基于拉压差异的沥青混合料强度与疲劳特性

【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。

Sasobit温拌沥青的高温流变力学性能研究

为研究Sasobit温拌沥青的流变力学性能并评价其高温性能,制备两种原样沥青的Sasobit温拌沥青并进行不同温度下的频率扫描试验,得到了原样沥青和Sasobit温拌沥青复数模量MCAM模型主曲线,并根据复数模量主曲线进一步得到了所有沥青缩减频域内的复数黏度.然后,采用Cross模型表征沥青缩减频域和测试频域(60℃)的复数黏度,并对不同频域零剪切黏度(ZSV)拟合曲线的黏弹力学特征进行分析.研究结果表明:MCAM模型能够描述所有沥青复数模量主曲线,满足时-温等效原理;与基质沥青不同,温拌沥青主曲线在测试温度范围内表现出黏弹性固体特征,说明温拌剂改变了原样沥青的流变力学特性.基质沥青和SBS改性沥青在缩减频域内的复数黏度连续性较好且拟合优度为0.99以上,说明复数黏度在缩减频域内满足黏弹性时-温等效原理,而所有温拌沥青复数黏度表现出时-温失效特征.除基质沥青外,SBS改性沥青和温拌沥青60℃频率-黏度曲线均出现了明显的高、低频黏度平台,并得到了其零剪切黏度(ZSV),说明采用Cross模型评价改性(温拌)沥青高温性能较为可行.

基于光纤光栅传感技术的沥青路面行车工况下力学响应研究

为揭示半刚性基层沥青路面内部真实力学响应规律,为耐久性路面设计提供参考。通过现场埋设光纤光栅传感器,基于真实荷载工况开展了不同车速与轴载作用下沥青路面应变测试试验。测试结果表明:沥青面层轮载中心拉应变最大,为该层最不利荷载点位;静载应变历时曲线黏弹性明显,且很好地符合Bugers模型,拟合判定系数为0.98;动载应变曲线呈现明显的压-拉-压波形。水稳碎石基层轮隙中心拉应变最大,为该层最不利荷载点位;静载应变历时曲线符合弹性性质,动载应变曲线主要表现为拉峰波形。构建了路面结构层层底应变随轴载和车速变化的理论函数模型,并得到了纵向动应变压峰与拉峰的峰值比值随车速变化的规律。其研究成果可供耐久性沥青路面设计及室内疲劳试验参考。

基于超声技术的齿轮残余应力测量方法研究

齿轮是机械传动中最重要的零部件之一,被广泛应用于各类军用和民用机械装备中。国防工业的发展对齿轮传动的使用寿命、传动效率、可靠性等都提出了越来越高的要求。齿轮在服役使用过程中经常发生齿轮的失效,失效的模式多为轮齿齿面的疲劳点蚀和根部疲劳断裂,失效的现象严重影响了装备的传动性能以及可靠性。引起这两种失效的主要原因是工作过程中的疲劳,而残余应力是引起疲劳失效的主要原因之一。由于齿轮的形状复杂,轮齿空间狭窄,传统方法很难准确、快速地进行齿轮残余应力的测量。提出了利用超声临界折射纵波测量齿轮残余应力的方法,研究了临界折射纵波在齿面及齿根附近的传播规律、设计了用于齿轮残余应力测量的传感器和自动化测量装置。研究结果表明,采用超声临界折射纵波法能够实现齿轮残余应力的准确、快速测量。

沥青混合料水稳定性指标控制值适用性分析

针对现行规范对沥青混合料水稳定性指标控制标准值单一的弊端,选取10种常用连续密级配沥青混合料开展了浸水马歇尔稳定度试验和冻融劈裂试验,测试结果表明:混合料水稳定性能低标号沥青类优于高标号沥青类,改性沥青类优于同标号普通沥青类;AC类与ATB类的水稳定性能相比,差异较大,且试验方法不同,规律不同;规范要求的试件标准稳定度值对30#沥青类混合料、ATB类沥青混合料未起到控制作用。说明沥青混合料的水稳定性与沥青的种类、矿料级配类型及试验方法有很大关系,在实际混合料设计中宜根据沥青混合料种类分别定义不同试验方法测试指标的控制标准。

基于形状因子的螺栓紧固力超声检测方法研究

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。

岩质路堑边坡柔性支护系统防护性能分析

针对柔性支护系统在边坡防护应用中按工程经验进行设计的现状,利用FLAC3D对实体工程中典型风化岩质路堑边坡在采用3种柔性支护系统后的稳定性能指标进行了定量分析。结果表明:简单维护和加筋维护系统的加固性能相近且加固效果较弱;主动加固柔性支护系统加固效能优异,其边坡安全系数增幅、最大位移减小量分别为前两种系统的4倍和1.5倍,并能有效地减小边坡的受力;各柔性支护系统对边坡局部失稳的防护效果明显优于对整体失稳的防护效果。

留学生土木工程专业英文课程混合式教学中的问题与对策

近年来,随着我国高等教育水平的不断提高,吸引了越来越多的外国留学生来华求学。由于某些特殊情况,部分留学生无法参加面授课程学习,因此许多高校在对留学生授课时采取线上线下混合式教学模式,但这种教学模式在具体实施过程中产生了诸多问题。本文结合本校留学生土木工程专业部分英文课程教学的实际情况,分析总结留学生课程教学中存在的问题,并提出优化留学生英文课程教学的建议,以期能获得更好的教学效果并为相关课程教学提供借鉴。

超声法焊缝残余应力检测技术研究

文中基于声弹性理论,研究临界折射纵波(Critically Refracted Longitudinal wave,LCR wave)残余应力检测原理,通过超声波传播速度的变化,反映出构件表面和内部的残余应力,从而验证采用LCR波检测构件中残余应力的关键技术,具体包括LCR波的激发、接收和后续处理。设计并制作了基于声时的残余应力检测实验系统。声时是整个测量系统中的关键量,其测量水平决定残余应力的测量精度。在实现过程中采用"一发一收"的探头布局模式,通过测量固定长度上声时传播的变化,分析残余应力的分布情况。

主动柔性支护系统构件的力学性能分析

选取实体工程典型岩质边坡,利用有限差分软件对3种主动柔性支护系统及其构件的力学性能进行了定量分析。结果表明:在同种工况下,锚杆、横向支撑绳、纵向支撑绳应力以一个数量级依次减小。各构件应力与锚杆水平间距具有很好的线性相关性,并由其相关公式得出纵横支撑绳和柔性网不会屈服失效。柔性网和纵横支撑绳具有分散和减小锚杆应力的作用,且横向支撑绳的效果要优于纵向支撑绳。主动加固系统锚杆受力最小,简单围护系统与加筋围护系统锚杆受力较大且两者相差不大。

考虑拉压模量不同的沥青路面力学计算方法与分析

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。

螺栓拉应力超声无损检测方法

本文依据声弹性原理中超声波传播速度与应力之间的对应关系,利用横波与纵波联合测量的办法,给出栓体长度未知的紧固螺栓轴向应力测量办法。针对螺栓在低载荷与高载荷不同情况下的栓体轴向应力测量系数不同的状况,分类进行了讨论,并给出对应载荷条件下应力测量系数的计算办法。文章讨论了A2-70奥氏体不锈钢与强度等级4.8低碳钢两种不从材质螺栓的轴向应力测量结果,实际测量与理论测量平均误差小于2.9367%,提高了横纵波轴向应力测量的精度。

不同模量理论广义弹性定律的深入研究

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.

残余应力的超声检测方法

建立超声应力检测与校准系统,分别利用该系统和X射线应力分析仪对Q235钢、685钢、45号钢、铝合金等试样进行残余应力检测,通过对比研究表明两种方法的应力检测值并不相同,但是应力趋势基本相同。利用超声法对焊缝、平板类零件、轴类零件、管类内壁、螺栓、涂覆层下、玻璃及陶瓷等的残余应力分布进行检测,取得较好的应用效果。

基于图像处理的沥青表面自由能测试

为了合理地评价沥青粘附性,基于表面物理化学理论,分析了由液固界面接触角确定表面自由能的测试原理,提出了基于数字图像处理的沥青表面自由能测试方法,并确定了图像处理的有效算法.由此提取的液滴边界清晰、定位准确.同时,提出了采用椭圆曲线对液滴边界进行拟合的方法.试验结果表明,椭圆曲线与液滴边界像素点非常吻合,很好地表征了液滴边界的几何形状;据此,由椭圆曲线在接触点处的斜率即可求出接触角.然后,选取了6种沥青和3种已知液体,进行了接触角的大量实际测试.研究结果表明,测得的数据变异性小,精度高,接触角与表面自由能之间具有很好的线性相关性,由此得到的沥青表面自由能可以准确地反映沥青与集料之间的粘附性.因此,采用数字图像处理技术测试沥青表面自由能是一种快速、准确、可靠且方便的评价沥青粘附性的方法,可应用于工程实践.

碳纤维-铝多层结构胶接质量的超声检测

采用宽带窄脉冲超声换能器对树脂基碳纤维与铝板胶接质量进行检测,通过对采集的回波信号幅值、声时以及相位等因素的分析,找出回波信号与胶接缺陷形态的对应关系,提出针对树脂基碳纤维与铝多层结构胶接结构的超声检测方法。本文还通过对试块上预埋缺陷的检测确定了该检测方法的准确性,并运用红外热成像检测技术对检测结果的可靠性予以验证。

焊接残余应力超声无损检测技术

基于声弹性理论,针对天然气输送管道焊缝残余应力检测问题,本文提出了一种检测新技术,并研制残余应力超声检测系统。该系统采用一发一收的探头分布方式,传感器沿着管道直焊缝放置,传感器吸附于管道外壁并在管道表面及亚表面激发出临界折射纵波,测得管道外壁沿着直焊缝处的焊接残余应力分布情况,并且经过实验验证该系统对管道焊接残余应力测量的可靠性。针对温度变化较大环境下的曲面材料的残余应力检测问题,提出了温度补偿技术和曲率补偿技术。

基于光伏发电的道路能量收集技术研究进展

道路能量收集是在不消耗额外自然资源的情况下实现发电的一种极具发展前景的可再生能源供应技术,其可以将原本会被耗散和浪费的路域能量进行收集并转化为可用的电能,已然成为当今道路、材料、能源和环境等领域的研究热点。其中,光伏发电技术因绿色高效、成本低而应用广泛,故开发基于光伏发电的道路能量收集技术可有效促进智慧交通的发展及实现“碳达峰”和“碳中和”的目标。目前,光伏发电技术及其光电转换效率日益提高,但在工程实际应用中,光伏系统的输出功率易受各种环境因素的影响而有待提升。道路工程中光伏发电技术的研究与应用主要集中在路侧、路面及其上方空间,应用区域包括声屏障、边坡、路面、廊道及停车棚等。道路光伏发电技术实现了光伏发电系统与道路工程有机结合的一体化设计,在满足道路和发电功能要求的同时还具有降噪、护坡、承载和遮阳等功能。此外,“光伏+交通”的应用模式不仅能提升交通基础设施的智能化,优化交通能源结构,还可促进公路交通运输的节能减排,蕴藏着巨大的发展潜力和机遇。本文归纳分析了太阳能光伏电池的特点、系统组成及其发电效率的影响因素,定义了基于光伏发电的道路能量收集技术的概念,明确了其应用范围,总结了光伏发电技术在道路工程领域中的最新研究与应用成果及发展现状,据此探讨其存在的问题并展望未来发展趋势,以期促进道路光伏发电技术的科学发展与应用。

沥青路面施工温度影响压实质量的敏感性分析

为了确保沥青路面在合理的温度条件下进行施工,从而有效提高沥青混合料的压实质量,降低温度离析病害。该文应用红外热像仪扫描了AC-20沥青混合料开始碾压时的表面温度,然后采用无核密度仪(PQI:Pavement Quality Indicator)研究了温度离析对沥青混合料压实质量的影响,通过回归分析,建立了沥青混合料开始碾压时的表面温度与碾压后密度的相关关系。结果显示:两者呈良好的线性关系,相关系数绝对值超过0.8,按照相关关系式计算得到AC-20沥青混合料碾压前表面温度至少应控制在132.7℃以上。

GH4169高温合金疲劳寿命非线性超声检测研究

基于超声无损检测理论,研究金属板材弯曲疲劳引起的超声非线性波动规律,建立相对非线性超声系数β′、δ′与基波、谐波幅值定量关系。利用位错模型解释了金属材料存在晶格微缺陷或应力时,超声二阶与三阶非线性系数β、δ的变化趋势。建立非线性超声检测系统,测量GH4169高温合金板材疲劳弯曲试验过程中超声相对非线性系数β′、δ′的变化趋势。实验结果表明:随着疲劳寿命的增加,相对非线性系数单调增加。二阶与三阶相对非线性系数与疲劳寿命关系转折点分别出现在疲劳寿命80%左右和60%左右。在第一阶段相对非线性系数随着疲劳寿命单调增大,在第二阶段相对非线性系数随着疲劳寿命增加出现波动或保持不变,甚至出现下降现象。对于二阶相对非线性系数,实验曲线与位错综合模型预测数据具有较好的一致性。对于三阶相对非线性系数,实验曲线与位错偶模型预测数据具有较好的一致性。