件建立包括射流源、喷嘴、水域及土体的仿真模型,探究射流破土机理。并讨论射流关键参数对破土效果的影响,对射流压力、喷嘴直径、射流靶距进行单因素研究。研究发现在其他射流参数不变的情况下,射流压力增大1倍,最大冲坑深度也增大1倍;土体的冲蚀体积会随着射流压力的增大而增加,与射流时间近似呈线性关系;喷嘴直径从5 cm增大到9 cm时,最大冲坑深度增幅为43%。在20~60 cm之间的射流靶距对清理效果的影响较小。该研究可为海底电缆抢修的射流破土作业过程提供依据。

露天矿山开采中深孔爆破技术的应用研究

在我国的露天矿山开采过程中,中深孔爆破技术具有重要的意义。这种技术不仅能够提升爆破效率,而且还可以在降低生产成本的基础上改善采矿环境。相较于传统的爆破技术,最终的爆破效果也有明显的优化。在这一背景下,本文以江西新钢分宜矿白云石采场为例,对深孔爆破技术的应用进行了研究,探讨其在露天矿山开采中的实际应用效果,以期为相关人员提供有益的参考。

基于不同规范的悬臂式支挡结构嵌固深度计算讨论

绝大多数地方和行业编制的基坑设计规范对于悬臂式支挡结构嵌固深度计算的规定几乎相同,但部分地区的基坑规范存在差异性。选取了《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—2012)、GJB—02—1998《广州地区建筑基坑支护技术规定》、浙江省DB33/T 1096—2014《建筑基坑工程技术规程》3本基坑规范,分析了它们对于悬臂式支挡结构嵌固深度计算规定的差异性,以实际的基坑工程为例进行嵌固深度计算,并利用有限元数值模拟软件MIDAS GTS NX对计算结果进行数值模拟,比较这些不同之处对嵌固深度的影响。结果表明:采用不同规范进行基坑悬臂式支挡结构设计时,支护结构的嵌固深度差异可达数米。这种差异性受土体性质、基坑深度影响较大,对基坑工程经济性造成的影响不可忽视。

水电站下游河床冲刷成因分析及处置措施

对广东梅江蓬辣滩水电站的工程地质、冲刷水工模型、冲刷实测数据和冲刷坑深度进行了详细分析。通过对冲刷坑实测数据和冲刷坑深度的分析计算,发现下游河床仍存在继续冲刷的可能。冲刷坑的发展规律符合设计与水工模型试验结果。目前,下游冲坑对闸基影响较小,但接近安全坡比控制值。建议采取措施对水闸及厂闸导墙冲坑进行优先处理,阻止冲刷继续发展,并加强对坝基及下游河床的原型观测。

随机锈蚀H型钢柱偏压承载力分析

为了揭示随机锈蚀对H型钢柱在偏压作用下极限承载能力的影响,采用随机有限元方法对随机点蚀钢柱的抗弯承载力的变化规律进行了研究,考虑了轴压比、几何参数以及锈蚀深度对H型钢柱抗弯承载力折减系数的影响;得到了不同几何尺寸下H型钢柱的适用性,揭示了折减系数随锈蚀深度的变化规律,提出了用于预测抗弯承载力折减系数的理论计算公式。结果表明,所提出的理论公式可以准确预测随机点蚀H型钢柱的抗弯承载力,可为评估既有H型钢柱的极限承载力提供理论基础。

上海轨道交通4号线某站点基坑降水设计研究

结合上海轨道交通4号线某站点基坑降水工程实例,分析工程地质条件和水文地质条件,通过对基坑底板稳定性进行分析,对基坑涌水量、单井涌水量进行计算,合理确定降压井数量以及降压井深度,结合以上各步骤完成工程降水方案设计。

高层房屋建筑深基坑施工技术研究

采用排桩进行基坑支护可以显著提高基坑边坡的安全性及稳定性。但基坑开挖深度对地表沉降及桩身位移的影响规律尚不清楚。基于此,文章采用Midas GTS软件建立数值计算模型,对不同开挖深度工况下基坑地表沉降及桩身位移的发展演化规律进行研究。结果表明:基坑开挖对地表沉降的影响可以分为显著影响区域、微弱影响区域及无影响区域;随着距离基坑边缘距离的增加,地表沉降先增大后减小,距基坑边缘1倍基坑深度的范围内,地表沉降最大,因此基坑施工过程中主要监测1倍基坑深度的范围内的地表沉降;在锚固段范围内,桩身位移随着桩身高度的增加并不发生显著变化,桩身高度超过基坑底面后桩身位移快速增大,在距桩顶1/3的范围内,桩身位移随着桩身高度增加而增大的趋势减缓;随着桩身高度的增加,桩身位移逐渐增大,当开挖深度分别为5 m、15 m、20 m时,桩身位移最大值分别达到了6.2 mm、14.8 mm、17.8 mm,均满足规范要求。研究结果可为排桩支护结构的设计及施工提供参考。

基于强度折减法的圆形顶管井基坑变形及稳定性分析

现行规范中有关圆形顶管井基坑的设计方法主要采用平面弹性支点法,考虑到三维空间下环形基坑支护结构的拱效应和周边土体的土拱效应,平面计算结果较实际偏于保守。为此,基于强度折减法,通过建立圆形顶管井基坑的二维、三维有限元计算模型,得到了基坑安全系数和变形量,并将计算结果与规范方法进行了比较分析。分析表明:在深径比h/r>0.9时,坑底土主要产生隆起变形;当深径比h/r小于0.9并逐渐减小后,坑底出现圆弧滑动面,土体破坏呈整体滑移模式;在三维模型下,围护结构的拱效应阻隔了坑边超载对圆弧滑动面分布的影响,周边土体的土拱效应减小了地表沉降量和围护结构变形量;基于强度折减法的基坑安全系数是规范方法中坑底抗隆起安全系数的2~3倍。

普通内镜与pit pattern分型在结直肠肿瘤中的病理诊断及浸润深度判断

目的探讨普通内镜与pit pattern分型在结直肠肿瘤中的病理诊断及浸润深度。方法回顾性分析2014年4月至2017年4月因锯齿状腺瘤(SA)于我院消化科进行治疗的30例患者的SA内镜及病理学资料,比较病理诊断及肿瘤浸润深度判断结果。结果本研究中,内镜检出了35枚SA,隆起型和表面型分别21、14枚,两种类型的SA平均直径分别为10.5、16.5 mm。10 mm以下的SA上皮内瘤变多于10 mm以上的SA上皮瘤变。pit pattern分型中,共有Ⅱ型23枚,Ⅲ型11枚,Ⅳ型1枚。按照腺体上皮内瘤变的级别,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级分别为28、6、1枚。SA的pit pattern分型与病理学分型、上皮内瘤变级别有显著相关性(χ^2=20.035、18.320,P=0.000)。结论 SA具有息肉肿瘤学的一般生物学行为,与结直肠癌的发病密切相关,在临床检查中应该给予高度的重视。

改进SSA-LSSVM模型在埋地管道点蚀深度预测中的应用

埋地管道点蚀深度受土壤环境、运输物质、管道材质等多种因素的影响,因此腐蚀数据存在不稳定性,会导致精确预测其点蚀深度存在较大难度,故提出RS结合MSSA-LSSVM预测模型。首先利用RS对腐蚀影响因素实现降维,提取关键影响因素;其次融合三步改进策略解决麻雀搜索算法已陷入局部最优等问题,利用时间复杂度分析对算法改进后性能进行验证;然后利用MSSA求解出LSSVM中核函数参数σ2和惩罚因子C的最优解,同时选取RBF核函数,使其预测性能达到最优,最终构建RS-MSSA-LSSVM的埋地管道点蚀深度预测模型。结果表明:优化后模型精度得到了极大的提升,且均优于其他模型,证明该模型鲁棒性较好。