纤维尺寸效应对深井井壁衬砌支护层力学特性的影响

为探究纤维尺寸效应对深井井壁钢纤维混凝土力学特性及应变演化的影响,设计三种不同钢纤维尺寸和掺量的混凝土配方,通过测试试样的力学特性后得知,随着钢纤维尺寸、掺量的增加,试样单轴抗压强度、抗拉强度、抗折强度以及弹性模量提升。借用数字图像相关技术对试验过程监测发现,钢纤维的加入使得试样破坏时表面裂纹数量、长度远大于素混凝土试样,随着钢纤维尺寸的增加,试样破坏时试样表面裂纹宽度有所下降,混凝土试样的轴向变形降低。当试样到达峰值荷载时,素混凝土迅速失稳破坏,而钢纤维混凝土试样在到达峰值荷载时仍然存在一定残余强度。运用随机森林模型对钢纤维混凝土测试强度进行训练、测试与预测,结果表明训练、测试、预测样本精度较高,R 2>0.8,均方根误差值较小,改进随机森林模型对钢纤维混凝土强度的预测较精确,利用此预测模型,可大幅度降低优化钢纤维混凝土配方所需要的人力与物力成本,结果可为现场混凝土配方强度预测提供参考。

反井钻机施工大直径风井工程结构稳定性评价方法研究

针对大直径反井工程在扩孔期间的围岩稳定性问题,提出了一种考虑反井钻井法工艺特点的竖井结构稳定性评价方法,确定了围岩自稳能力是其关键因素,基于强度折减法,提出了以围岩稳定系数为核心的井帮围岩自稳能力定量评估方法,通过数值模拟手段确定了围岩极限自稳状态的强度折减系数k0,并以此作为围岩的稳定系数。为解决工程实际问题,提出了预防空帮失稳的工程处理措施,在扩孔阶段实施随钻临时支护作业,实现围岩的快速封闭。最后以李家壕煤矿回风暗立井工程作为研究对象,提出了局部失稳风险评估意见,并依托工程实践对评估准确性进行了验证,其结果表明评估结论与实际结果一致,验证了该井帮围岩稳定性定量评价方法及工程处理措施的有效性。

冻结井壁仿钢纤维混凝土动静态力学性能和微观结构研究

为改善冻结井壁高强混凝土脆性特征,提高其抗裂性和韧性,提出采用仿钢纤维混凝土作为冻结井壁筑壁材料。通过优选材料和正交试验,得到不同配合比的仿钢纤维高性能井壁混凝土,并对其进行静态、动态力学性能及微观结构等试验研究。结果表明,在基准混凝土中掺入15%(质量分数)粉煤灰和0.54%(体积分数)聚丙烯仿钢纤维(PPTF)后,混凝土的抗拉、抗弯强度分别提高了29.46%、26.72%,其脆性特征得以明显提高。相比于基准组,最佳配合比的仿钢纤维混凝土韧性增强显著,在0~0.012应变范围内其韧性指数提高了40.83%,且失效后的破坏形态更完整。掺入PPTF、粉煤灰有效抑制了冻结井壁混凝土内部微裂隙的产生和扩张,混凝土表现出更为致密的微观结构以及更高的宏观力学性能。

重载车用等速万向节传动总成中间轴与保持架强度分析

重载车用球笼式等速万向节传动总成传递的力和转矩比普通汽车的大,且工况要求较高,在冲击载荷下,有可能发生中间轴的静强度破坏或者疲劳失效,以及保持架在大轴间角下的破损。因此,对其中间轴和保持架在极限工况下的强度研究非常重要。以某重载车用球笼式等速万向节传动总成为研究对象,首先,对中间轴进行受力分析和有限元仿真,并将结果进行对照,以验证模型的准确性;其次,对不同轴间角下保持架进行仿真分析,得出保持架的应力分布规律;最后,进行扭转静强度试验与保持架硬度试验。结果表明,中间轴、保持架在正常工况下均可满足使用要求,但在极端工况下可能发生保持架破损。可为重载车用球笼式等速万向节传动总成的设计和制造提供相应参考。

井壁径向极限承载及应力应变模型试验研究

为探究砼井壁径向极限承载及其应力应变关系,基于统一强度理论的井壁径向承载极限解公式,求解得到井壁径向极限承载,考虑混凝土多轴强度特性,对塑性极限解公式进行修正,给出高强砼井壁径向塑性极限承载力的修正公式,提出了砼井壁径向应力应变关系的数学模型.通过试验,理论预测值与试验的最大误差为2.85%,研究成果对井壁破坏的预测有一定指导作用.

基于有限元仿真的多边形空心电动机轴强度分析

电动机轴是电动机的核心零件,多边形空心轴可以在空心轴的基础上进一步减轻电动机轴的质量。本文通过有限元分析,研究并比较圆形和多边形空心电动机轴的性能,发现多边形设计可以减轻电动机质量,且对强度、模态和临界转速的影响微小,可为电动机优化设计提供参考。

采煤机截割部的扭矩轴强度和优化

以MG900/2210GWD型采煤机为例,介绍一种采煤机截割部扭矩轴优化设计,基于ABAQUS有限元分析软件,结合扭矩轴基本结构,构建扭矩轴有限元仿真模型,并以此为基础,从静力学仿真和模态仿真两个角度实施扭矩轴强度仿真分析。根据分析结果确认扭矩轴受力薄弱点后,介绍三种扭矩轴优化设计,再通过有限元仿真分析获取最佳设计,将最佳设计应用于工程实践,确认可有效提高扭矩轴综合性能。

变速器输出轴20Cr2Ni4A材料的研究及应用

为满足大扭矩变速箱的开发要求,将20Cr2Ni4A材料应用于变速器输出轴零件,采用渗碳空冷+高温回火+二次淬火工艺,有效控制了20Cr2Ni4A材料表面的残余奥氏体含量,同时使渗碳层表面析出了弥散碳化物。此外,开发了两种不同的渗碳热处理工艺,验证了其对零件表面和3/4 R处硬度及输出轴零件静扭强度的影响。结果表明,不同的渗碳热处理工艺仅对零件的有效硬化层深度有影响,而增加有效硬化层深度对零件表面及芯部硬度、静扭强度基本没有影响。

塑壳断路器操作机构故障分析与关键轴的优化设计

基于塑料外壳式断路器(以下简称塑壳断路器)的物理样机,针对其机械寿命试验时出现的操作机构中的跳扣轴弯曲失效故障进行了分析,给出了跳扣轴的理论计算过程,解释了跳扣轴弯曲失效的原因,并对常用的2种材料进行了筛选,给出了最优解。通过Ansys Workbench软件建立了跳扣轴的有限元模型,利用静态结构分析还原了原始设计跳扣轴的弯曲故障,并校核了优化后跳扣轴的强度。理论计算与仿真分析相结合的方法,可以为塑壳断路器操作机构和其他部件关键轴的自主设计和优化提供参考。

海洋地质二号船重型吊机更换对轴系对中的影响分析

海洋地质二号船主甲板重型吊机更换,引起主甲板相应区域的载荷发生改变,从而对轴系对中产生一定的影响。本文通过实船吊机更换过程中各阶段的轴系对中数据检测,对比各个阶段重量改变引起的轴承数据变化趋势,剖析其对轴系产生变化的因素。结果表明,该型船在原有船体结构条件下,对重型吊机更换不会对轴系对中数据产生大的影响,无需重新对中校准。该案例可为类似改装工程提供一定的参考依据。

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。

大功率风力发电机组铸造主轴的结构设计与强度分析

针对某大功率风力发电机组主轴材料利用率低、生产周期长、成本高的问题,将主轴生产工艺由锻造改为铸造,对其薄弱位置进行结构优化设计,并进行极限强度和疲劳强度分析。通过极限强度和疲劳强度分析可知,铸造主轴的Von Mises应力和疲劳损伤均满足设计要求。研究表明,铸造主轴比锻造主轴单台节约成本21万元,大幅度降低生产成本,产生良好的经济效益,为大功率风力发电机组铸造主轴的结构设计与强度分析提供了参考。

基于混凝土20 h内强度龄期关系曲线确定调压井滑模滑升时间研究

水利水电工程调压井滑模施工中的混凝土强度是一个非常重要的技术参数,且是控制滑模滑升速度的依据,也是滑模能否提升的前提条件。阐述了通过对现场混凝土试件进行抗压强度检测,采用线性回归分析方法得出了该配合比混凝土在20 h内的时间与抗压强度关系曲线,依据该关系式推出了调压井20 h内混凝土随时间增长的连续强度,从而判断出滑模是否满足提升要求,进而确定出滑模的滑升时间。该方法的采用减少了取样频次、检测时间与检测成本,能够更加便捷、快速地在施工现场计算出混凝土强度是否满足滑模滑升要求。

大型轴件的阻尼油封区表面银钎焊非等强修复

某大型42CrMo4+Ni+V轴件的阻尼油封区因故产生了表面损伤。为恢复受损区油封功能和几何尺寸,采用银钎焊工艺进行表面非等强修复。首先,制作模拟样棒,制定预焊接工艺规程,按照该规程进行了评定试验。对模拟样棒焊前焊后的相同部位进行了拉伸、冲击、硬度试验和金相组织观察。分析得出,热影响区范围约为2 mm,采用银钎焊修复对母材组织和力学性能的影响很小,用于表面损伤的非等强修复是可行的。最后,将该工艺成功用于大型轴件阻尼油封区表面损伤的实际修复。

基于水热变化的煤矿井筒冻土抗折强度试验

基于水热变化下的人工冻土力学试验是人工冻结法设计过程中进行合理设计和安全施工的前提和必要条件。通过采用设计正交试验及统计拟合方法,针对海测滩煤矿立井井筒处黄土冻土试样进行不同含水率及冻结温度下抗折强度试验,分析了冻土的挠度-抗折强度变化关系及其力学性能,对比了不同含水率及不同冻结温度下冻土抗折强度变化,并对立井井筒黄土基土在冻结过程中的抗折强度建立了基于冻结温度、含水率变化的预测模型。结果表明,立井井筒处冻土的抗折强度随含水率的增大呈先增加后减小变化,在含水率15%~20%时其抗折强度较大;冻结温度与冻土抗折强度呈近线性关系,温度降低,冻土抗折强度增大;采用冻结法施工时冻结参数选择温度-15℃,含水率20%较为合理。

煤矿提升绞车中间轴装置结构改进优化设计研究

JC-300绞车适用于许多工况环境的场所,尤其在煤矿中应用广泛,绞车可以调度装卸煤炭物料,也可用于搬运重物。但由于JC-300绞车中间轴承载的力矩较大,制造工艺的偏差导致公差配合尺寸确定,在啮合过程中容易发生滑块与中间轴小齿轮之间的过顶现象,使滑块卡死,而中间轴小齿轮无法正常转动。基于工程中出现的实际问题,提出在绞车中间轴小齿轮和滑块中分别增加导轮,并在方案可行性分析后,利用ANSYS软件对导轮轴进行强度分析。研究成果表明了设计改进的合理性,为绞车中间轴结构优化设计提供了依据。

润滑组件主动轴断裂原因分析及仿真复现

根据某航空发动机滑油系统润滑组件主动轴断裂的故障,采用宏观检查、微观电镜扫描和能谱分析的方法分析和讨论了主动轴断裂的原因。由于片状金属异物进入润滑组件的内外转子啮合腔,导致内外转子出现卡滞,主动轴在负载急剧升高的情况下于安全截面发生断裂;采用ABAQUS软件对润滑组件正常运转及片状金属异物进入内外转子之间时的两种情况进行了仿真,结果显示在润滑组件正常工作时,产品受到的最大应力小于材料的屈服应力,不会发生永久变形和破坏;而在片状金属异物进入内外转子之间时,出现的卡滞会导致外转子和主动轴的最大应力达到材料强度极限而出现断裂破坏,复现了实际故障发生时的断裂过程。

天然气用摆线泵设计及仿真分析

针对传统摆线泵的设计方法只关注内外转子的设计,对轴承换热设计、转轴强度设计的重要性有所忽略的问题展开分析研究,运用传热计算、受力分析的方法对摆线泵轴承的冷却和转轴的强度问题进行了分析,经过整机热仿真和弯矩、临界转速校核验证,实现了此二者的设计,再加上验证合格的内外转子设计方法,完成了一款摆线泵的设计,所设计内容对相关工作和研究具有一定的借鉴意义。

Empirical methods for determining shaft bearing capacity of semi-deep foundations socketed in rocks

Semi-deep foundations socketed in rocks are considered to be a viable option for the foundations in the presence of heavy load imposed by high-rise structures, due to the low settlement and high bearing capacity. In the optimum design of semi-deep foundations, prediction of the shaft bearing capacity, rs, of foundations socketed in rocks is thus critically important. In this study, the unconfined compressive strength(UCS), qu, has been applied in order to investigate the shaft bearing capacity. For this, a database of 106 full-scale load tests is compiled with UCS values of surrounding rocks, in which 34 tests with rock quality designation(RQD), and 5 tests with rock mass rating(RMR). The bearing rocks for semi-deep foundations include limestone, mudstone, siltstone, shale, granite, tuff, granodiorite, claystone, sandstone, phyllite, schist, and greywacke. Using the database, the applicability and accuracy of the existing empirical methods are evaluated and new relations are derived between the shaft bearing capacity and UCS based on the types of rocks. Moreover, a general equation in case of unknown rock types is proposed and it is verified by another set of data. Since rock-socketed shafts are supported by rock mass(not intact rock), a reduction factor for the compressive strength is suggested and verified in which the effect of discontinuities is considered using the modified UCS, qu(modified), based upon RMR and RQD in order to take into account the effect of the rock mass properties.

西部钻井法“一钻成井”新型高强复合井壁力学特性

针对西部地区富水弱胶结地层中深、大钻井井筒“一钻成井”支护难题,提出采用高强钢板-混凝土复合井壁新型结构。首先,以内蒙古鄂尔多斯市陶忽图煤矿北风井为工程原型,基于相似理论推导了复合井壁结构模型试验相似指标,通过正交模型试验,研究了不同井壁厚度、混凝土强度等级和钢板型号情况下高强钢板-混凝土复合井壁的力学特性。其次,采用数值模拟方法,计算分析了高强钢板-混凝土复合井壁极限承载力的影响因素及其变化规律。然后,根据模型试验与数值计算结果,构建了高强钢板-混凝土复合井壁承载力和混凝土抗压强度提高系数计算公式,并给出了各影响因素的取值范围,同时提供了该种井壁结构的工程应用设计优化方法。最后,分析了复合井壁结构中锚卡的力学作用效应。研究结果表明,在复合井壁结构中,由于高强钢板屈服强度高,可更好地对中间混凝土产生复合约束作用,混凝土抗压强度提高系数可达2.3~2.6,井壁承载力显著提高。在相同条件下,与Q345钢板相比,高强钢板(Q460~Q620)-混凝土复合井壁的极限承载力可提高7.14%~19.46%,井壁厚度可减薄8.18%~19.52%,且增大内层钢板厚度更有助于提高井壁极限承载力。复合井壁结构中锚卡约束着内钢板,使其达到屈服应力后不会过早发生屈曲失稳,同时对中间混凝土提供约束作用,保证其处于三向受压状态,2者起到很好的复合作用,有利于井壁结构整体受力。