基于深度学习的钝体断面外形气动性能高效预测方法

对于气动性能,钝体断面的气动外形非常重要,采用传统风洞试验及CFD模拟计算得到钝体断面气动性能需消耗大量时间,大大影响钝体断面气动外形的气动性能评估效率。通过卷积神经网络深度学习技术实现对气动性能的快速预测,深度学习模型训练完成后,输入形状信息和与形状相关的流场信息,即可输出不同几何形状下的阻力系数,进而得到钝体断面的气动性能。为寻找性能最优的深度学习模型,通过综合判定误差和参数量大小对卷积神经网络结构的深度和宽度进行优化。对深度学习模型输出阻力系数与CFD计算结果进行对比发现,误差符合预期要求,并且相较于传统方法,基于深度学习网络的预测所需时间达到数量级的提升,未来可作为钝体断面气动外形优化的关键方法。

变区段煤柱工作面诱冲机理及防治技术研究

针对某矿变区段煤柱工作面开采冲击危险性较高的问题,运用数值模拟方法对工作面采掘过程中煤柱区域垂直应力分布规律进行研究,分析了不同宽度区段煤柱应力积聚特征,揭示了变区段煤柱工作面诱冲机理,并制定了“近场-远场”协同卸压方案。研究结果表明,较宽的区段煤柱(30 m和55 m)受采空区侧向支承压力和超前支承压力影响,煤柱应力集中程度较高;受“近场高静载+远场动载”叠加影响,变区段煤柱工作面回采期间易诱发冲击地压;采取近场高承压煤体强卸压+远场高位坚硬顶板超前预裂断顶卸压协同控制方案后,微震能量事件始终维持在104J以下,表明控制方案能够有效降低工作面采掘期间的冲击危险性。

静力水准测量系统在既有地铁隧道监测中的应用

研究对静力水准监测系统的原理、优势、安装、调试和数据采集进行了分析,并对既有地铁隧道静力水准监测精度等影响因素进行了介绍和分析。以某项目基坑施工期间对既有地铁隧道区间静力水准测量系统监测为背景,采用与人工监测数据相对比的方法对静力水准测量系统的可靠性进行了验证;同时,通过比较列车静止与运形时静态水准仪的测量精度,探讨了列车行驶对测量结果的影响。研究发现,静态水准仪自动化监测系统完全能够达到城市地铁运行时实时监测隧道形变的精确度要求,故显示出较强的实用价值。通过静态水准仪获取的数据与人工测量的数据做对比研究,可以得出两者的监测成果基本一致,对变形情况的判定高度吻合。对于精度高的工程监测而言,选取列车停运后监测值作为监测值更可靠。

基于地震波CT探测的冲击地压危险性评价与防治

为了解决工作面回采过程中存在的冲击危险区域的不确定性和煤岩体内部静载荷分布的模糊性,采用地震波CT探测技术,对回采工作面采取静载荷探测和冲击危险性评估,对冲击危险区域进行了重新确定,并制定了有针对性的卸压方案,提高了工作面回采期间的冲击地压防治效果。结果表明,小庄煤矿40302工作面回采期间,发现中等危险区域共9处,弱危险区域14处,其他区域为无冲击危险区域。通过采用地面L型水平井分段压裂技术、煤层大直径卸压钻孔、煤层爆破及顶板预裂爆破技术对冲击危险区域进行卸压,有效降低了工作面回采期间的冲击风险,为工作面安全回采提供了保障。

山区高速公路陡纵坡段沥青路面面层剪应力分布规律

为研究山区高速陡纵坡段沥青路面面层剪应力分布规律,并考虑基层-面层层间结合状态、基层-面层模量比,基于BISAR3.0软件开展弹性层状体系静力学分析。研究结果表明:1)相较平坡路段,陡纵坡路段具有较大的水平荷载系数,从而导致沥青面层极值剪应力最大值大幅增大,高极值剪应力分布更为集中,水平荷载对整个沥青面层的极值剪应力的分布均有一定程度影响;2)不同层间接触状态下陡纵坡段沥青面层的极值剪应力最大值差异较小,但在较高值(>250 kPa)极值剪应力的分布上有较大差别,基层-面层层间完全光滑状态下陡纵坡的极值剪应力较高值(>250 kPa)相较层间完全连续状态分布更为广泛且贯穿于沥青面层,沥青面层底部更易发生剪切破坏;3)在沥青面层模量为10000 MPa、基层模量范围为6000 MPa~14000 MPa时,随着基层-面层模量比提升,陡纵坡段沥青面层极值剪应力最大值有所降低。根据静力学分析结果,陡纵坡段沥青路面相较平坡路段具有更高的极值剪应力,可提高基层-面层层间结合性以及在保障沥青面层模量的基础上适当提升基层模量,有利于陡纵坡段沥青路面的抗剪切能力。

钢筋混凝土T梁斜截面抗剪性能试验研究

重载铁路部分32 m预应力混凝土T梁腹板斜向开裂现象日渐突出。为了深入探究铁路典型T梁斜截面抗剪性能,设计制备了1片跨度5.0 m的钢筋混凝土模型梁,通过静载试验研究混凝土抗裂性能和斜截面开裂后梁体的力学性能。结果表明:不考虑塑性系数时纯弯段混凝土弯曲抗拉强度大于轴心抗拉强度,腹板斜截面混凝土抗拉强度与混凝土轴心抗拉强度接近;不考虑塑性影响的剪弯段混凝土弯曲抗拉强度略低于轴拉强度;模型梁斜截面开裂后,在外荷载作用下斜裂缝宽度变化沿梁高方向的分布无明显规律。当荷载达到剪压破坏抗剪承载力理论值时,箍筋屈服,梁体未发生剪压破坏。经过3次循环静载作用后,梁体纵筋未屈服,纯弯段上缘混凝土仍处于正常工作状态。

弯剪耦合破坏T形截面RC剪力墙抗震性能试验研究

针对T形截面RC(reinforced concrete)剪力墙潜在的翼缘受拉方向受剪控制破坏和翼缘受压方向受弯控制破坏共存的现象,对两个弯剪耦合控制和一个受弯控制T形墙进行了拟静力试验,对比分析了T形墙的裂缝分布形态和破坏机理,考察了剪跨比和水平钢筋配筋率对T形墙抗震性能的影响。结果表明:弯剪耦合控制T形墙的破坏集中于腹板自由端,且破坏区域沿斜向贯穿整个边缘约束区;减少水平钢筋配筋率会加剧T形墙斜裂缝和竖向错动裂缝的开展,并导致形心轴附近产生“分缝”现象,以此抵消剪切效应增强引起的变形能力降低;减小剪跨比会大幅降低T形墙的延性和耗能能力降低,并导致剪切变形占比增大至50%。各国规范对于T形墙受剪承载力的计算存在明显差异和不足,为实现“强剪弱弯”的抗震设计目标,安全起见应保证T形墙的受剪承载力至少高于受弯承载力15%;虽然弯剪耦合破坏T形墙在翼缘受拉方向的变形能力较差,但仍满足我国抗震规范关于罕遇地震下层间位移角限值的要求。

不同双轴加载路径下T形截面RC剪力墙抗震性能试验研究

为了探究复杂多维地震作用下带翼缘剪力墙的损伤机理和抗震性能,进行了5个T形截面RC剪力墙的水平单、双轴拟静力试验,研究双轴加载对T形墙破坏模式、滞回性能、承载力、延性与耗能能力的影响,考察T形墙在不同双轴加载路径下的受力机理和多维抗震性能。结果表明:T形墙在单、双轴加载下的破坏均发生在墙肢自由端底部,双轴加载加剧了裂缝的开展和混凝土的剥落,且对翼缘的损伤影响更大;T形墙两正交方向的受力行为存在明显的相关性,双轴耦合受力产生的内力重分布和局部附加应力会改变T形墙的局部受力机理和整体性能,表现为一个方向受荷时,其正交方向在位移不变的情况下荷载会产生突变;相较于单轴加载,双轴加载下T形墙各方向承载力平均降低了6.90%,极限变形能力平均降低了11.28%,单个方向破坏时的累积耗能减小,且双轴耦合效应按“十”字形、“8”字形、矩形加载路径的顺序依次增强。鉴于地震动的随机性以及结构响应的多维耦合性会显著改变带翼缘RC剪力墙在实际地震作用下的抗震能力,建议在剪力墙结构抗震设计时合理考虑承载力的折减并适当减小层间位移角限值。

海洋柔性管缆整体线型静态快速设计方法

为了提高海洋柔性管缆线型设计效率,本文旨在探索一种考虑截面刚度的整体线型静态快速设计方法。柔性管缆服役之前需要进行线型设计,首先需要进行静态设计,分析柔性管缆在各位置下的形态及受力。针对海洋柔性管缆截面刚度进行整体线型静态快速设计,并对比不同水深条件下弯曲刚度对线型静态设计灵敏性的影响,分析结果表明:浅水线型静态设计时应当考虑柔性管缆弯曲刚度的影响,深水线型静态设计时可忽略弯曲刚度。水深为30 m时,与线性弯曲刚度算法计算结果相比,忽略弯曲刚度算法计算结果对悬链线型静态设计最大曲率的估计误差为52.7%,对缓波线型静态设计最大曲率的估计误差为21.1%。本文为海洋柔性管缆线型静态设计提供理论依据,对实际工程线型设计方法选择具有一定的指导意义。

基于悬臂结构薄壁变截面钢管杆静载变形分析

基于材料力学基本公式推导了变截面钢管杆在静载荷作用下挠度与转角系列计算公式,针对多个不同参数的变截面杆,采用推出公式、有限元法进行计算,两种计算结果吻合很好,验证了公式的正确性。利用推出的公式,定量分析了单位集中力载荷下杆几何参数对挠度的影响。结果表明,推出的公式正确、简洁,为薄壁截面钢管杆体设计提供了理论参考。

悬挂式单轨简支梁桥轨道梁截面形式研究

通过总结国内外运行及试验线标准轨道梁截面形式、用钢量指标,指出现有轨道梁截面存在的问题,并结合现有轨道梁截面形式提出一种改进的顶箱截面轨道梁。以30 m跨度直线梁为研究对象,采用ABAQUS壳单元模型分别对顶箱截面和开口薄壁截面进行计算,对比两种截面形式的力学性能指标。为进一步研究悬挂式单轨简支梁桥轨道梁截面形式对结构力学性能的影响,对不同跨度、不同曲线半径的双线轨道梁进行计算分析,并对两种截面形式轨道梁结构进行车-桥耦合振动动力计算。结果表明:与开口薄壁截面相比,顶箱截面力学性能更好,能够提升行车舒适性且节省材料。

整体式桥台-RC桩-土体系受力性能

为了探究整体式桥台⁃RC桩⁃土体系的力学性能,以国内某整体桥为背景,设计并制作了4个不同桩基配筋率和截面形状的整体式桥台⁃RC桩模型,并开展整体式桥台⁃RC桩⁃土相互作用低周往复荷载拟静力试验研究,主要研究RC桩配筋率与截面形状对桥台⁃RC桩⁃土体系受力性能的影响,并分析台后土抗力、桩侧土抗力、桩身应变与桩身弯矩的分布规律等。结果表明:在桥台往复位移作用下,距离台背较近处土抗力沿高度方向的分布规律会由“三角形”分布向“抛物线形”分布转变;距离台背较远处的基本呈“三角形”分布;台后土抗力会受到RC桩配筋率和截面形状的影响,提高RC桩的配筋率或采用矩形截面可增大整体式桥台⁃RC桩⁃土体系的整体性;桩身累积变形会影响桩侧土抗力的分布规律,使桩后侧土抗力减小、桩前侧土抗力增大;采用配筋率更大或矩形截面RC桩的试件更不易受累积变形的影响,桥台⁃桩基⁃土体系整体性更好;整体式桥台⁃RC桩在向河跨侧挤压前侧土体运动时,桩身应变和弯矩的分布规律与传统桩基一致;向岸坡侧挤压后侧土体运动时,桩身最大应变和弯矩出现在台底与桩顶连接处。提高RC桩配筋率或采用矩形截面RC桩可有效减小桩身应变和弯矩,改善RC桩基的受力性能。

一类考虑温度效应的截面插值梁模型

提出了一种截面插值梁模型,利用该模型求解梁在非均匀热载荷作用下的动静态响应,解决了传统梁理论无法处理受不均匀温度场的梁的问题。利用拉格朗日插值函数对梁单元的截面和轴向分别插值,构造梁的位移场。将位移场代入热弹性动力学方程,得到单元应变和应力,再依据虚功原理推导出单元刚度矩阵、质量矩阵以及等效节点载荷列阵,求解得到热应力。利用热应力的横向剪切力更新单元刚度矩阵,计算梁在热载荷作用下的振动特性。计算结果表明,该方法得到的结果与实体单元模型结果吻合,并且更易于处理受非均匀热载荷作用的细长结构,同时能很好地反映截面的形状、受载及响应结果。

火灾后超高性能混凝土梁斜截面剩余承载性能试验研究

为研究火灾后超高性能混凝土(UHPC)梁斜截面剩余承载性能,开展了12个UHPC梁火灾后静载试验,获得了火灾后UHPC梁破坏模式、裂缝发展、荷载-位移曲线,分析了受火时间、剪跨比、荷载水平、箍筋对火灾后UHPC梁承载性能的影响。结果表明:随着火灾下UHPC梁的受火时间增大、荷载水平升高,试件内部损伤增加,火灾后抗剪承载力下降;剪跨比对火灾后UHPC梁的抗剪承载力影响显著,当剪跨比由2.0增加至3.5时,抗剪承载力降低43%,破坏模式由“剪压破坏”转变为“斜拉破坏”;配箍率由0%提升至0.27%,对火灾后UHPC梁抗剪承载力提高15%;开展的火灾后UHPC梁斜截面剩余承载性能研究为UHPC梁受火后性能评估和加固修复提供了借鉴。

变开缝长自复位剪力墙截面设计及抗震性能

为研究不同开缝长度下自复位剪力墙的抗震性能,对自复位剪力墙截面进行受力分析,量化不同开缝长度下墙体理论承载力.基于四水准中第三水准下的性能目标,对自复位剪力墙进行截面设计,并与已有试验结果及不同开缝长自复位剪力墙的静力弹塑性结果进行比较验证.结果表明:理论推导的承载力表达式与已有试验及有限元结果均吻合良好;随着开缝长度增加,墙体自复位能力增强,耗能能力减弱;开缝长度系数为0.2~0.3能满足残余位移角限值,同时保持较好的耗能能力.

单塔双索面无背索斜拉桥静载试验与分析研究

为对单塔双索面无背索斜拉桥进行结构承载力试验分析研究,对该斜拉桥采用有限元软件建模与分析,按照《公路桥梁荷载试验规程》进行结构静力荷载试验,通过分析该桥主梁与索塔在不同荷载工况下各截面的应变、挠度值变化情况;斜拉索在恒载和加载过程中产生的拉索力,并与设计理论计算结果及设计规范中规定的数值进行比较,据此检验并分析评估结构的安全性和可靠性,判定桥梁结构的受力状况是否满足设计要求。

河南登封-鲁山地区地壳出露剖面岩石高压条件下地震波速特征的实验研究

首次给出了河南登封—鲁山一带地壳出露剖面岩石高压条件下纵波速度V_p值的实验测定结果。样品分别采自古元古代的安沟群及新太古代的登封群和太华群。静态压力自常压至3000MPa变化。结果表明,岩石的纵波速与岩性关系密切。上、中地壳岩石的V_p 随压力的增加变化范围明显大于下地壳岩石,变质等级的增加伴随着V_p的明显增大,经温度影响校正后的V_p值与位于邻近地区的QB-1地震测深剖面的解释结果吻合很好。

电力系统并行输电断面风险评估的研究

电力系统的连锁过载跳闸往往发生于故障支路所在的并行输电断面上。通过分析,确定了一种并行输电断面内支路过载跳闸的风险评估指标,并将相关支路归为一个集合——高风险支路集,利用指标数值比较可达到判别发生连锁过载跳闸并缩小系统安全性分析对象范围的目的。该评估指标有效计及了前后故障之间的相互影响和累积效应,克服了采用传统N-1系统安全准则及N-m安全准则的事故筛选机制的不足。采用中国电科院CEPRI36节点系统进行了仿真计算,结果表明了该方法的有效性和可行性。

深部厚煤层动静载荷下区段煤柱损伤演化分析

深部厚煤层综采工作面沿空开采下引发的煤柱动力失稳,是严重影响矿井的安全生产条件之一。以陕西某矿区留设35 m段煤柱稳定性为研究对象,通过赋存条件调查、理论分析、数值计算、现场监测等方法,分析区段煤柱在动、静载荷下的演化特征。研究表明:煤柱在静载向动载荷的转化过程中,35 m煤柱内部两侧的应力峰值从2 m迁移至8 m,双侧扰动下的应力明显高于煤体的抗压强度;内部的塑性破坏占比从9.52%增加至40%,最终35 m煤柱内部形成“梯型”稳态结构。根据现场煤柱动载荷影响,结合巷道布置方式提出进行分区支护原则。实践表明:巷道顶板及煤柱帮经历3种变化的位移特征,在距采空区70~90 m范围的运动达到极限。因此,35 m煤柱能满足开采极限条件下的支撑作用,满足生产的实际需要。

帽型薄壁管件准静态压溃模拟计算中焊点的处理方法

以单帽薄壁管轴向准静态压溃试验为基础 ,研究了帽型薄壁管准静态压溃有限元分析中焊点的建模方式。在Ls Dyna平台上系统地分析了不同类型的焊点模型对于单帽结构准静态压溃模拟计算中平均压溃力及变形模式的影响 ,通过对比模拟结果与试验结果 ,得出了适用于帽型薄壁管准静态压溃模拟计算的焊点模型。