TBM隧洞管片衬砌内力分析的梁-弹簧-接触模型研究

针对内水压力作用下TBM隧洞管片衬砌受力问题,建立了衬砌管片内力分析的梁-弹簧-接触计算模型,以梁单元模拟管片,以管片环向接头处的轴向、转动弹簧单元模拟相邻管片间的连接作用,以纵向管片间的轴向弹簧单元模拟管片环间的相互作用,以点-点接触单元模拟围岩对衬砌的约束与支撑作用。依据管片衬砌与围岩间的变形协调条件,推导了弹簧和接触单元的刚度计算公式,结合工程实例进行了管片衬砌内力分析,结果较好地反映了衬砌管片的作用效果,以及衬砌与围岩的联合承载特性;对比分析了实体管片模型的计算结果,进一步证明了梁-弹簧-接触模型的适用性。

盾构隧道纵向变形附加内力的壳-弹簧-接触模型数值分析

盾构隧道装配式管片结构的纵向变形力学机理较为复杂,同时由于与地层相互作用,其纵向所受荷载值往往难以明确,而国内外目前常用的纵向弹性地基梁模型和三维均质壳体模型均不能直接计算出管片附加内力、接头螺栓受力和接缝张开量等结果。文章基于有限元构建纵向壳-弹簧-接触模型,采用强制位移法对盾构隧道发生纵向变形后的三维结构附加内力和变形进行分析。结果表明,盾构隧道的纵向变形不但会产生纵向附加内力,还会产生一定量的横断面变形和横向附加内力;结构在纵向上会出现主要受弯区域和主要受剪区域;在纵向螺栓内力较大处附近的混凝土还会出现应力集中。

粗糙表面固态耦合超声检测研究

固态耦合超声检测时两固体粗糙表面接触界面处的超声波不完全耦合,为提升该界面处超声检测的耦合效果,需深入研究其耦合特性。以粗糙表面的弹簧接触模型为基础,结合粗糙表面接触理论推导出固态耦合超声检测的耦合界面理论模型。根据实际情况以及材料参数分析,得到表征界面耦合效果的平均声反射系数与接触载荷以及接触表面当量粗糙度的关系,并与T模型的计算结果进行对比。在不同当量表面粗糙度和不同接触载荷下分别测得接触界面的平均声反射系数,并对比了不同当量表面粗糙度下界面声耦合效果达到最佳时接触载荷的理论值和实验值,计算得最大相对误差为13.04%,表明实验结果与所提出的理论模型结果基本吻合。所建立的固态耦合超声检测界面理论模型形式简洁,实用性强,并可通过针对性地控制相关参数来改善耦合效果。

大功率直驱风力发电机轴承应力场有限元计算

对于大功率直驱风力发电机轴承而言,采用全实体单元构建的有限元模型中包含大量非线性的滚子/滚道接触,网格数量庞大,计算难以收敛。为了简化计算模型,一种可行的途径是利用非线性弹簧模拟滚子/滚道接触。根据有限长线接触模型,通过数值计算方法求解得到了滚子/滚道接触刚度曲线,基于该刚度曲线,采用非线性单向压缩弹簧模拟滚子/滚道接触,构建了直驱风力发电机轴系整体计算模型,得到了轴系在极限载荷作用下轴承的载荷分布和接触应力。通过对直驱风力发电机轴承摩擦力矩的现场测试,结果表明,基于该方法建立的仿真计算模型有效,且对于求解一般的复杂轴系问题具有推广价值。