球墨铸铁预应力传递装置受压性能试验研究

针对一种新型的全长压力型后张预应力抗浮锚杆,设计制作了4种不同型号的球墨铸铁预应力传递装置。为了研究该装置在预应力钢绞线张拉过程中的受压性能,对各型号的铸铁装置开展了受压性能试验,并采用ABAQUS有限元软件对铸铁装置的受压性能试验做了数值模拟研究。结果表明:在预应力张拉条件下,各型号铸铁装置的受压破坏形式相同,均表现为局部失稳破坏,且失稳破坏发生位于肢件1/2H0处;各型号铸铁装置的极限承载力超过其设计承载力,能满足钢绞线张拉需求;增大铸铁装置截面尺寸能够显著提高其极限承载力,其中肢件未加腋的铸铁装置HM27相较于HM18提高了约18%,而肢件加腋的铸铁装置HM45比HM36提升了约27%。

近距离煤层群多重采动覆岩破坏特征及应力传递规律研究

近距离煤层群开采覆岩破坏特征不同于单层煤开采,同时存在层间相互影响的问题。以晋能控股煤业集团燕子山煤矿11#煤层、14-2#煤层、14-3#煤层三层近距离煤层为研究对象,通过进行物理相似模拟实验和数值模拟计算,研究分析了近距离煤层群开采时顶底板围岩的覆岩破坏特征及应力传递规律。研究结果表明:近距离煤层群下行开采过程中,随着采动次数增加,顶板横向裂隙超前发育和纵向裂隙穿层效果更为明显,垮落块度明显减小,来压规律不明显;煤层顶板覆岩因采动产生的应力峰值随采动次数增加而降低;初次采动影响下,稳定后的覆岩应力要明显小于原岩应力,而多次采动稳定后的覆岩应力与该次采动前相近;上覆岩层在多重采动影响下,破坏更彻底,形成台阶式的岩层切落。研究结果可为条件相似的近距离煤层群开采顶底板围岩控制、采空区积水及瓦斯防治提供参考依据。

煤岩组合体应力传递与强度特征倾角效应

大倾角煤层安全高效开采的关键在于对围岩稳定性的有效控制,揭示煤岩组合体采动力学行为倾角效应是大倾角煤层多尺度围岩协同控制的基础。针对煤岩组合体在不同倾角时的层间应力传递、主应力偏转及非均衡变形破坏等力学特征,采用岩石力学试验、数值模拟与理论分析综合互馈的研究手段,分析了煤岩组合体内部主应力展布形态以及变形破坏规律的倾角效应。结果表明:倾角在0°~60°变化时,交界面处的煤岩组合体主应力大小和方向的演化特征分为2类;当层面倾角小于临界倾角α0时,煤岩组合体第1主应力随倾角增大而减小,第3主应力呈“煤减+岩增”的单调演变趋势,主应力方向呈“煤顺+岩逆”的偏转状态;当层面倾角大于临界倾角α0时,煤岩组合体第1主应力随倾角增大而增大,第3主应力变化幅度增大,主应力方向呈“煤逆+岩顺”的偏转状态;煤岩组合体受倾角影响时的2种状态的力学特征不同使得煤岩组合体由“交界面上侧岩体+非交界面部分煤体”转变为“交界面下侧煤体+非交界面部分煤体”的组合破坏模式,即对应于组合体的剪切变形破坏规律向界面处的滑移破坏规律的转变,因而煤岩组合体的强度随倾角增大而降低。研究结果揭示了煤岩组合体应力非均衡传递规律及其破坏机理的倾角效应,对大倾角煤层安全高效开采具有一定的理论参考意义。

采用自平衡预应力中空管的混凝土梁预应力传递长度研究

针对传统短束预应力筋存在的问题,提出一种主要由中空管和穿过中空管的反力钢棒等组成的自平衡预应力中空管构造。为了解采用自平衡预应力中空管的混凝土梁的传力特性,采用有限元与试验相结合的方法分析锚垫板设置情况、混凝土强度、中空管尺寸、有效预应力对中空管预应力传递长度的影响,提出中空管预应力传递长度简化计算公式。结果表明:自平衡预应力中空管可作为有锚垫板的先张预应力钢筋传递预应力;预应力传递长度与中空管尺寸、有效预应力近似成正比,与混凝土抗拉强度近似成反比;现有国内外规范均不适用于中空管预应力传递长度的计算,所提出的简化计算公式计算的中空管预应力传递长度与实测值吻合良好;实桥应用结果显示采用自平衡预应力中空管的混凝土梁预应力传递特性和试验结果相符,预应力传递可靠。

煤层群下行开采煤柱应力传递规律

为研究煤层群开采过程中遗留煤柱应力传递规律,防治下煤层开采中上部煤柱应力传递形成应力集中引起的矿井动力灾害.采用理论研究与数值模拟的方法对煤柱的应力传递规律进行研究.应用土力学原理对集中应力和线性应力在岩体中垂直近似传递规律公式进行推导;运用FLAC3D软件对同忻矿8104工作面区段煤柱应力状态及上覆侏罗系煤柱应力传递规律进行数值模拟,对不同宽度以及不同应力场条件下煤柱应力传递规律进行分析.研究发现,煤柱应力垂直传递受到自身宽度、埋深、采高和煤层倾角的影响,同时还受下部采空区的影响.8104工作面准备完成后煤柱所受应力较高,工作面前方应力升高区近100 m,工作面推进到550 m时矿压显现较严重,对工作面安全作业威胁较大,煤柱应力升高主要是由上部采空区煤柱应力传递及采空区悬顶面积过大所引起.

力、热载荷作用下纤维在复合材料中的界面应力传递行为

采用三维光弹性实验应力分析和有限元计算两种方法,在拉拔载荷和热残余应力联合作用下,对单丝拔出树脂基复合材料三维冻结切片界面剪应力进行了研究。实验结果和计算表明,在单纤维与基体界面的埋入端及埋入末端附近出现界面残余剪应力的极值;力、热载荷作用下纤维界面剪应力呈抛物线分布,单丝埋入端附近是应力的主要传递区域,最先达到危险应力,出现界面脱胶破坏,然后剪应力沿纤维埋入长度由纤维埋入端附近向埋入末端逐渐传递;界面热残余应力对界面剪应力的影响是使纤维埋入末端应力集中程度降低,使界面剪应力最大值增大。

非饱和土的应力传递机理与有效应力原理

回顾了几十年来非饱和土有效应力研究的主要成果。根据非饱和土的应力传递机理 ,提出了土样中任一点三个有效主应力表示形式和有效应力参数确定方法。

用有限元法研究短纤维/橡胶复合材料内应力传递

采用有限元法对短纤维／橡胶复合材料内应力传递和分配规律进行了初步探讨。结果表明：纤维末端的界面剪切应力和纤维中部的拉伸应力均最大，纤维末端仍传递一定的拉伸应力；纤维体积分数越大，纤维末端剪切应力集中越严重；纤维长径比越大，纤维上的最大拉伸应力也越大，但增幅趋于平缓；纤维模量增加，纤维上的拉伸应力集中也增加，但增幅减缓；基质模量增加，界面剪切应力集中和纤维拉伸应力集中均下降，但剪切应力和拉伸应力的绝对值仍然是升高的。

纤维取向对短纤维复合材料中应力传递的影响

以短纤维复合材料的单纤维三维模型为基础，利用三维有限元方法，通过计算短纤维增强金属基复合材料中纤维在不同取向下沿纤维长轴方向的纤维轴向正应力和界面应力的分布情况，讨论纤维取向变化对基体和纤维间应力传递的影响。研究表明，随纤维位向角α的增大，基体与纤维间的应力传递程度下降，纤维的增强效果变差。同时，不同取向下的纤维附近有着不同的破坏机制，并与界面结合状态密切相关。

大倾角煤层长壁开采围岩应力传递路径时空演化特征

大倾角煤层开采中,受煤层倾角影响,采动应力在顶板岩层中的动态演化规律较一般煤层开采时复杂,发现并揭示采动应力的传递路径与宏观展布形态的演化特征是实现该类煤层安全高效开采的基石。以某矿25221工作面为工程背景,采用模拟实验、数值模拟、理论分析互馈的研究手段,在厘定围岩宏观结构演化规律的基础上,量化了围岩空间主应力包络面空间展布形态,揭示了围岩采动应力传递路径时空演化特征。研究结果表明:在大倾角煤层开采中,围岩破坏拱壳形态在高度上呈现先增大后趋于稳定的特征,倾向上、下端头位置处,壳基随着推进距离的增大而向深处煤体内偏移后趋于稳定;围岩应力包络拱壳呈现壳顶在工作面倾向中上部、壳基在采场四周煤体内的非对称拱壳体形态;围岩支承压力峰值的演化分为峰值增长区与稳定区;主应力受采动影响在煤壁前方呈现出先增大后减小的变化规律,而在采空区中部3者均下降且第一主应力下降幅度最大;第一主应力受采动影响,其应力传递路径可分为原岩应力区、应力增高区、应力降低区3个区域;应力增高区内,第一主应力在Z轴分量增加幅度最大,其方向自垂直于Y轴平面内旋转。研究结果揭示了顶板宏观应力拱壳与应力传递路径演化一般规律,丰富了大倾角煤层岩层控制理论。

纤维混凝土中应力传递机制的三维弹性理论分析

对纤维混凝土中应力传递机制问题作了分析研究· 将应力和位移看作一组“初等解”和一组“修正解”的叠加 ;“初等解”即为一般的二维理论所得的解答 ,而“修正解”应用拉甫 (Love)位移函数法求得· 通过计算实例表明 ,解的收敛性良好· 将三维弹性理论解与剪滞法的解比较后 。

应力传感光缆的应力传递特性

光纤应力传感系统通常采用传感光缆代替裸光纤作敏感元件,因此研究传感光缆应力传递性能很有必要。本文从弹性力学的角度,利用拉梅公式和广义胡克定律相结合的方法,为紧缚型传感光缆和加强型传感光缆建立了应力传递理论模型,推导出光缆的应变与它受到的应力之间的关系。分别对紧缚型和加强型传感光缆的样品进行了应力实验,利用布里渊光学时域反射仪(BOTDR)测量了光缆的应变。结果显示,理论计算和实验测量的趋势一致,线性度均超过了97%,斜率之间的差别小于8%,从而证明了理论模型的有效性。该模型可为光纤应力传感系统判定被测对象受力状况提供直接依据。

单纤维VS复合物纤维应力传递

纤维复合材料的力学特性很大程度上依赖于纤维和基体的应力传递。本文建立了单纤维和复合物纤维平面拉伸轴对称有限元模型 ,它考察了纤维拉伸时伴随基体破裂、界面分离以及基体破裂与界面分离同时发生时的应力传递特性 。

单向短纤维增强复合材料应力传递模型及其细观力学分析

建立了含单纤维和基体的双圆柱复合材料细观力学模型,采用基体剪应力的Lame形式推导了纤维轴向应力和纤维基体间界面剪应力计算方程。分析了纤维/基体模量比、纤维长径比和纤维体积分数等细观结构参数对纤维轴向应力和界面剪应力分布的影响,并对结果进行了验证。

短纤维复合材料应力传递的修正剪滞理论

对短纤维增强金属基复合材料应力传递的传统剪滞理论进行了修正和改进 .修正理论中包含了一些在传统剪滞理论中没有很好考虑的因素 ,包括纤维端部的正应力传递和界面的结合状态 .推导得到了描述短纤维复合材料应力传递机制的一些公式 .通过与有限元分析得到的应力传递结果比较发现 ,修正理论对应力传递的描述准确性明显优于传统的剪滞理论 .修正是合理而必须的 .

纤维拔出时Coulomb摩擦界面应力传递

假设纤维/基体界面分离区域内的摩擦剪切应力遵循Coulomb摩擦律,包括泊松效应的影响,建立了纤维拔出时的摩擦界面应力传递模型,获得了包含摩擦滑移和由纤维/基体热失配引起的法向残余热应力效应的纤维轴向应力和界面剪切应力的表达式.对纤维增强复合材料SCS-6/Ti-6Al-4V作参数化的数值计算,且和有限元结果进行比较.结果表明,随纤维轴向位置的增加,纤维轴向应力和界面剪切应力均减小;法向残余热应力、高纤维体积分数和短纤维延缓纤维失效.

型钢混凝土应力传递与黏结破坏机理分析

以型钢混凝土标准推出试验为基础,分析型钢与混凝土之间的黏结性能与应力传递。在考虑型钢与混凝土之间三维空间黏结作用效果的基础上,建立推出试验的力学桁架模型,该桁架模型可以较好地反映型钢混凝土各种黏结破坏形态的破坏机理。混凝土强度、型钢翼缘的保护层厚度、配箍率、型钢的锚固长度是影响型钢与混凝土之间黏结强度的主要因素,利用桁架模型分析了这些因素对黏结强度的影响,得出以下结论:黏结强度随着混凝土强度的增大而提高;随着型钢翼缘保护层厚度的增加,混凝土保护层所能承担的拉力逐渐增大,极限荷载和黏结强度相应提高;配箍率的增加可以有效提高黏结破坏后的残余黏结力;随着型钢锚固长度的增加,试件能承受的极限荷载增大,型钢与混凝土接触面的黏结强度减小。

土钉与土体间的应力传递研究

根据土钉与土体间剪应力-相对位移关系曲线,分析了土钉与土体间荷载传递机理,建立了土钉与土体间应力传递的力学模型。利用截面上的平衡条件,推导了有别于传统假设的作用在土钉上的应力分布及变形表达式,从理论上分析了土钉与土体间的应力传递规律,并结合工程实测数据验证了该模型的合理性。

嵌入式光纤光栅传感器应力传递规律研究

从力学的观点,将被测对象混凝土构件和埋入其中的光纤光栅传感器看成是一种复合材料或复合体,首次将剪滞法理论(shear lag theory)应用于分析光栅传感器埋入混凝土构件时的应力传递规律,得到了光栅传感器的应力传递公式和应力传递系数。利用得到的光栅传感器的应力传递公式,计算了混凝土实验构件的应力变化情况,实验证明,理论计算结果和实测数据基本吻合。

短纤维复合材料应力传递理论研究进展

对短纤维复合材料中应力传递理论领域近十几年来国内外的研究情况按照单 /多纤维抽出剪滞模型分析、有限元分析以及新分析方法三部分进行了分类介绍。剪滞模型分析法因其简单而且参数物理意义明确而被广泛应用 ;有限元分析法是一种新近发展起来的更准确的分析方法 ,也逐渐被接受 ;最小补偿能原理和轴对称变化分析法等新研究方法也取得了显著的成效。近年来模型的建立和计算过程中更加接近于短纤维复合材料的真实情况。