基于上限法的闭式冷正挤压棒料脱膜状态分析

考虑一种非磷系润滑膜的脱膜长度,通过上限法分析模型对棒料的闭式冷正挤压工艺进行了分析。通过实验获得了脱膜长度随锥模半角和断面收缩率的变化规律。实验结果表明,随断面收缩率的增长,脱膜长度快速增长。随着锥模半角的增长,脱膜长度也在增长,但是锥模半角增大到一定程度后,脱膜长度的增长幅度减小。求得总功率为最小时的最佳锥模半角,范围是15°~28°,最佳锥模半角随脱膜长度的增加而增加。在成形载荷方面,与DEFORM商用有限元分析软件的仿真结果进行了比较,上限法算得的成形载荷略大于有限元仿真结果,而且两者的载荷曲线较为相近,证明了该上限法分析模型的合理性,也表明上限法更有利于成形设备的选型。

基于上限法的深部大断面回采巷道顶板锚索设计方法研究

针对目前深部大断面回采巷道控制难题和相应的高强锚索控制技术,考虑顶板围岩应力与支护荷载影响,利用Hoek-Brown强度准则及塑性力学中的极限分析上限法,得到了大断面巷道顶板的冒落破坏机制,提出了顶板锚索长度及匹配预紧力的设计方法。基于建立的锚索设计参数影响因素敏感性指标对巷道宽度、岩体重度、围岩应力、岩体抗压强度、抗拉强度、锚索布设间距、顶角锚索布设倾角等因素的影响进行了分析。结合现场实际情况,提出了深部大断面回采巷道围岩控制的工程建议。将此设计方法应用到千米深井赵楼煤矿1305孤岛工作面的运输顺槽顶板锚索参数确定中,有效地控制了围岩变形。研究表明:在高应力大断面回采巷道中,顶板锚索需锚固在稳定岩层中,并施加足够的预紧力,才可有效控制顶板围岩冒落或破坏;顶板锚索所需预紧力随岩体抗拉强度、抗压强度及岩体经验参数A的增大而减小,随巷道宽度、岩体重度、围岩应力、锚索布设间距、顶角锚索布设角度以及岩体经验参数B的增大而增大,其敏感性最高的影响因素为围岩应力。因此,在深部高地应力巷道设计中,需特别重视地应力的影响,采用高强、高延伸率锚索,增设锚索定量让压装置,高阻让压有效释放围岩应力,并通过施加高预紧力或注浆加固等方式来提高围岩完整性,获得较好的围岩控制效果。

非均质边坡稳定性极限分析上限法

引入变异因子,推导土体黏聚力沿深度线性变化时的边坡极限分析上限法相关公式,研究成层土不同分布情况下的稳定性,并对极限分析法与极限平衡法中的评价指标进行对比。结果表明:对于刚体转动破坏,当坡脚土层黏聚力不变时,随着变异因子的增大,滑面对应的张角增大,但滑面位置变动微小,稳定系数近似线性增加。稳定系数和安全系数随变异因子的改变呈现相同的变化规律,但安全系数的大小与边坡坡高、土体重度和黏聚力有直接关系;考虑土体变形时,变形区内由黏聚力变化引起的损耗率是对数旋转面上的一半;坡脚土层黏聚力保持不变时,极限承载力随着变异因子的增加近似线性增加;当坡脚土层黏聚力大于坡肩时,边坡的稳定系数、安全系数和极限承载力均比土层相反分布时的要大。表明边坡坡脚土层黏聚力过小更容易造成失稳,建议采取"固脚强腰"的防护措施以确保边坡稳定。

软黏土中桶形基础的上限法极限分析模型及其计算

桶形基础作为近海工程一种新型结构形式,其结构与地基土体间复杂的相互作用使得此类结构的承载机理与破坏形态一直未有明确的界定,根据饱和软黏土中桶形基础的工作特点确立了其在侧向荷载作用下的一种新的三维组合破坏模式,基于塑性极限分析理论的上限法建立了受侧向荷载作用的、饱和软黏土中桶形基础的极限分析模型,运用非线性数学规划的Nelder-Mead改进单纯形法,并结合遗传算法对相关参数进行寻优,求得上述破坏机制的最危险模式及侧向荷载的最小上限解．根据桶形基础在不同插入深度时的承载机理及受力机制,将桶形基础结构划分为3种受力模式,即相对埋深小于0．52时的浅插式、相对埋深大于1．2时的深插式与介于两者之间的过渡模式,为结构整体稳定性分析计算提供了理论依据．此外,模型试验及工程实例的分析进一步证明了上述分析方法的可行性和有效性．

折线型滑面边坡强度参数反演的极限分析上限法

基于极限分析上限定理,考虑孔隙水压力的影响,提出折线型滑面边坡稳定分析计算模型。根据相关联流动法则和内外能耗守恒原理,结合强度折减技术,对折线型滑面边坡稳定性进行分析,得出折线型滑面边坡稳定性极限分析上限解。假定滑坡处于极限平衡状态,即安全系数Fs=1.0,求解不同断面一系列的c和φ组合,然后用图解法确定边坡滑面的抗剪强度参数,不同断面的c-φ曲线的交点即为抗剪强度参数的反演值。以湘西朱雀洞特大滑坡为工程实例进行抗剪强度参数反演分析,并与现场勘测的强度参数进行比较分析。研究结果表明:本文方法有效,反演结果可为相似工程的强度参数确定提供有益参考。

顺层岩质边坡稳定性极限分析上限法

基于极限分析上限法理论,运用体积力增量法,考虑单层滑动面极限分析模型的缺陷,建立考虑含结构面的多岩层错动的任意块体模型,利用岩块体在外荷载作用下达到极限破坏时,外荷载做的功与岩体消耗的功相等为基础建立等式方程,由此推导得到此类边坡稳定系数的计算公式。在分析典型边坡算例的基础上,对比离散元数值模拟结果,验证了该方法的可行性和适用性。对云南省普宣高速公路某顺层岩质边坡进行计算,其稳定系数接近离散元数值模拟结果,数值稍有偏大,边坡稳定。其研究结果为此类边坡稳定性评价提供了一种新的计算方法。

岩石边坡稳定的块体单元极限分析上限法

将块体单元法与极限分析上限法相结合,提出了岩石边坡稳定的块体单元极限分析上限法。借助于块体单元法离散计算区域,通过块体系统速度场在结构面上满足Mohr-Coulomb屈服条件、关联流动法则、速度边界条件以及块体系统虚功原理,构成求解边坡强度储备安全系数上限解的非线性规划模型,模型的求解采用复合形法。最后研究了一个岩质楔形体边坡算例和小湾水电站进水口边坡实例,通过将块体单元法上限分析计算结果与刚体极限平衡法相比较,验证了该方法的正确性。

平面滑动型岩质边坡稳定性极限分析上限法

在极限分析理论框架体系的基础上,提出了平面滑动型岩质边坡极限分析上限法。该方法按照外力所做的功率等于内力所消耗的功率,即滑体处于极限状态时两功率相等的条件——虚功率方程,综合考虑作用在岩质边坡上的后缘裂缝静水压力、沿滑面扬压力、重力、水平地震作用力、锚固力等外力,按照强度折减法,推导得出了岩质边坡稳定性评价的极限分析上限解。锦屏一级水电站右岸泄洪洞引渠内侧工程边坡属于典型的多级台阶状岩质高边坡,该边坡岩体结构为层状结构,变形破坏模式为平面滑动。对引渠内侧岩质边坡稳定性分析结果表明,极限分析上限法对平面滑动型岩质边坡有较好的适用性。

半挖半填工况加筋土挡墙失稳机制试验研究与上限法分析

设计并制作半挖半填工况的绿色加筋格宾模型挡墙,通过在挡墙顶部施加分级均布荷载,测试挡墙在各级荷载作用下的变形、土压力和筋材拉应变,并进行数值模拟,探讨挡墙承载力的发展规律和失稳模式;基于塑性极限分析的上限法,建立半挖半填工况加筋土挡墙的极限承载力,安全系数和极限高度的计算方法。研究表明:在墙顶分级均布荷载作用下,半挖半填工况加筋土挡墙承载力的发展过程可分为初始压密、正常发展、屈服和破坏失稳4个阶段;挡墙墙顶竖向沉降呈三角形分布,挡墙沿填挖交界面发生滑移失稳;挡墙面墙变形、土压力和筋材拉应变分布规律受挡墙的失稳模式影响;所推导的半挖半填工况加筋土挡墙稳定性分析方法考虑台阶面筋材的作用,具有较高的精度。

土坡稳定的有限元塑性极限分析上限法研究

系统地介绍了结构塑性极限分析的原理和方法。借助有限单元法和线性规划,运用塑性极限分析的上限法可求解土坡的极限承载力和安全系数,同时分析了该法的困难所在。以一经典土坡的稳定性作为算例,讨论了屈服条件近似对精度的影响和边坡土体容重对极限荷载的影响,论证了本方法的正确性。算例表明该方法具有较高的精度。

极限分析上限法在山区斜坡地基上高填方路堤极限承载力研究中的应用

结合山区高速公路建设的实践,采用大型室内模型试验．找出了荷载作用下斜坡地基上高填方路堤滑动破坏面出现的位置及形态,确定了其极限承载力的大小。研究了路堤边坡稳定性汁算的极限分析上限法,根据折线形滑动面形式建立了机动容许速度场,推导了计算斜坡地基上高填方路堤稳定性及极限承载力的计算公式。运用极限分析上限法对试验模型进行计算．并将计算结果与试验结果进行了对比分析,分析表明,利用极限分析上限法不仅简单可行,且具有较高的计算精度。

基于非关联流动法则的滑移线场及上限法研究

当前岩土材料的滑移线场理论及上限法中都广泛采用经典塑性理论中的关联流动法则,由此得出应力特征线与速度滑移线一致的结论。而试验得知,岩土材料并不服从关联流动法则,因而应力特征线与速度滑移线不可能重合。文章分析了基于关联流动法则的滑移线场及上限法中存在的问题,根据广义塑性理论推导了基于非关联流动法则的滑移线场及上限法,消除了现行滑移线场理论及上限法理论中的种种矛盾。

塑性极限分析上限法在边坡安全系数求解中的应用

基于塑性极限分析上限法在边坡中建立一个合理的速度场,取滑动面为对数螺旋曲面,分别求得边坡滑动体、外荷载所做外功率和滑动面上内能消散率的计算表达式。然后定义材料强度储备安全系数为边坡的稳定安全系数,即边坡中岩土体的c和φ按同一比例折减后边坡达到极限平衡状态,由此可求得边坡处于极限状态时的外功率与内能消散率。再结合虚功率方程得出边坡安全系数的表达式,进而求得其最小上限解,便能确定边坡最不利滑动面的位置以及其最小安全系数。最后,以一个边坡安全系数求解为算例,把本文的计算结果与多种传统方法的计算结果比较,证明本文所提出的方法合理可行。

基于上限法的铁芯体反挤压计算及分析

采用上限法,在分析金属流动的基础上,建立了挤压坯料各区域的动可容速度场,计算了零件的挤压上限功率及挤压各通道的高度,并通过实验进行了验证。

基于虚拟加载上限法和黏土小应变特性的桩基p-y曲线

国际主流规范API推荐p-y曲线分析海上风电钢管桩基础的水平非线性响应。该p-y曲线通过单参数刻画了土体应力应变的发展规律从而间接控制桩土非线性响应。但因过度简化,在长期使用中已暴露出低估桩侧承载力,且无法准确预测桩土初始刚度等问题。为此,首先定义了含土体小应变特性的应力应变曲线,再基于虚拟加载上限法获得考虑该土体应力应变关系的数值p-y骨干曲线。结合参数分析,拟合得到二维p-y骨干曲线表达式。进一步结合三维极限承载力系数、桩土初始刚度和剪应变系数,将p-y骨干曲线拟三维化,并分别与三维有限元和工程实例对比验证其合理性。与API规范相比,该p-y骨干曲线不但准确预测桩侧承载力,对变形控制极严的海上风电钢管桩基础而言,其更显著优点在于通过考虑土体小应变特性实现准确预测桩土初始刚度。

基于能量上限法的海底缓边坡滑坡机理分析

海床中的天然气水合物分解后由固体变为气体,将直接提高孔隙水压力,减小边坡内有效应力,导致边坡稳定性下降。本文以能量上限定理为理论基础,采用二维极限分析方法分析海底缓倾角边坡的滑坡机理,研究由于水合物分解形成的软弱夹层对边坡稳定性的影响。分析表明,软弱夹层的埋深和海床土体内摩擦角会对边坡的稳定性产生直接影响。由于水合物分解而产生的膨胀压力也会降低海底缓倾角边坡的稳定性。

开式冷挤压工艺参数的上限法分析与实验研究

采用球形速度场建立实心棒开式冷挤压的数学模型,应用上限法推算出极限允许变形程度与可行入模角2个基本工艺参数,设计了工艺方案及模具。采用磷皂化与涂敷水剂石墨2种工艺润滑方式,对理论推算结果进行了实验验证与修正,最后给出了保证工艺稳定、可靠定量数据。

边坡稳定极限分析斜条分上限法的全局优化方法

边坡稳定极限分析斜条分上限法需要寻求最小安全系数对应的临界滑动模式。由于待优化变量中包含了滑裂面位置与条块界面倾角,问题的自由度与非线性程度明显增加,寻找安全系数的整体极值变得十分困难。本文建立了任意形状滑裂面通过与不通过软弱夹层两种情况下斜条分上限法滑动模式优化的数学模型。为保证在随机搜索过程中生成合理的滑动模式,引入一系列约束条件,将临界滑动模式的搜索问题转化为一个有界约束的数学极小值问题,并结合遗传算法和粒子群算法两种全局优化方法,对多个典型算例进行对比分析。研究表明,提出的模型可以解决优化过程中生成不合理滑动模式的问题,不仅极大地提高了优化效率,而且可以避免数值计算不收敛的麻烦;将模型与全局优化算法相结合,在大多数情况下能够得到一个合理的、与极限平衡解十分接近的上限解,具有较好的全局收敛性。

粉末冶金材料塑性平面应变广义上限法

粉末冶金材料是塑性可压缩材料 ,其塑性理论方法有待于深入研究。基于粉末冶金材料的屈服条件和塑性势理论 ,导出了该类材料的塑性本构关系、平面应变屈服条件和屈服轨迹方程 ,揭示了其平面塑性变形的屈服面、滑移和速度间断等基本规律。基于此建立了粉末冶金材料平面应变广义上限法 ,并以平面应变挤压为例说明了该方法的应用。

复合带材冷轧变形行为的上限法分析

应用上限法对双金属复合带材冷轧时厚度、速度变化与轧制力、能量间的关系进行了分析讨论,建立了复合带材冷轧塑性变形行为的数学模型,在此基础上给出了复合带材的强度计算公式。应用这些公式对铝-钢复合带材的强度进行了计算,计算结果与试验结果吻合较好。