柔性均布压力加载装置在模型试验中的应用研究

将研制的新型柔性均布压力加载装置与传统的刚性加载装置分别应用到大型地质力学模型试验中,利用应力不均匀系数对其加载效果进行了量化对比分析。试验结果表明,随着加载压力值与距模型表面距离的增加,不均匀系数减小,压力分布趋于均匀;在模型试验中采用柔性均布压力加载装置,与刚性加载方式相比,其更有利于加载压力在模型体中均匀扩散,产生均匀的应力场,在该试验条件下采用此装置,模型内距模型表面300 mm处应力场已基本达到均匀的状态,模型初始应力施加完后,其仅为0.086,而采用刚性加载方式时其对应的则高达0.283;该装置在距模型表面较近时或加载压力较小时亦能产生较好的均布压力加载效果,如加载压力为0.28 MPa时距模型表面150 mm处仅为0.174,具有减小边界效应影响范围、提高低应力水平下的模型试验精度的作用。

无限均布压力作用下弹性地基的应力和位移

通过两个典型的半无限体实例,对水平表面作用无限均布压力下弹性地基的应力和位移解答进行研究,结果表明:对边界条件不明确的无限边界仅采用解答的必要非充分条件——平衡条件来等效处理,其应力解答不是唯一的,因为此时该边值问题不是一个适定的数学问题.对弹性地基梁板中的半无限大地基、底部完全位移约束的有限深地基和底部光滑刚性支承的有限深地基在水平表面作用无限均布压力时的应力和位移分量进行了比较,认为底部完全位移约束的有限深地基模型较其他两种地基模型更合理.

扁球壳在均布压力与均匀温度场联合作用下的屈曲

根据扁壳几何非线性理论,推导了均布压力与均匀温度场联合作用下的扁球壳的位移型几何非线性控制方程.考虑夹紧边界条件,采用打靶法得到了扁球壳轴对称弯曲与屈曲的数值结果.讨论了壳体几何参数对平衡路径、临界荷载的影响.给出了壳体临界几何参数.当几何参数大于临界几何参数时,上、下临界荷载都随几何参数增加而增加.给定几何参数时,考察了不同均匀温度场对壳体上、下临界荷载、临界几何参数以及平衡构型的影响.均匀升温会使上临界荷载显著增加,会使下临界荷载略有减小.均匀变温会使临界几何参数改变.

减振器节流阀片区段均布压力下应力解析算法及其应用

农用车辆驾驶室减振器节流阀片应力特性分析及相关问题研究普遍依赖于有限元法,尚缺少有效的解析算法,给工程应用带来诸多不便。针对该问题,该研究建立驾驶室减振器节流阀片区段受压力学模型,推导基于阀片应力影响系数的周向、径向及复合应力解析表达式,进而提出一种简洁实用的减振器节流阀片区段均布压力作用下应力特性解析算法,该算法确切计及了区段压力、阀片片数、各片厚度、阀口半径、上垫片半径及下垫片半径等参数。实例计算分析和有限元仿真对比结果显示在减振器工作压力下,各片阀片不同半径位置处周向应力、径向应力及复合应力解析值与仿真值的相对偏差均在1.5%以内,表明了所提算法的正确性和可靠性。在此基础上,建立了基于该解析算法的驾驶室减振器叠加节流阀片应力快速校核方法、节流阀片厚度拆分设计方法及优化设计准则,并进行实例设计和减振器台架试验,结果显示所设计减振器与原减振器阻尼力最大相对偏差仅为4.6%,且100.0万次以上仍可正常工作。该算法避免了有限元法的诸多局限,可有效应用于揭示减振器叠加节流阀片结构参数与应力内在物理联系、结构参数对应力影响规律,为相关工程技术人员提供了更为实用、便捷的有效工具。

非均布压力下的减振器节流阀片应力解析计算

根据减振器节流阀片力学模型,利用边界条件和变形连续性条件,给出了阀片在线性非均布压力作用下的变形曲面微分方程的通解.利用叠加原理,建立了减振器节流阀片在非均布压力下的变形解析计算式.根据阀片变形、内力和应力之间的关系,创建了在非均布压力下节流阀片径向、周向和复合应力解析计算式.通过实例,对节流阀片在不同非均布压力作用下的应力进行了解析计算,并利用ANSYS有限元软件进行数值仿真验证,解析计算结果与数值仿真结果吻合,相对偏差仅为1.41%.结果表明,所建立减振器节流阀片在非均布压力下的应力解析计算方法是正确可靠的,对减振器节流阀片设计和强度分析具有重要的应用价值.

模型试验柔性均布压力加载系统研制及其应用

地质力学模型试验均布压力精确加载是保证试验精度的前提。为此研制了一种新型柔性均布压力加载系统,该系统主要包括液压自动控制系统和柔性均布压力加载装置。液压自动控制系统操作方便,可实现计算机自动控制12路压力精确伺服加、卸载和长期稳压。柔性均布压力加载装置由液压油缸、球铰、刚性推力器和柔性传力橡胶垫块等组成,采用数值方法确定柔性橡胶的厚度为50 mm。该系统应用到表面不平的模型加载中并与刚性加载进行了对比。试验结果表明,柔性均布压力加载系统相对于刚性加载效果显著,模型内应力场均匀程度取决于橡胶传力垫块的邵氏硬度、加载应力大小和距表面深度。邵氏硬度小的橡胶柔性加载模型内应力场更均匀;且模型应力场随加载应力增大趋于均匀。模型内应力场距加载表面越远越均匀,柔性加载使距加载表面130 mm以下应力场基本保持均匀状态。试验表明,柔性均布压力加载系统有利于提高模型试验加载精度,具有广泛的应用前景。

基于MATLAB的圆环承受均布压力分析

圆环承受均布压力是工程实际中的常见情况,利用MATLAB提供的偏微分方程工具箱,可快速获得其径向应力rσ、环向应力σθ和应力分布图。分别讨论了圆环承受内压、外径趋于无限大、承受外压和处于刚性外边界中4种情况,结果表明该方法操作简单、误差小,与弹性力学解析解吻合得很好。因此为科研和工程人员分析其它复杂的力学模型提供了参考。

径向变厚度圆板在均布压力作用下的屈曲

本文了变厚度圆板的屈曲。用Ｂｅｓｓｅｌ函数理论导出了等厚度圆板单元和环板单元传递矩阵的正确公式，再应用传递矩阵原理建立了整体变厚度圆板屈曲计算的特征方程。该法具有计算简单，节约内存的优点。

旋转圆盘受均布压力作用时的 Whittaker 函数渐近解

本文对中心带轴匀速旋转圆盘在均布压力作用下的受力及变形问题进行了摄动分析,得到了受载条件为时,圆盘应力及形变的渐近解。其形变渐近解为Whittaker函数形式。比较表明,渐近解与Chebyshev数值解有较好的一致性。

均布压力下夹芯复合材料帽型加筋板相似分析

针对夹芯复合材料帽型加筋板结构的相似试验模型的设计问题,运用畸变相似理论,进行均布压力下夹芯复合材料帽型加筋板结构相似准则验证研究,以典型帽型加筋夹芯复合材料结构为例,利用提出的相似准则制定多种不同的模型缩比方案,有限元验证结果表明缩比模型与原型具有较高的相似度,为均布压力载荷下夹芯复合材料帽型加筋板结构强度试验考核方法中的相似试验模型设计问题奠定了理论基础。

旋转圆筒受均布压力的应力解分析

基于回转体轴对称问题的三维弹性力学应力分析理论,利用通解与特解叠加原理,结合圆筒模型的边界条件,推导了筒壁受内外均布压力作用下匀转速圆筒三维模型的空间三维应力解析式,与其平面二维应力分量具有一定的一致性,并推导了二者存在的误差。结果表明,在材料一定时,应力分量的最大误差随着角速度的增加而呈平方增加,该结果为验证在旋转过程中平面二维应力分量的有效性提供了理论依据。算例再次验证了这一结果,并给出了旋转圆筒壁厚设计优化的方法。

均布压力作用下厚壁圆管弯矩计算方法的探讨

建立了厚壁圆管弯矩计算公式，通过分析均布压力作用下的厚壁圆管与薄壁圆管应力相对误差，给出了厚壁圆管与薄壁圆管分类原则，了解和掌握这一原则对工程师大有裨益．

均布压力下单阶柱屈曲临界荷载算法

为推导单阶柱在均布压力下的屈曲临界荷载计算公式,文章根据单阶柱的边界条件和屈曲模态,首先,选取了横向均布荷载作用下的变形曲线和余弦函数分别作为试验函数,用能量法推导了单阶柱的纯弯曲屈曲临界荷载计算公式;其次,考虑剪切变形的影响,用正弦函数描述剪切分量,余弦函数描述弯曲分量,推导了单阶柱的弯剪型屈曲临界荷载计算公式。对所得公式进行了有限元验证,结果表明,所得公式具有很好的精度。在公式的适用范围内,可以应用于竖向荷载作用下高层建筑的稳定性近似计算。

新型压力均布型锚索锚固机理的试验研究

通过改变压力型锚索锚固段承载体结构形式和锚固段围岩强度,研究新型压力均布型锚索锚固段承载体和砂浆之间作用力传递机理,获得承载体压力分布及其大小,阐述注浆体抗剪性能的变化,从而可以确定压力均布型锚索合理的承载体结构形式。研究结果表明压力均布型锚索承载体轴力沿钢管径向均布,承载体表面肋状结构增加砂浆体的抗剪性能,大大提高压力均布型锚索的锚固能力,从而可以优化锚索锚固段的长度。

非均布轮载下钢桥面铺装力学响应分析

为了对非均布轮载作用于不同钢桥面系的效应进行预估,在构造理想传力垫层建立三维有限元接触分析模型的基础上,计算了均匀分布、凸形分布、凹形分布3种荷载分布下铺装层的力学响应。计算分析表明,构造传力垫层加载的接触分析方法是分析正交异性桥面系作用复杂荷载模式的一种有效方法,特别是当要考虑多种复杂荷载模式、多个作用位置时。不同荷载下铺装层力学响应的对比显示:3种荷载模式下横向拉应变沿横断面的分布规律相当一致,但凸形分布的计算结果最大、均匀分布次之、凹形分布的计算结果最小;轴载一定时,高胎压轮胎服从凸形分布,所以高压轮胎对铺装层有更大的破坏作用。

非对称楔形体在楔面受一段均布力作用的弹性应力解

用应力函数及其导数在弹性体边界上的力学意义和海维赛(Heavi-side)函数的方法,对非对称楔形体在楔面受一段均布压力的弹性力学问题给出了弹性应力一般解,并由此一般解给出了实际工程中几个重要问题的应力解。

一类非均布载荷下中心裂纹圆盘T应力分析

实际结构中,岩石常承受非均布载荷作用;并且试验中,集中力作用下往往会存在微小的分布角,这一载荷分布也是非均匀分布的.基于此类情况提出一类非均布载荷,这种载荷为三角函数形式,在分布角的中间压力最大,然后向两边逐渐减小直至为0.运用径向集中压力下中心裂纹巴西圆盘T应力解析公式,在分布角范围内积分获得这类非均布载荷下试件的T应力解析解,并同时进行有限元分析获得数值解.通过比较这两种结果,发现二者非常吻合,相互验证了各自分析的正确性.此外,与均布力作用相比,同等条件下此类非均布载荷作用的无量纲T应力值更接近集中力作用的值,而且两者的数值误差相当小.进一步论证了实际试验中采用集中力加载的T应力公式是正确与合理的.

土压力作用下纤维加固钢筋混凝土管道的模型试验研究

通过对8个钢筋混凝土管道的模型试验研究,首次模拟了垂直均布土压力作用下在内壁粘贴纤维材料(FRP)加固钢筋混凝土管道,根据所得试验数据比较了2种纤维的加固效果,证明了采用纤维材料加固钢筋混凝土管道在理论上是可行的,在技术上是可靠的。

径向压力作用下夹层圆板自由振动理论解

基于小挠度薄板理论,建立径向均布压力作用下夹层圆板的振动控制方程。采用分离变量法导出夹层圆板的固有频率及振型解析式,计算径向均布压力作用下周边固支夹层圆板固有频率和振型,讨论径向均布压力和夹心层比率对固有频率的影响。研究表明夹层圆板的固有频率随径向压力增大而减小,临界压力随阶次的增大而增大;作用径向压力的夹层圆板固有频率随夹心层比率增大,先缓慢增大,到峰值后减小,该趋势与无径向压力时相同。

岩土工程多功能模拟试验装置的研制及应用

岩土工程多功能模拟试验装置由主机与配套装置组成,具有一机多用的特点。利用它可对洞室、洞群、边坡和基坑进行平面地质力学模型试验;对预应力锚索加固的岩体模拟试件进行抗剪强度试验;对混凝土或钢筋混凝土梁进行抗弯强度试验。它具有双向旋转功能,可使模型平面旋转360°,立面旋转35°。由于采用了首次研制成功的活塞式均布压力加载器加载,可在模型块体内产生大范围的均匀应变场,可对模型边界施加均布荷载和阶梯形荷载,并能满足不同侧压系数的要求。在剪切试验中可给出t-u全过程曲线等。6次工程试验结果表明,该装置具有良好的力学性能,可满足大型岩土工程试验研究的需要。