超声波振动镗削“刚度化”的研究

对超声波振动切削镗刀杆的“刚度化”效果进行了较为详细的理论分析及试验研究，揭示了超声波振动切削“刚度化”效果的实质，指出了影响“刚度化”效果的主要参数是速度系数Ｋ＿（ｖｏ）Ｋ＿ｖ越小，“刚度化”效果越显著。

含水率对红层泥岩填料刚度劣化特性及微观结构影响研究

为研究含水率对红层泥岩填料刚度劣化规律和微观结构的影响,开展了不同含水率下三轴不排水剪切试验、压汞试验和扫描电镜试验,基于能量守恒定律推导了填料刚度劣化与弹塑性应变能增量间的关系。结果表明:填料黏聚力随含水率增加而降低,内摩擦角则随含水率增加先增加后降低。填料结构损伤由应变能转化引起,从宏观上表现为刚度劣化。归一化刚度比值随塑性应变能增量占比增加而线性降低,随应力发展呈非线性衰减。以最优含水率为界,当试样在干侧时,填料有较好的荷载抵抗能力;湿侧填料荷载抵抗能力远低于干侧。损伤应力等值线与等含水率线构成上下界为对数曲线的状态面。填料孔隙分布在干侧为单峰形态,粒间接触较为紧密,结构稳定性好。在湿侧呈双峰结构,团聚体排列定向性程度较低。填料应在干侧压实填筑,推荐采用5%~7%作为填筑目标含水率。

考虑刚度与强度劣化的洞室围岩弹塑性分析

地下洞室锚固围岩进入塑性状态后其刚度与强度均会产生一定程度的劣化。将锚固围岩视为复合岩体并借助参数等效原则求出其刚度与强度参数后,基于D-P屈服准则得到了考虑劣化效应的深埋圆形洞室锚固围岩弹塑性解,借助FLAC-3D有限差分软件验证了该方法的可靠性后对相关影响因素进行了具体分析。研究结果表明:①考虑锚固围岩的刚度与强度同时劣化后得到的围岩变形量更符合实际;②残余黏聚力c"、残余内摩擦角φ"、残余弹性模量E"的大小对锚固塑性残余区半径Rb、洞壁位移u具有控制性作用,当c",φ",E"取值越大时,Rb,u便会越小,反之Rp、Rb、u便会越大;③软化模量Mc、Mφ对塑性残余区半径Rb、洞壁位移u的影响较大,对塑性软化区半径Rp的影响可以忽略;④系统锚杆与支护阻力pi协调作用下可以有效控制塑性残余区范围及围岩变形。

基于杆件构形刚度参数均匀化的单层网壳稳定性能优化

为实现网壳各节点抵抗荷载能力的均匀分布,提升结构稳定承载力,基于网壳结构受力特点,引入了单层网壳结构的杆件构形刚度参数。以结构杆件构形刚度均匀化为目标,将网壳杆件截面尺寸作为优化变量,采用惯性权重改进后的粒子群算法对网壳的杆件截面进行优化配置。优化结果表明,构形刚度方差能较为准确地反映结构的杆件构形刚度均匀程度。通过粒子群算法优化后求得的杆件配置可以使网壳结构接近于等稳定性,最大程度地提升结构的稳定极限承载力。

考虑刚度劣化的剪切带-围岩系统稳定性分析

峰后的刚度劣化现象(渐进损伤)在多种煤、岩石、混凝土、土和砂子的循环加载实验中已被观察到。本文考虑了剪切带及带外弹性体的不同的刚度劣化现象,推导了剪切带(断层)-弹性围岩系统在直剪条件下的应力—变形曲线。剪切带的刚度劣化不改变剪切带的总变形,但使剪切带的弹性变形增加、塑性变形降低。考虑弹性体的刚度劣化现象之后,系统的峰后应力—变形曲线呈现非线性特征,这不同于过去忽略刚度劣化现象的结果。在应变软化过程中,剪切带之外弹性体的刚度劣化,使系统的峰后响应由负斜率(Ⅰ类行为)变为正斜率(Ⅱ类变形行为)。较高的弹性体尺寸、较高的脆性、较小的内部长度、较低的围岩初始弹性模量、较高的抗剪强度、较低的残余剪切应力及较高的残余剪切弹性模量,使系统的峰后响应变得陡峭,甚至发生Ⅱ类行为,使系统的失稳(岩爆、冲击地压、采矿诱发地震或矿震)易于发生。

道岔区刚度均匀化方法的研究

研究目的:通过对道岔刚度均匀化设置意义及国外国内高速道岔刚度均匀化设置方法的研究,旨在对比各国刚度均匀化的方法和效果,以便评价我国刚度均匀化的效果;研究结论:(1)道岔区刚度均匀化对高速铁路道岔的平顺性、安全性、舒适性及使用寿命尤为重要;(2)法国道岔刚度均匀化通过橡胶垫板刚度实现,方法最简单,无需设置过渡段;(3)德国通过硫化措施严格控制垫板的弹性,无论设计还是制造均复杂;(4)我国客专道岔根据结构的不同,对道岔划分了不同区域,并通过硫化实现刚度均匀化;(5)虽然各国采取的具体方法各不相同,但是均实现道岔区刚度均匀化;(6)我国高速道岔刚度均匀化的方法和措施,通过高速道岔上道动态检测和运营实践表明是合理的、可行的、可以生产实现的。

考虑应变梯度及刚度劣化的剪切带局部变形分析

基于梯度塑性理论,研究了应变软化阶段的刚度劣化对剪切带内部的局部应变及相对剪切位移的影响。剪切带被看作一维剪切问题,本构关系为线弹性及线性应变软化。考虑刚度劣化后,剪切带的弹性应变由弹性剪切模量、损伤变量及残余剪切模量确定。剪切带的非局部总应变由双线性的本构关系确定。将非局部总应变减去弹性应变,可得剪切带的非局部塑性应变。剪切带非局部塑性应变与流动应力及损伤变量等参数有关,此关系即为在经典弹塑性理论框架之内的考虑刚度劣化的屈服函数。将二阶应变梯度项引入该函数,可得剪切带内部的局部塑性剪切应变及局部总剪切应变的分布规律。对局部塑性剪切应变积分,得到了局部塑性剪切位移。结果表明:考虑了刚度劣化后,剪切带内部的弹性剪切应变及位移增加,而局部塑性剪切应变及位移降低。若不考虑刚度劣化,理论结果可蜕化为以前的结果。理论结果与岩石局部变形的观测结果在定性是一致的。

精化直接刚度法的不协调位移模式与收敛性分析

基于精化直接刚度法的不协调位移模式及有限元收敛理论中的ＩＰＴ条件，建立了Ｃ￣０类可分离位移型精化元的收敛性充分条件——强ＩＰＴ条件。进一步推出一族平面及空间Ｃ￣０类精化元并验证了其收敛性。

精化直接刚度法及九参数三角形薄板单元

提出一种可直接用于精化不协调元的精化直接刚度法．其列式与直接刚度法类同，单元间的协调条件平均满足；既能保证收敛又能提高精度．精化直接刚度法的变分根据是广义变分原理．用精化直接刚度法对著名的九参数三角形Ｚｉｅｎｋｉｅｗｉｃｚ薄板单元进行了精化，建立了新的九参数三角形板元ＲＴ9和ＲＴ１０．数值结果表明本文建立的单元收敛且精度高．

不同横向刚度劣化类型下的拼宽桥受力影响

为研究旧桥和新建梁片因性能劣化引起的横向刚度变化对拼宽桥新旧梁结构受力的影响,采用MIDAS/Civil软件建立3跨的拼宽T梁桥有限元模型.计算分析了旧桥和新建梁片在刚接和铰接5种横向刚度组合下,在边跨跨中、中跨跨中处承受的最大正弯矩和中支点处的最大负弯矩变化情况.结果表明,在旧桥横向刚度劣化的情况下,拼接处附近的旧桥中梁及右边梁结构受力最为明显,后期需着重对该部分梁片进行加固处理;新梁除中支点外,应在设计阶段就加强其横向刚度,避免长期运营后劣化作用对结构的受力的不利影响;针对拼宽桥的模型建立,旧桥梁片的横向刚度应保守地偏向铰接处理.

精化直接刚度法与不协调模式

基于不协调元的收敛条件，建立了精化直接刚度法（ＲＤＳＭ）所对应的不协调位移模式，从而使ＲＤＳＭ成为建立单变量不协调元的有实用性的一般方法。

有轨电车6号单开道岔刚度均匀化研究

应用有限元软件建立有轨电车6号单开道岔轨道刚度仿真模型,研究岔区刚度分布规律及其均匀化措施。研究结果表明,列车直向、侧向过岔时,在轨道的横向和纵向均存在较大的刚度不平顺。其中以辙岔区段不平顺幅度最大,转辙器部分次之,连接部分最小。根据所得规律提出有轨电车6号道岔刚度均匀化具体措施,与刚度均匀化之前对比发现,刚度均匀化之后列车直向和侧向过岔的最大里轨与基本轨刚度比均有所下降,直基本轨、直向里轨、曲基本轨、侧向里轨的刚度最大纵向变化率降低,轨道整体刚度不平顺有明显改善,可以满足有轨电车在站线或折返线的运输组织要求。

考虑刚度劣化影响的岩石峰后应变软化模型

为反映刚度劣化对峰后力学行为的影响,提出描述刚度劣化程度的新参数,即刚度劣化指数.将峰后黏聚力和峰后内摩擦角假设成塑性剪切应变的函数,基于广义莫尔库仑准则,建立岩石峰后应变软化模型.利用北山花岗岩试验数据对模型进行验证.结果表明:模拟结果与试验数据规律吻合度较高,建立的峰后应变软化模型较为合理,为岩石峰后软化过程的模拟提供新的方法.

风电行星斜齿轮齿根裂纹对其时变啮合刚度的影响

以风电增速斜齿轮行星轮系为研究对象,运用非线性动力学理论和数值分析法计算齿根裂纹故障时斜齿轮副的时变啮合刚度。建立不同程度的齿根裂纹并分析其对斜齿轮时变啮合刚度的影响。经研究斜齿轮齿根裂纹分为贯穿性与非贯穿型,贯穿型裂纹在深度方向上用抛物线形式进行啮合,贯穿整个齿宽;非贯穿型裂纹在深度和齿宽方向上分别用抛物线拟合。共建立二十种不同形状的斜齿轮齿根裂纹。用刚度劣化率定量分析不同程度齿根裂纹对斜齿轮副啮合刚度的影响。分析表明:无裂纹斜齿轮副啮合时,时变啮合刚度是高低循环变化的,在高低变化之间刚度是线性递变。贯穿型裂纹比非贯穿型裂纹啮合刚度劣化更明显,单齿啮合时刚度劣化更为明显。裂纹在深度方向与宽度方向上延长相同百分比时,宽度方向上刚度劣化更明显。

考虑材料劣化的山岭公路隧道长期服役性能评价

长期运营隧道性能退化、结构病害等问题对隧道安全运营产生威胁。基于长期运营状态下隧道服役性能的研究现状,依托宁芜高速黄梅山隧道拆除工程得到的病害检测及样本测试结果,建立了考虑时变效应的山岭公路隧道长期服役性能评价方法。首先,考虑山岭公路隧道的时变效应,将钢筋锈蚀和混凝土劣化因素的衬砌抗弯刚度劣化模型纳入评价对象当中,创建的长期服役性能评价体系指标集包括渗漏水面积、二衬厚度不足、裂缝长度、二衬变形、二衬受力水平和劣化指标水平。其次,确定了指标数据无量纲标准化的方法,使用了3标度AHP方法结合变权重函数进行指标权重的计算,并选用了正态型隶属度函数对指标隶属度向量进行计算,最后采用两级模糊综合评价方法对指标隶属度进行合成。其中,在常权重的基础上引入变权综合法,用于处理服役性能评价过程中可能出现的非线性化和动态性等缺陷问题。最后,对黄梅山隧道7个典型断面进行了结构服役性能评价,将常权重方法和变权重方法得到的结果与现场拆除的专家打分的结果进行对比,从差异值OR的计算结果表明所有断面OR值均小于1,说明变权重的方法相较于常权重方法更接近专家判断,进一步验证了文中所提出的评价方法在此工程中应用的准确性与适用性。

带旋转自由度的精化非协调平面四边形等参元

对于C^1类不协调元文[1]提出了一种精比直接刚度法。本文进一步将其应用到C^0类问题,建立一种带旋转自由度的不协调平面四边形单元,其协调部分是用人Allman插值法建立的单元函数,不协调部分用了四个内部自由度。该单元能保证通过分片试验,保持了单变量有限元列式简单、性能可靠(无多余零能模式及坐标不变性)等长处,同时,还具备多变量有限元(杂交/拟协调元)高精度的优点。算例表明,本文提出的单元收敛、可靠、高精度且高效率。

圆钢管-横向板相贯连接节点轴向刚度研究

为了研究圆钢管-横向板相贯节点的轴向初始刚度,在分析传力方式和局部变形特点的基础上,建立了用于T形节点、十字形节点刚度计算的半圆拱模型、圆环模型,推导了节点刚度理论式.运用麦克劳林级数将理论式中的复杂函数简化为指数函数与幂函数的乘积,再考虑到板管厚度比的影响,利用多元回归分析技术,获得T、十字形节点的轴向初始刚度参数化计算式.研究结果表明:节点轴向初始刚度与弹性模量和主管直径成正比,与板管厚度比呈对数函数关系,与主管径厚比、宽径比(板宽与管直径比)呈相互影响的幂函数、指数函数关系;弯矩和剪力并不影响弹性受力状态下的节点轴向初始刚度,计算式所得初始刚度值与有限元结果的相对误差小于10%.

矩形钢管偏心相贯节点的平面外抗弯刚度

为了获得十字形矩形钢管偏心相贯节点的平面外抗弯刚度,本文采用理论模型结合数值分析的方法,基于塑性铰线模型和节点变形特征,建立了用于节点抗弯刚度计算的三梁系模型,结合参数分析和回归分析,获得节点刚度参数化计算式。结果表明:节点刚度与主管壁厚三次方成正比、与支管宽度与主管高度之比呈线性关系、与支主管高度比近似指数函数关系,计算式所得节点抗弯刚度值与有限元结果的差异大部分小于10%。

十字形圆钢管-横向板相贯节点的抗弯刚度

分析了十字形圆钢管-横向板相贯节点在板弯矩作用下的传力方式和局部变形特点,在此基础上结合有限元单参数分析,并利用多元回归分析技术,获得了节点抗弯刚度的实用参数化计算式。研究结果表明:板宽度与主管直径之比(板宽比)、主管径厚比对节点刚度的影响很大,板管厚度比对节点刚度的影响小,可以忽略;节点抗弯刚度与弹性模量和主管直径的三次方成正比,与板宽比、主管径厚比分别近似呈指数函数、幂函数关系;参数化计算式所得的节点刚度值与有限元结果的相对误差基本上小于10%。

8-21节点块体精化不协调元

本文基于文［２］提出的精化直接刚度法的变分原理，构造了８－２１节点元的精化不协调位移模式，并装入ＳＡＰ５程序中，该单元能通过分片试验。数据结果表明：采用精化直接刚度法，可以有效地改变单元特性，使新单元在具备原单元的简单、高效、可靠性好的同时，在精度。