基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法

连续碳纤维复合材料3D打印成型零件的力学性能对纤维的铺设方向有需求,传统的路径规划方法基于零件的形状轮廓进行填充,不能满足零件的实际使用性能。针对这一问题,提出基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法。基于连续碳纤维复合材料三维模型的有限元分析数据,通过材料力学计算得到相应的主应力轨迹线;通过连续碳纤维复合材料3D打印的打印参数对得到的主应力轨迹线进行调控,保证每一条轨迹线之间的间距契合3D打印要求;通过坐标变换调整有限元分析坐标系以及打印机坐标系;通过以上调控生成用于连续碳纤维复合材料3D打印的G code规划文件。通过路径规划仿真对比和打印拉伸实验,基于主应力轨迹线生成的连续碳纤维复合材料3D打印路径比传统直线碳纤维复合材料3D打印路径性能提高了4.5%,验证了基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法的有效性。

基于小主应力轨迹的上埋式涵管竖向土压力非线性描述

针对上埋式涵管竖向土压力的非线性描述,考虑土拱效应和管土相对刚度的影响,建立了圆弧、抛物线和偏转角线性变化3种小主应力轨迹下上埋式涵管竖向土压力的非线性解答,继而结合等沉面高度确定给出应用步骤,并对比文献模型试验、现场实测和数值模拟验证了正确性和适用性,最后进行工程选用探讨。研究结果表明:所得解答合理呈现了上埋式涵管竖向土压力沿水平方向的非线性变化,具有广泛的理论意义和工程应用价值;3种小主应力轨迹解答的适用范围不尽相同,圆弧小主应力轨迹解答对低填方的刚性涵管和柔性涵管均有很好的适用性,偏转角线性变化小主应力轨迹解答常提供稍偏保守的土压力载荷,抛物线小主应力轨迹解答可应用于高填方柔性涵管但易出现明显的高估。

基于主应力轨迹线的熔融沉积成型填充路径优化

以熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM)为代表的增材制造层间与层内的各向异性严重影响零件机械性能。提出一种基于主应力轨迹线(principal stress lines,PSL)引导,通过设计FDM层内填充路径使其与载荷路径相协调以提高零件机械性能的方法。给出了基于有限元分析的主应力轨迹线生成方法和基于Grasshopper的主应力轨迹线可视化方法;提出了基于主应力轨迹线种子线的区域路径生成算法,并开发了自定义路径转换G代码的工艺平台;进行了拉伸和三点弯曲力学试验。结果表明基于主应力轨迹线的填充路径相比传统的0°方向和90°方向的填充路径,拉伸试样的抗拉强度分别提升了8.33%和19.74%,弯曲试样的抗弯强度分别提升了11.46%和20.47%。

基于应力场拓扑结构表征巷道围岩稳定性的研究

巷道围岩稳定性分析是围岩控制理论的重要内容,基于应力场拓扑结构的定义,提出了用主应力场轨迹线分析围岩稳定性的方法,得出基于应力场中的主应力轨迹线和退化点的形态变化可以反映应力场的变化规律。通过理论分析、数值模拟以及实际工程相结合的方式,分析了支护前后巷道主应力轨迹线的不同,并用应力场拓扑结构表征了巷道围岩的稳定性,为分析巷道围岩提供了理论指导。

挡土墙后土体拱效应分析

考虑墙土摩擦角对挡土墙后土体滑裂面倾角的影响,对小主应力拱形状进行了理论分析.根据土拱形状计算平均竖直应力,由此得到了对应不同内摩擦角和墙土摩擦角的侧土压力系数,将其用于水平微分单元法求解挡土墙主动土压力,得到了挡土墙主动土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,并与库仑土压力理论和模型试验数据进行了比较分析.结果表明,挡土墙主动土压力强度为非线性分布,与模型试验结果基本吻合;土压力合力与库仑土压力合力相等.

平行竖墙间的土拱效应与侧土压力计算

本文对墙土摩擦部分发挥时平行竖墙间小主应力进行理论分析,得出土拱形状的理论表达式,并证明其为悬链线。随后比较了悬链线拱和简化的圆弧形拱的形状、墙间竖向应力分布和侧土压力系数的差别,推导了考虑土拱效应的平行墙间侧土压力计算公式。最后通过算例分析了土拱效应对土压力计算结果的影响。研究表明,不考虑土拱效应的常规方法计算的土压力偏不安全,采用悬链线拱和圆弧形拱得到的土压力分布差别很小,在实际工程中,建议可采用相对简单的圆孤形拱。

挡土墙土压力研究的错误倾向

针对目前挡土墙土压力研究的错误舆论倾向和学术影响普遍问题,以澄清挡土墙土场中土拱及土拱效应基本力学概念为切入点,剖析沿主应力轨迹线建立的侧土压力系数随墙壁摩擦角的变化规律与经典库仑土压力系数规律悖逆,指出两者的差异越大水平土压力分布曲线影响越大,这种差异的存在正是主应力土拱计算法自认为的土拱效应,也正是其最大的谬误所在。根据微分层平衡条件导出的水平土压力分布计算公式数学原理,揭示了只要采用此方法又得出土压力为曲线分布的任何理论,必然是悖逆经典土压力理论且存在前后土压力系数自相矛盾的谬论。

基于土拱效应的筒仓土压力研究

对筒仓小主应力拱形状进行了理论分析,发现墙土摩擦角部分发挥时的小主应力拱形状较充分发挥时平缓。根据土拱形状的理论分析计算平均竖向应力,由此得到了对应不同内摩擦角和墙土摩擦角的侧土压力系数,以及筒仓侧土压力的理论公式。

3D打印复合材料开孔板力学性能影响规律

为了改善3D打印技术制备的连续碳纤维增强复合材料样件的拉伸力学性能,研究了不同填充路径对复合材料开孔板拉伸性能的影响。采用主应力轨迹路径的规划方法制备了主应力轨迹路径填充开孔板测试样件,并将其与栅格路径填充开孔板和机械加工开孔板进行了拉伸性能对比。结果表明:主应力轨迹路径填充开孔板与机械加工开孔板相比,拉伸强度高9.73%,弹性模量高25.58%;主应力轨迹路径填充开孔板在断裂前圆孔周围的应变分布更均匀,应变更小。