考虑不确定性因素的时变可靠度计算方法

针对机械设备在使用过程中受到的时变不确定性因素(如荷载、环境及材料自身等因素)影响,建立了基于随机微分方程的时变可靠性预测模型,提出了考虑不确定性因素的时变可靠度计算方法.该方法考虑了机械零件强度和工作应力的演化过程,能够计算出机械零件在任意时刻的可靠度,解决了用概率设计方法设计的机械零件仅知道其设计可靠度而不知道零件在使用期间任意时刻可靠度的问题,可以对复杂不确定性因素作用下的设备进行时变可靠性评估,进而对使用期的可靠性指标变化趋势进行预测,为设备的维修和维护提供参考.

髋关节置换术后有缺损股骨的有限元分析

运用大型有限元分析软件ABAQUS建立了髋关节置换术后的三维有限元模型。对骨水泥固定有小骨皮质缺损(10%股骨干直径)的羊股骨,进行了扭矩作用下生物力学分析。实验中使用了3种不同长度的股骨柄:股骨柄的末端位于骨皮质缺损处的上端2倍于股骨干直径;股骨柄的末端位于骨皮质缺损处;股骨柄的末端超过骨皮质缺损处的2倍于股骨干直径处的股骨柄。分析结果表明:股骨柄的长度在骨皮质缺损处的不同位置时,孔周围的应力分布也不相同。股骨柄的长度在孔的下部,2倍于股骨干直径位置时,孔周围的应力明显减小。对比使用3种不同长度的股骨柄,股骨上的最大应力值在股骨柄超过骨缺损处2倍于股骨干直径时最小。

煤岩体破裂电磁辐射分形特征研究

为提高电磁辐射预测煤岩体动力灾害的准确性,采用室内试验和分形理论相结合的方法研究单轴压缩煤体产生的电磁辐射分形特征。研究结果表明:煤岩体受载过程中产生的电磁辐射脉冲数在时间上具有明显的分形特征,分形维数与煤样的冲击能指数成正幂指数关系;当受载煤岩体处于压密阶段时电磁辐射分形维数较小;处于弹性阶段时,电磁辐射分形维数有一个较小增长,并保持在一个稳定的水平;当受载煤岩体处于塑性阶段时,电磁辐射分形维数大幅度提高;临近主破裂时电磁辐射逐渐降低;主破裂时电磁辐射分形维数降低到最低水平;残余变形阶段,电磁辐射分形维数先增长后减少,总趋势减少。利用上述研究成果,成功地对7249工作面的冲击地压进行准确的预测预报。实践表明,计算脉冲数分形维数的电磁辐射法能够预测煤岩动力失稳现象。

煤层冲击倾向性评价损伤指标

为提高煤层冲击倾向评价的准确性,采用理论和试验相结合的方法,研究了煤样峰值损伤因子与煤样完全破坏时的盈余能量的关系。理论和试验研究表明:煤样的峰值损伤因子与煤样完全破坏时的盈余能量呈二次多项式的关系,随着峰值损伤因子的增加,煤样完全破坏时的盈余能量降低,煤岩峰值损伤因子表征了煤样完全破坏时的盈余能量。盈余能量反映了煤体发生冲击地压的难易程度和猛烈程度,因此,可以采用单轴压缩煤样的峰值损伤因子来评价煤层的冲击倾向。根据盈余能量和煤样峰值损伤因子的大小,对煤层的冲击倾向性进行了分级。现场实践表明,相对于传统冲击倾向指标,该分级指标更贴近实际。

基于能量理论的煤岩体破坏电磁辐射规律研究

为了给电磁辐射预测矿井冲击地压灾害提供理论依据,采用电磁波和损伤力学理论初步分析了电磁辐射能和加载机械能的关系;采用试验和能量理论研究了单轴压缩条件下煤体变形破坏产生电磁辐射能与受载煤体能量积聚、耗散的耦合关系。研究结果表明:加载机械能与煤体变形破坏产生的电磁辐射能成系数为m正线性关系,m与煤体的弹性模量成0.107 4的比例关系;受载煤体峰值弹性应变能与电磁辐射能成正对数关系,煤体的弹性能指数与峰值累积电磁辐射能、总累积电磁辐射能均成正线性关系,电磁辐射信号反映了能量聚集和耗散的状态,表征了煤体冲击破坏的难易程度。因此,电磁辐射能够预测矿井冲击地压灾害的发生。

坚硬顶板组合煤岩样破坏电磁辐射规律及其应用

采用实验室试验和分形理论相结合的方法研究了组合煤岩样变形破裂的电磁辐射规律。研究结果表明,加载初期,电磁辐射信号增加,然后略微减小,出现一段较为稳定的区域,当临近主破裂时,又大幅度增加,进入残余变形阶段时,电磁辐射又逐渐减小;电磁辐射信号与顶板在组合煤岩样的比例成正指数关系;电磁辐射脉冲数具有分形特征,并且随着加载进行,分形维数增加,临近主破裂时分形维数急剧减少;分形维数与顶板在组合煤岩样的比例成正线性关系。利用上述规律,成功地对7251工作面的冲击危险进行了预测预报。

基于盲数理论的机械结构复杂时变可靠性计算方法

运用盲数理论及不确定变量盲数化的基本思想求解了机械结构复杂时变可靠性问题。推导了机械结构基于随机过程的时变特性,使用盲数表达了时变过程中的不确定量,建立了基于盲数理论的机械结构时变可靠度计算模型,在LabVIEW平台下编写了相应的计算程序,并用该程序计算了某机械结构的时变可靠度。结果表明:盲数为这种复杂可靠度模型的求解提供了一种简单而高效的计算方法。

受载煤岩体电磁辐射动态多重分形特征

采用多重分形理论、物理试验相结合的方法研究了试件单轴压缩破坏过程中电磁辐射信号的多重分形谱宽度ΔD_q变化规律。研究结果表明：试件单轴压缩破坏过程中产生的电磁辐射信号具有多重分形特征;多重分形谱宽度ΔDq试件所受的应力水平有密切关系。加载初期,分形谱宽度ΔD_q着应力的增加而起伏增强;临近主破裂时,多重分形谱宽度ΔD_q到最大值0.27,进入残余变形阶段后,ΔD_q降至0.20-0.22。因此多重分形谱宽度ΔD_q动态变化与试件受载变形破裂过程具有良好的对应关系,临近主破裂时ΔD_q剧增大且达到最大临界值可以作为试件冲击破坏的判定依据,对试件冲击破坏进行提前预警。

冲击地压巷道桁架锚索支护原理与实践

针对冲击地压巷道围岩难以控制的问题,提出采用桁架锚索-锚杆联合支护冲击地压巷道。采用理论分析、现场实践相结合的方法,研究桁架锚索支护冲击地压巷道的原理。运用材料力学、岩体力学理论,建立锚索支护巷道的力学模型,对比研究普通单体锚索和桁架锚索支护冲击地压巷道抗冲效果。研究表明:普通单体锚索难以适应巷道围岩和锚杆的变形而先行破坏,锚索-锚杆支护体系被各个击破,从而导致冲击地压发生;相对于单体锚索,桁架锚索锚固区围岩最大拉应力降低Fsinα+F,最大剪应力降低Fsinα,变形量增加ckcosα,并一定程度上能够实现桁架锚索-锚杆协同防冲支护;能量理论分析表明,桁架锚索支护系统比普通锚索支护系统要多吸收D(22 2a/cosa+2c-2a)能量,抗冲震级也加大。现场应用表明,桁架锚索-锚杆联合支护能够有效地防止巷道冲击地压的发生。

时变不确定性机械设计方法

针对机械零件的应力和强度在不确定因素作用下的时变性,基于含有时变和随机因素的时变可靠度计算模型,提出了包含时变和随机因素的时变不确定性机械设计方法.该方法以当前时刻为时间分析起点,不但考虑应力和强度受到随机因素的影响,而且考虑了在某一时刻t应力和强度的分布,讨论了其求解方法.该方法是基于时变可靠度计算模型的时变概率设计方法,它同样可以应用于其他领域如结构工程领域.