基于改进CSM模型的硬岩掘进机刀盘危险点应力分析方法

TBM刀盘受载后的危险点应力获取缺少直接的测量方法,工况复杂的情况下也难以测量,这就制约了刀盘载荷分析在刀盘寿命分析及其再制造方向上的应用问题,为此本文提出了一种基于改进CSM模型的TBM刀盘危险点应力分析方法.在CSM模型基本压力假设的基础上,提出了滚刀刀刃侧面基本压力的概念,推导计算了滚刀刀刃侧面受到的压力和摩擦力,并将二者逐个引入CSM模型中的三向力的计算,建立了改进的CSM模型;通过与公开的滚刀载荷实验数据对比,计算得到的三向力误差均在5%以内,弥补了CSM模型不能预测侧向力的不足.基于改进的CSM模型,通过分析滚刀载荷三向力的差值关系,建立了滚刀载荷差值与滚刀刀间距离的指数关系,得到了计算刀盘滚刀载荷的理论模型,使用ABAQUS的实体耦合功能,加载上各滚刀的载荷,分析整个刀盘的载荷分布,进一步获得刀盘危险点的位置.由此建立了一套刀盘滚刀群载荷获取及危险点应力分布计算的方法.通过与辽宁大伙房水库引水隧道工程中公开的实验数据及危险点统计数据对比,验证了基于改进CSM模型的TBM刀盘危险点应力计算方式的有效性.该研究对经典的CSM模型进行了改进,所提出的刀盘危险点的应力分析方法可为刀盘再制造寿命预测提供可靠的载荷分析依据,并指导刀盘服役阶段的操控参数设置.

自转式空气锤活塞动力学仿真与试验

自转式空气锤作为一种新型气体钻井用井下动力工具,通过边冲击边旋转来破碎岩石。自转式空气锤在试验过程中活塞出现了多次断裂现象。文章通过对自转式空气锤活塞实际断裂情况分析,运用动力学仿真分析活塞冲击钎头过程中的受载情况,根据仿真结果再对活塞结构进行优化,以提高活塞强度,优化后的结构在整个撞击行程中,结构受力呈现下降的趋势,尤其在0.6 ms时刻下降最为明显,即改进后的结构比改进前的结构应力降低了43.9%,改善效果明显。在后续的自转式空气锤现场试验中未出现活塞断裂情况,验证了动力学仿真和结构优化效果。

上保护层开采下特厚突出煤层沿空巷道合理位置研究

基于上保护层开采下特厚煤层瓦斯地质条件,综合理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对采空区侧向应力分布特征、突出危险性预测指标变化规律及沿空巷道合理位置进行了研究。结果表明:上保护层开采后裂隙岩体存在应力恢复效应,应力恢复后采空区侧向应力峰值会向采空区方向移进;根据采空区侧向不同距离下的煤体突出预测指标测试结果划分了充分卸压排放区、有效卸压排放区及危险区域,结合工程类比、数值模拟结果、隔绝采空区气体需要,确定了沿空煤柱留设宽度为5~7 m;调整后巷道掘进期间突出预测指标及回风瓦斯浓度最大值分别为0.16 mL/(g·min^(1/2))、0.22%,与未调整之前相比降幅分别达到66%、35.3%,保证了巷道安全掘进,验证了沿空煤柱留设的合理性。

结合渗流应力监控及有限元分析的大坝危险性监测研究

大坝是保证水库正常运行的核心部分,因此对大坝的危险性监测至关重要。研究提出渗流应力监控混合模型,采用有限元和统计模式计算模型分量。结果表明,通过对大坝各变量进行预测,实测值与预测值接近,能够描述测点水平位移、应力和渗流的变化趋势;F检验显著性水平为0<0.001,回归分析显著,复测定系数R^(2)分别为0.883、0.859、0.977,接近于0.9或1。表明研究提出模型能有效预测大坝危险性情况,对水利大坝安全监测具有参考意义。

干线公路桥梁改造方案研究——以S208太白大桥为例

“十四五”期间,交通运输部集中开展危旧桥梁改造专项行动,针对国省干线公路老旧弱危桥梁进行改造,保证了人民安全出行,并对完善公路路网、提升桥梁功能起到重要作用。以S208太白大桥为例,全面介绍干线公路桥梁承载能力评定、桥梁改造目标和设计方案,对改造后重点受力部位进行实体建模和结构受力分析,结果表明桥梁承载能力满足现行规范要求,改造后桥梁满足非机动车行驶及管线过桥需求,节省了工程造价,为同类型桥梁改造提供了设计思路。

大型行星轮系功率分流分析与疲劳可靠性研究

行星轮间的功率分流行为使得行星机构具有较高的能量传输密度,但偏载会导致行星机构的功率无法按照理想状态分配,增大齿轮间的啮合力,影响整个系统的使用寿命和可靠性。基于某型号重型直升机行星减速器的结构特征,构建大型行星轮系的有限元仿真模型,对行星传动系统进行准静态力学和运动学分析,获得系统中各类齿轮的危险应力历程,为可靠性分析模型提供载荷输入变量,以弯曲疲劳试验获得的齿轮强度数据作为可靠性分析模型的强度输入变量。使用统计学最小样本量的概念进行齿轮和轮齿寿命转换,建立行星齿轮系统可靠性分析模型,完成行星系统不同状态下疲劳可靠度的数学映射。偏载状态下,行星齿轮系统可靠度为92.32%,证明偏载会影响系统疲劳可靠性,降低齿轮的有效使用寿命。

冲击矿压防治的应力控制理论与实践

分析了原岩应力和采动应力对冲击矿压发生的影响,通过采用采动应力监测系统直接监测煤岩体的应力和采用微震监测系统间接监测煤岩体应力的方法,分析了采动引起的应力变化,进而对监测区域内煤岩体的冲击危险性进行了评价;通过对具有冲击危险性的煤岩层实施煤层卸载爆破、深孔断顶爆破和深孔断底爆破技术,进一步验证了冲击矿压防治的应力控制理论,取得了良好的实践效果。

典型危险工况下汽车后扭力梁结构开裂分析

为找出某车后扭力梁结构在路面随机载荷激励下容易存在塑性变形进而出现开裂问题,对后扭力梁结构的强度进行分析。针对该车后扭力梁实际工作状态,提出了三种典型的危险工况。基于后扭力梁结构有限元模型的建立复现其服役状态下的边界条件,对后扭力梁三种典型危险工况的应力进行计算。分析结果表明在三种典型危险工况下后扭力梁的上加强件和横梁加强件出现集中应力且超过了材料的屈服强度导致结构开裂,出现开裂现象的部位与实际情况吻合。基于实车道路试验对后扭力梁结构关键部位的应变信号测试,结果表明后扭力梁结构横梁加强件等关键部位的理论应变水平与试验值吻合很好,验证了有限元模型的准确性和方法的可行性。

K型井架有限元仿真分析及检测方案优化

通过建立K型井架有限元模型,对设计载荷作用下井架的变形位移及应力分布情况进行了仿真分析。分析结果表明,K型井架承载过程中结构形状的变化将导致井架顶端产生前倾位移,最大位移量可达41 mm;井架最大应力发生在井架上段与中上段连接处。基于有限元分析确定的井架承载主要危险应力区,结合SY/T 6326—2008标准要求确定了K型井架检测方案中应变片的选择及测点规划布置,制定出符合标准要求的井架强度检测实施方案,这对井架安全检测评定具有一定的参考价值。

煤矿巷道底板冲击矿压发生的原因及控制研究

巷道底板水平应力是导致底板冲击矿压发生的主要因素,根据巷道底板冲击矿压的特点,建立了底板冲击矿压发生条件与影响因素的力学模型,初步确定了底板冲击矿压危险性系数的表达式。当底板岩层泊松比一定时,底板冲击矿压危险性系数与巷道埋深、巷道宽度的平方、水平构造应力、巨厚坚硬老顶影响系数成正比,与弹性模量、巷道底板软弱层厚度的平方成反比。通过数值模拟,发现巷道开挖后底板煤层的水平应力升高和垂直应力降低的规律,底板应力极易达到煤层破坏极限,在支护不当和外界扰动下容易发生底板冲击矿压。最后确定了底板强度弱化减冲原理,在跃进煤矿25110工作面下巷采取底板爆破卸压措施后取得了良好效果。研究成果为解决类似条件底板冲击矿压防治问题提供了理论依据和借鉴。

冲击地压危险性预评价与实践

基于采动高集中应力对冲击地压的显著影响作用,采用有限差分数值方法对开采区域分采区、工作面以及巷道,进行了冲击危险区域划分;利用弹性基础梁"见方"理论划分得出,21141工作面回采过程中将经历七个危险时期,其中第六危险期为特别危险期。在危险区域、危险时期划分基础上,进行了冲击地压监测与防治实践,实践表明,对冲击地压煤层预先进行冲击危险区域、危险时期划分,有效指导了回采期间冲击地压监测与防治工作。

FEM/DEM法在典型柱状危岩体破坏过程数值分析中的应用

有限元/离散元耦合分析方法(FEM/DEM法)可计算连续介质的小变形,也可在新生裂缝并在裂隙间开展大变形计算。文章以位于重庆市巫山县长江左岸的箭穿洞柱状危岩体为例,分析了箭穿洞危岩体可能的破坏过程。分析表明:柱状危岩体的基座处于应力集中状态,既有拉应力集中区也有压应力集中区,应力集中造成柱状危岩体的基座附近边界岩体易破坏。应力集中新生了裂隙,裂隙的延展导致了危岩体的解体和最终的破坏。FEM/DEM方法预演了柱状危岩体压致拉裂的裂隙网络形成和破碎岩体运动过程。FEM/DEM对帮助分析大小变形混合的斜坡变形十分有利,是未来数值模拟的发展方向之一。

齿轮轮齿裂缝的产生及其应力分析

用断裂力学理论对齿轮轮齿的裂缝产生原因、危险断面及裂缝扩展因素进行分析 ,对齿轮裂缝的弹性应力强度因子和裂缝尖端处的应力状态、位移进行初步探讨。对齿轮使用寿命进行估算 。

地震成因探索

本文尝试以地史学和力学视角,探索地震成因和气候变化原因。分析地震成因,须研究地壳的运动规律、运动情况和受力情况;任何时期的地壳运动、地震,都主要由陆壳分合引发;现阶段的地壳运动、地震,主要是因冈瓦纳裂解(惯性,与地幔对流无关)。并非俯冲、地幔流动引发地壳运动,而是地壳运动引发俯冲、地幔流动。俯冲是因洋壳被动受压,而并非洋壳主动扩张。岩石圈破坏规律遵循“强度理论”[1],构造地震均发生于岩石圈的“危险点”或“危险截面”。古生代三次大灭绝和多次冰川活动、中生代早期全球干旱广布,均是因海西运动。日本岛、台湾省、菲律宾、郯庐断裂带等地震频发,华北岩石圈减薄、东亚大地幔楔、安的列斯弧、马里亚纳海沟、秘鲁海沟、智利海沟、东太平洋海丘、秘鲁寒流、厄尔尼诺现象等,均是因南美洲顺时针扭转(南美洲西海岸承受巨大扭力)。陆壳分合引发地壳形变、地热和水气调节,是全球气候变化、冰川消长的最主要原因。冰川形成,减弱寒冷和潮湿;冰川消融,减弱炎热和干旱。

基于MPGA的复杂应力状态边坡稳定性分析

极限平衡法在边坡稳定性分析中处于主导地位,该算法通常建立在一定的假设之上,没有考虑边坡土体的非线性应力-应变关系,不能用于未达到极限状态以及加固后边坡的稳定性分析。为了解决以上问题,将有限元计算与多种群遗传算法(MPGA)相结合,建立一种基于MPGA的复杂应力状态边坡稳定性分析通用模型,通过数值应力场求解安全系数,并为多种群遗传算法构建适应度函数;再利用多种群遗传算法为安全系数的计算提供滑移面。为了保证分析的高效、合理,根据滑移面发展趋势,动态产生初始滑移面,并增加一个滑移面约束条件。最后,通过均质边坡和软弱夹层边坡两个典型算例分析验证了该方法的合理性;通过分析土钉加固的软弱夹层边坡,证明了该方法可用于加固等复杂应力状态边坡的稳定性分析。

圆柱齿轮的齿根应力及其影响因素分析

利用二维有限元分析方法，考虑齿轮变位及刀具圆角等因素，建立了参数化轮齿通用二维有限元分析模型及其前后处理程序。对圆柱齿轮的齿根应力进行了大量的计算和详细的分析，并且与按国标渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法（ＧＢ３４８０－８３）计算的结果进行了对比。分析了外载荷作用点的变化及刀具圆角的变化对轮齿齿根应力的影响。

基于弹簧理论的螺旋弯曲管柱强度分析

为了了解螺旋弯曲状态下管柱的应力分布规律,根据管柱螺旋弯曲的特点,利用弹簧理论,结合螺旋弯曲管柱力学分析成果,导出了螺旋弯曲状态下管柱内、外侧的第四相当应力计算公式,弥补了传统管柱力学分析的不足,提高了受压弯曲管柱强度校核的针对性与准确性。分析结果表明,在轴向压力作用下,弯曲管柱内侧的最大相当应力恒大于外侧,并且随着轴向压力的增大,管柱内侧最大相当应力线性增大。因此,对于受压弯曲管柱,应以管柱内壁为应力危险点校核其强度。

局部加热法影响转轮焊接残余应力的试验分析

针对焊缝成形的特点,提出了改善叶片焊接残余应力分布状态的局部加热法,并在利用平板试验得到局部加热合理位置的基础上,利用局部加热法对某水电站转轮的焊接残余应力场进行了调控。结果表明,对于500 mm×500 mm×16 mm的平板,局部加热法降低残余应力效果最好的位置是在距加热区域边缘约60 mm处;局部加热法可以使叶片的危险区域产生残余压应力;从降低叶片出水边附近焊接残余应力的效果来看,热处理后进行局部加热的效果要优于热处理前进行的局部加热。

奶牛热应激的发生、危害及防治

本文就奶牛热应激发生的原因,危害及防治方法做了详细论述。

利用有限元进行BHA瞬态动力学失效分析

钻柱由于轴向力的作用,在一定条件下发生屈曲,诱发横向振动,使钻柱的一些部位与井壁碰撞,加剧套管磨损。根据钻柱的实际工作情况,建立钻柱的动力学模型;通过ANSYS软件,用Newmark方法进行分析,提取钻柱上的危险点。结果表明,钻柱的实际断点一般都接近危险点,且断点处交变应力的变化幅度比较大,说明分析方法是有效的,同时,也为钻柱的失效提供了理论依据。