精密仪器承载板的多尺度轻量化设计

针对过载下航空零件精密仪器承载板的结构轻量化和力学性能提升的需求,融合拓扑优化和点阵优化的优点,以结构最小柔顺度为约束、质量最小化为目标,提出了一种拓扑优化与点阵优化相结合的多尺度轻量化设计方法,并对关键参数格栅结构、格栅填充比和体积约束设计了三因素三水平正交实验,在保证安全性能的前提下使优化件达到质量最轻。结果表明,多尺度轻量化后的仪器承载板的质量减轻了85.2%,过载下的变形降低了29.07%,结构的动力学性能得到提升。在拓扑优化基础上再采用格栅结构填充的多尺度优化设计方法可降低优化件的质量,为航空领域中承载板类零件的轻量化设计提供了参考。

温度场对有轨电车线路桩板结构承载板内力的影响分析

目的:在热胀冷缩的作用机理下,桩板混凝土结构易因内力分布不均出现开裂,需明确有轨电车线路(特别是深厚软土地层有轨电车线路)温度场作用下桩板结构中承载板的受力规律。方法:以上海松江有轨电车示范线桩板结构路基工程为背景,通过在工程现场承载板中布置温度计、钢筋计及应变计,获取了深厚软土地基中有轨电车线路桩板结构中温度场的分布规律。根据钢筋计内力换算方法,明确了桩板结构在不同温度场下内力分布规律,并将现场实测数据与承载板截面内力理论分析计算的内力值进行对比分析。结果及结论:承载板轴力和与承载板板体相对温差呈正相关关系,承载板弯矩与承载板上、下表面温度也呈正相关关系。承载板内力呈周期性变化,受温度力影响,其变形一直处于弹性阶段。在给边界赋予一定的刚度弹簧后,采用结构动力学模型计算得到的桩板结构承载板各个截面内力值与基于钢筋计实测数据计算得到的内力值吻合性良好。

圆形刚性承载板载荷作用下双参数地基上多层矩形板的动力响应

提出一种考虑水平阻尼的双参数地基模型,推导了此地基模型上多层矩形板的中性面位置表达式,建立水平动载荷与垂向动载荷联合作用下多层地基板内力平衡方程,并在此基础上给出了板的运动微分方程。采用级数分解和Laplace积分变换相结合的方法,求解了圆形刚性承载板载荷作用下多层地基板的挠度解析表达式。在MATLAB软件中编写计算程序,以三层地基板为例深入分析了水平阻尼系数、摩擦系数、运动方向对板动力响应的影响。研究表明,随着水平阻尼系数的增大,板的挠度逐步减小,摩擦系数和运动方向对载荷作用面圆心处的动力响应几乎没有影响,而对远离圆心处点的挠度影响较大。

室内承载板法土工试筒约束的综合修正

室内承载板法是测定土样回弹模量的标准试验方法,其基本原理是根据实测的各级承载板压力和回弹变形的关系,运用圆形垂直刚性分布荷载作用下的弹性半空间体竖向位移理论公式来计算土样回弹模量.但是,由于击实成型的测试土样受到土工试筒的筒底和筒壁的约束作用,土样的有限尺寸和受力条件与半无限的弹性半空间体理论存在较大的差别,造成土样回弹模量测试结果偏大,导致测试结果难以应用于路面结构设计,所以有必要对室内承载板法的土样回弹模量测试结果进行约束修正.为此,首先推导了具有刚性下卧层的弹性层轴对称课题的应力和位移理论解,并通过轴对称有限元法,验证了理论解的正确性,从而考虑土工试筒筒底的约束作用,以竖向位移理论公式提出了室内承载板法测定土样回弹模量的高度修正系数K1.其次,在高度修正的基础上,通过轴对称有限元法考虑土工试筒筒壁的约束作用,提出了室内承载板法测定土样回弹模量的直径修正系数K2.综合高度修正和直径修正,提出了不同直径D的承载板测定土样回弹模量的综合修正系数K,以及K和D的回归公式.最后,通过不同直径承载板进行了室内测试验证.验证结果表明,所提出的综合修正系数可用于室内承载板法测定土样回弹模量的土工试筒约束的综合修正,并保证了测试结果的合理性和可靠性.

土变形模量的柔性承载板测试研究

目前平板载荷试验(PLT)所用的承载板均为刚性承载板,无法考虑板底压力实际分布,测试出的地基土变形模量E_0存在一定的偏差。为实现板底均匀加载,在刚性承载板下加装气囊,研制出一种适用于PLT的柔性承载板。采用柔性承载板测试时,气囊内部变形量由电感式位移传感器测出,各级载荷值由合力P与囊内气压p同时控制。室内对比试验结果表明,刚性承载板测试出的E_0比柔性承载板测试出的E_0偏大14.0%,有限元模拟同样也表明刚性承载板测试出的E_0偏大10%以上,采用柔性承载板可得到E_0的准确值。研究认为土体变形模量的柔性承载板测试法具有可行性和先进性,成本及效率方面完全可以接受。

FWD和承载板在路基强度检测中的对比分析

在路基顶面采用定点测试的方式,分别进行了落锤式弯沉仪(FWD)测试和承载板测试,并根据测得的弯沉反演得到路基模量,对弯沉与反算模量进行分析,FWD在精度、稳定性和检测效率方面优于承载板法,FWD法与承载板法测得的路面弯沉值以及反算模量值存在较好的线性关系,为FWD在工程上的应用提供了理论依据。

基于柔性承载板载荷试验的土抗剪强度参数反演研究

传统的刚性承载板载荷试验(PLT)主要确定地基的承载力,不能用来反演土的抗剪强度参数c、j。通过刚性承载板下加装气囊,研制出一种适用于载荷试验的柔性承载板,两个电感式位移传感器分别布置于板内边缘处,用于测量该处气囊厚度变化量dδ。用柔性承载板开展载荷试验时板底压力P均匀分布,同时在柔性承载板一侧采用柔性水压板施加恒定的均匀地表荷载,根据两条p-dδ曲线变化规律得出2个临塑荷载,将临塑荷载与地表荷载值代入理论公式反演出c、j。分别采用黏性土和干砂开展室内载荷试验,证明了该反演方法的可行性,通过分析认为该反演方法具有适用性和先进性。

基于承载板试验的粒料层非线性弹性参数反算方法

提出了一种基于现场承载板试验的粒料层非线性弹性参数的反算方法,即根据路面粒料层表面上承载板试验时逐级加载测试的弯沉,应用非线弹性有限元方法和改进的非线性最小二乘法反算粒料层的非线性弹性模型参数,并针对反算过程中的缺陷提出了修正方法.在此基础上研制了粒料层非线性弹性参数反算软件,并将粒料层非线性计算的理论弯沉与现场承载板试验的实测弯沉进行对比,论证了所提反算方法的合理可行性.

基于承载板试验的双参数地基基床系数的获取方法和试验研究

基于Pasternak地基模型的基本理论,利用能量法建立双参数地基-刚性板系统的能量方程;根据最小势能原理,建立双参数地基基床系数、承载板尺寸、荷载和沉降变形之间的关系式.基于此关系式和已有基床系数确定规则,通过不同尺寸承载板的荷载试验,可以建立以双参数地基基床系数为未知数的方程组,从而解得双参数地基基床系数表达式.通过4块不同形状和尺寸刚性板(直径0.3m、0.6m圆板和边长0.54m、0.71m方板)的实测试验获取实际场地下砂性地基土的双参数基床系数值,验证了上述方法的可行性;结合基础沉降和相邻基础相互影响的算例说明了双参数地基的工程意义;结合已有研究成果给出了不同状态的黏性土和砂性土的双参数基床系数的建议值.本文方法为双参数地基模型的推广及工程应用提供一定的借鉴与参考.

刚性承载板下弹性多层连续体应力和位移分析

本文根据笔者提出的弹性多层体系。“系数递推法”，导得刚性承载板作用下弹性多层连续体系的应力和位移表达式。

室内承载板法测定土基回弹模量的理论修正

土基回弹模量是路面结构设计中一个重要的参数,能否选用合乎实际的土基回弹模量直接关系到路面结构的安全性和经济性.由于野外承载板法费时、费力,且测点位置的选取以及测点多寡对回弹模量的影响,室内试验是一种不可缺少的方法.以弹性层状体系理论为基础,对室内承载板法测定土基回弹模量进行了理论修正,利用有限元程序求出修正系数,并通过实例工程进行验证.结果表明:室内承载板测定土基回弹模量应乘以0.95这个修正系数,从而为室内合理测定土基回弹模量值提供参考依据.

现场承载板分层检测法的理论推导与应用

为了获得路面结构各层的实际计算参数,可以使用现场承载板数据来分别反算各层的材料参数.针对刚性承载板下半无限空间体上单层板的工况,推导了承载板分层检测法的理论计算公式.对表达式中无法求解的积分函数式,通过MATLAB程序得到了数值上的规律并进行了函数拟合.根据合宁高速公路扩建的现场承载板检测数据,使用得到的公式对各层材料参数进行计算,并与设计规范推荐值进行比较,结果表明该方法具有实用性.

关于承载板法确定土基回弹模量的应用

通过土基结构应力分析,论证了不同等级道路和不同荷载作用下的公路路基表面应力位移的变化范围,并结合具体的工程实例,总结了控制承载板试验结束的不同标准值。

基于局部横向强度要求的船舶侧向承载板厚度设计研究

液体的压强作用一直是船体外板、液舱舱壁等位置板厚设计的主要考虑因素之一,且可归结为局部板格在侧向载荷作用下不屈服的安全衡准问题。结合理论分析及非线性有限元数值计算,对于受侧向载荷作用的局部板格极限强度的影响,探讨了包括边界条件、大挠度问题及相应的薄膜效应等各种影响因素,论证了一种优化的受侧向载荷作用的船体板厚约束设计公式,该公式经济适用且安全。整个探讨过程为船体结构规范的进一步完善提出了建议。

承载板式谷物质量流量传感器设计与试验

设计了不同材料、不同尺寸承载板式谷物质量流量传感器承载板和不同量程的承载板式谷物质量流量传感器弹性元件,在谷物质量流量模拟加载试验装置上进行了试验,试验结果表明测量精度与承载板和弹性元件的参数密切相关。在此试验基础上,研究了谷物流量对测量精度的影响。试验结果表明,谷物流量在0～2 kg/s内谷物质量流量测量相对误差不大于2%,精度较高。当谷物流量超过2.5 kg/s时,谷物质量流量测量相对误差超过5%。

压力分散型锚索承载板合理间距的数值模拟研究

采用数值模拟和理论分析方法,对压力分散型锚索的承载板的合理间距进行了研究,基于数值分析成果,给出了不同围岩中承载板合理间距的推荐值,研究成果对压力分散型锚索的设计具有较好的参考意义。

压力分散型锚索承载板布置方式及其受力性能分析

采用FLAC3D建立压力分散型锚索在不同的承载板间距和数量下的模型,对比其轴向应力与剪应力以及位移曲线,总结出承载板的间距与数量对压力分散型锚索受力性能的影响规律。在此基础上,为改善传统的压力分散型锚索各级钢绞线在变形中受力不均的缺陷,提出了优化的承载板布置方案,即梯级布置方案。并通过建模计算证明,此方案可以使注浆体更不易在孔底被压碎,也更不易产生滑移破坏,改善了结构的受力,提高了安全性。

电感式位移传感器在柔性承载板载荷试验中应用

为了解决平板载荷试验测试结果不准确的问题,设计了柔性承载板,提出了采用电感式位移传感器测试板底不同位置沉降的方法,通过仪器制作、标定及实验测试,证明了该方法的可行性和准确性。

现场承载板检测的黏弹性参数识别

文章采用理论分析与现场检测相结合的方法获得沥青路面顶面的当量黏弹性模量。根据现场承载板法检测得到的数据,使用有限元软件及二次开发程序建立计算模型,反算沥青路面顶面黏弹性参数,并选用0.4MPa压力下的独立实测数据验证模拟结果的准确性。数值模型分别使用Prony级数法和UMAT法,计算得到的回弹变形与实测数据较接近,表明2种方法对黏弹性参数反算都具有合理性。随着加载的增大,具有二次开发能力的UMAT法更接近实测结果。沥青路面顶面黏弹性参数反算法是对当前规范中当量回弹模量法的改进,可为路面设计及日后的养护与改建提供量化的参数依据。

方形承载板的结构设计

平板载荷试验可用于确定地基承载力及变形模量等重要参数,目前工程上的平板载荷试验所使用的承载板是由多块钢板堆叠而成的圆形承载板,从受力角度看,其结构不尽合理。文章结合相关文献提出了方形承载板的结构设计,方形承载板在传统承载板的基础上增加由钢管与钢板的焊接结构,有效提高了结构的承载能力。并通过理论计算及有限元软件对结构进行分析,证实结构设计的合理性。