弹−塑性基础边界两侧采空(留煤柱)基本顶板结构初次破断特征

为了研究两侧采空留煤柱工程条件下基本顶板结构的断裂位态及工程指导意义,构建考虑实体煤弹塑性变形与两侧煤柱宽度及支撑能力弱化的基本顶板结构双塑化基础边界力学模型,基于有限差分算法与主弯矩破断准则系统计算了在非对称煤柱区和长边实体煤区的断裂线形态、区位属性及整体位态特征,并从7个层面、横纵向4对区域与传统模型对比,阐明新模型所得新结论及工程意义。结论如下:(1)两侧非对称煤柱参数对长边实体煤区域的基本顶主弯矩及破断位置影响小,但分别显著影响煤柱区的主弯矩大小、位置及断裂形态。两侧煤柱区(较强/宽煤柱区+较弱/窄煤柱区)基本顶断裂线形态有3类演化模式,随基本顶厚度及弹模增大而煤柱宽度、支撑能力及悬顶跨度减小,其变化规律为:非对称的“连续单弧形+连续单弧形”→“连续单弧形+开口间断双短弧形”→非对称的“开口间断双短弧形+开口间断双短弧形”。(2)长边实体煤区基本顶的断裂线主要有3类区位属性,随基本顶厚度及弹模增大而实体煤的塑性区宽度、塑化程度及悬顶跨度减小,其演变规律为:断裂线在塑性煤体区(C-S式)→弹塑性煤体分界区(C-TS式)→弹性煤体区(C-T式);(3)考虑断裂线区位属性,随基本顶厚度和弹模增大而煤柱宽度、支撑能力及悬顶跨度减小的基本顶全区域破断模式及演变规律为:C-S式的■→C-TS式的■→C-T式的■→C-T式的■→C-T式的■。针对研究两侧采空(煤柱)基本顶板结构破断的3类力学模型,从7个层面对比了3类模型的重要区别,从横向4个区域(开采区域的前方与后方、两侧煤柱区)与纵向4个区域(非对称遗留煤柱下伏、下伏开采空间出/进煤柱/体)阐明了其重要工程作用。

太阳电池阵弧形基板结构振动分析及优化设计

针对弧面型太阳电池阵新型基板结构,在满足结构安全的前提下以多参数轻量化设计为目标。本文基于等效板理论获得弧形太阳电池阵基板的各向异性等效性能参数,建立新构型太阳电池阵基板的三维有限元数值模型,并通过正弦扫频振动试验验证了模型的可靠性,进而初步实现了结构薄弱区域定位。最后结合工程实际,基于参数化建模结合多目标迭代优化的方法,分析结构在典型随机振动载荷作用下的最大应力随各特征参数的变化规律,从而获得满足结构安全条件下的补强优化方案,相比于原始结构,可使面板最大应力下降21%,若加强结构为单向无纬布,结构最大应力可进一步下降15.6%,为新构型太阳电池阵基板的轻量化设计提供支撑。

轻质隔声夹层板结构声振耦合拓扑优化

为了满足夹层板结构轻质及隔声性能优化需求,提出了一种基于线性材料插值模型的三场浮动投影动力学拓扑优化方法,进行夹层板结构声振耦合拓扑优化设计。首先,结合混合位移/声压(u/p)有限元格式和线性材料插值模型,解决多场耦合界面依赖性问题和低密度区域局部模态问题;其次,面向三维轻质夹层板结构声振耦合特性,建立以隔声性能最大化为目标,轻量化体积分数为约束的优化范式;第三,依托阻抗管隔声性能试验场景,对三维夹层板结构有限元数值模型进行拓扑优化设计,并结合阻抗管试验验证方法的准确性和有效性;最后,将所得优化构型与常见夹层板构型的隔声性能进行对比。研究结果表明:采用所提方法可获得性能优越的新颖拓扑构型,1100~1300 Hz优化目标频段对应的优化目标隔声性能即传声损失总值从197.62 dB提升到205.09 dB,且数值仿真结果与试验结果吻合良好。在结构同等质量下,优化目标频段拓扑构型的隔声量性能优于常见开孔/闭孔矩形蜂窝状、蜘蛛网状夹层板结构的隔声量性能。

加筋曲板结构抗弯承载能力分析

将正方、蜂窝和内凹加筋构型引入热塑性聚乳酸曲板结构,在三点弯曲工况下,通过实验测试和仿真计算研究了加筋构型、弯曲程度和内外侧加筋方式对其抗弯承载能力的影响,并对实验和仿真结果进行了对比分析。结果表明,不同加筋构型的热塑性聚乳酸加筋曲板结构的抗弯承载能力存在一定差异,负泊松比内凹构型有助于结构承载和抗裂,但主要影响线弹性阶段,在塑性屈服阶段蜂窝构型抗断裂能力更好。结构的抗弯承载能力与其弯曲程度成反比。改变蜂窝构型和内凹构型的胞元内角度能够提升结构承载能力。采用外侧加筋方式的结果优于内侧加筋方式,两者的最大应力均位于各自的面板层。

海水老化下类填充微穿孔板结构水下吸声材料的性能及其寿命预测

针对现阶段潜艇用水下吸声材料的低厚度强低频吸声的性能诉求,基于三维间隔织物,将兼具多孔和共振吸声特性的类填充微穿孔板(F-MPPL)结构引入常规空心微珠填充水下吸声材料(HBF复合材料)中,设计出新型三相复合水下吸声材料(F-MPPL复合材料)。鉴于海中复杂环境对水下吸声材料声学性能的影响,采用人工海水浸泡的方法对F-MPPL复合材料进行海水老化,结果发现老化12个月后的F-MPPL复合材料平均吸声系数下降了13.6%。同时,基于海水老化下孔隙率和穿孔率的变化对最终宏观模型仿真结果的影响,对F-MPPL复合材料的水下吸声性能寿命进行预测发现,模型可准确预测材料吸声峰值的位置,但对材料吸声系数峰值的大小预测稍有偏差。研究结果可为各类水下吸声材料的吸声性能老化研究提供实践经验,并为F-MPPL结构在海水老化下的长期寿命预测及性能优化提供理论参考。

跑鞋碳板结构设计对前掌跑落地冲击阶段足部力学响应特征的影响

目的探究跑鞋碳板(carbon-fiber plate,CFP)结构设计对前足足底和足底筋膜力学响应的影响,为预防跑步时的足部损伤和跑鞋结构优化提供参考。方法基于已搭建的足-鞋三维有限元模型,对比不同位置(鞋垫底部,HL;中底中部,ML;外底上部,LL)以及不同厚度(1 mm、2 mm、3 mm)的CFP结构设计对前掌跑(FFS)落地冲击阶段前足足底压力和足底筋膜应力、应变的影响。结果当CFP厚度较小(1mm)时,其嵌入位置对前足足底和足底筋膜力学响应特征的影响有所不同。与对照跑鞋(No CFP,NC)相比,HL和ML情况下足底压力峰值分别增加了3.84%和4.31%,而LL情况下近端足底筋膜的应力与应变峰值分别增加了2.67%和3.19%。随着CFP厚度增加至3mm,足底压力、足底筋膜应力与应变均明显减小,其中:足底压力峰值以LL3(3 mm,LL)情况下降低最为明显,较NC降低了29.56%;足底筋膜应力与应变峰值也均明显低于NC,且3种位置CFP的效果基本一致。结论当CFP厚度较小时,其嵌入位置的不同或将对足部组织力学产生相异的作用,但随着CFP厚度增加,足底压力、足底筋膜受力程度均明显减小,且嵌入LL的CFP整体效果更好。

巷旁充填留巷顶板结构分析与围岩控制技术

为研究沿空留巷顶板结构特征及其支护技术,基于弹性力学薄板理论,建立了沿空留巷顶板悬板结构模型,推演了两种边界条件下悬板主应力表达式,构建了应力比例系数作为薄板破坏判据,研发了沿空留巷巷内顶板斜拉锚索加强支护、巷旁超高水材料复合支护技术。研究结果表明:锚网索支护沿空留巷过程中实施超前预裂切顶,顶板可形成悬板结构,该结构随上覆顶板运动可形成一对边简支一对边自由和一对边固支简支一对边自由两种悬板形式;在矿山压力作用下两种悬板破坏部位不同,可以此作为布置顶板斜拉锚索的依据;顶板斜拉锚索对悬板起悬吊和水平挤压作用。现场试验结果证明了理论分析的可靠性。

周期约束阻尼设计板结构减振降噪特性分析

为了探究更加高效的阻尼减振降噪结构设计,结合人工周期结构特性与约束阻尼减振降噪技术,通过对基体板和不同约束阻尼板结构的振动与声辐射进行有限元仿真计算和实验测试,分析周期约束阻尼设计板结构的减振降噪特性。研究结果表明,相比于传统约束阻尼设计,周期约束阻尼设计可以在附加阻尼质量相同的情况下,更加有效抑制基体板宽频振动与声辐射,尤其对350Hz以下的低频振动与噪声状况具有一定改善作用,并有助于实现阻尼结构的轻量化。同时,周期约束阻尼设计也可能会增大约束层的振动与噪声以及改变结构的声辐射效率。总体而言,周期性设计对于改善约束阻尼减振降噪性能具有积极意义。

声学黑洞铝型材板结构减振特性仿真研究

声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)技术作为一种新型高效的能量聚焦以及振动控制技术,在减振降噪方面具有很好应用潜力。铝型材板结构作为一种夹层结构,具有高比刚度和高比强度等优异轻量化特性,广泛应用于列车外地板、船舶、航空航天等领域中。为了探究ABH和铝型材板结构相结合后是否还具有典型的ABH效应,运用有限元数值模拟方法研究嵌入式ABH铝型材板结构的振动能量聚焦特性。对于频点和频带聚焦特性分析结果表明,在铝型材板结构中嵌入ABH特征结构可以起到显著振动能量聚焦效果。此外,根据聚焦特性分析结果,在ABH铝型材板结构中的ABH特定区域内敷设阻尼材料,并通过仿真计算验证了其减振特性。结果表明,由ABH铝型材板结构附加阻尼材料所得的组合结构振动水平显著低于普通铝型材板结构,部分频率下振动衰减高达52.6 dB。这为轨道交通领域提供了一种很有应用潜力的结构减振降噪新思路。

板结构多模态动力吸振设计方法

针对海洋平台动力吸振研究中存在的多模态耦合振动吸振效果差的问题,研究抑制平台板结构振动的动力吸振器的设计方法。以薄板为具体研究对象,建立薄板与动力吸振器的数学模型,分析动力吸振器质量比的选择问题,讨论在离散模态和密集模态两种情况下动力吸振器的最佳安装位置,给出动力吸振器阻尼比和频率比的优化设计公式。在上述研究基础上,总结平台板结构动力吸振方法。以一个舱室仿真模型为应用对象,对参与舱壁振动的5阶模态进行振动控制,减振效果最高为92.2%。对动力吸振器进行补正设计后,针对第一、第五阶模态的减振效果分别提升0.9个百分点和6.1个百分点。上述结果验证了平台板结构动力吸振方法的有效性,该方法对海洋平台的振动防护具有一定的指导意义。

新建公路桩板结构下穿高速铁路桥梁影响分析

基于G206瑞金城区至济广高速瑞金南出口段公路下穿赣瑞龙铁路绵江特大桥工程,采用midas GTS NX软件建立桩板结构及两侧桥墩模型,进行施工阶段25号及26号桥墩的墩顶位移分析;采用ABAQUS软件建立高铁桥梁上的无砟轨道模型,评估新建桩板结构下穿方案对桥墩及桥上轨道结构的影响。结果表明:桩板结构下穿高速铁路桥梁方案满足高速铁路运营安全要求。

桩板结构在路桥过渡段的应用研究

桥头跳车问题往往由路桥间不良地质引发,解决此问题的关键是进行软基处理。文章采用数值模拟,对天然地基、复合地基和桩板结构三种工况下地基的加固效果进行了研究,其中桩板结构对地基的加固效果最好。进一步研究了桩板结构参数对软土地基加固效果的影响,研究表明:桩板结构中的承载板厚度对地基加固效果的影响程度最低,桩间距和桩径大小均显著影响地基的加固效果,桩径越大、桩间距越小,地基的加固效果越好。在桩板结构的设计中应选取适当的桩间距和桩径参数,使之既能满足规范对沉降的要求,也能控制成本。

砂性土中桩板结构地基承载特性试验研究

为优化桩板结构设计,开展砂性土中桩板结构地基的室内模型试验,分析竖向荷载作用下无桩地基和桩板结构地基的荷载-沉降关系,研究桩间距、桩长和桩径对地基土极限承载力和承载力比BCR的影响。结果表明:桩板结构相较无桩地基能够显著提高地基承载力,减小地基沉降;桩长的影响相对较小;桩径对极限承载力的影响最大,桩径由15 mm增加到35 mm时,在相同沉降量20 mm工况下,地基承载力提高了117%;桩间距与桩径的比值的增大减小了荷载-沉降关系中缓慢变形阶段曲线的斜率,延缓了土体发生剪切破坏时的荷载水平,降低了极限承载力对应的沉降变形,当桩间距为4倍桩径时,桩-板-土的耦合作用能够得到充分发挥,地基的承载力最大。

基于翻转课堂的汽车车身外板结构解剖教学实践研究

本文探讨了翻转课堂在汽车车身外板结构解剖教学中的应用效果。通过构建翻转课堂教学模式,对比传统教学与翻转课堂的教学效果,深入分析翻转课堂在提高学生学习效果、培养自主学习能力、加强实践操作能力等方面的作用。研究结果表明,翻转课堂模式能够显著提高学生的学习效果和动手能力,为汽车车身外板结构解剖课程的教学改革提供了新的思路和方法。

新建公路桩板结构施工对邻近地铁隧道、高铁桥梁变形影响的模拟分析

[目的]道路桩板结构施工会对邻近地铁隧道、铁路结构产生较大影响,在严格的规范要求和复杂的工程状况下,需要保证既有地铁、铁路结构的安全。[方法]基于新建百安公路工程,利用数值模拟方法,构建Plaxis 3D有限元计算模型,模拟各施工工况,分析桩板结构施工过程对邻近的既有地铁、高铁的影响。[结果及结论]研究结果表明:在该公路工程钻孔灌注桩施工过程中易出现塌孔、土塞效应等不良情况,将会对邻近地铁线路造成不利影响,使地铁隧道位移及收敛变形超过控制值;而施工过程对高铁桥梁影响较小,变形在可控范围之内。为此,需改进和优化公路的施工方案,如增加桩基础与地铁隧道的距离、增加部分桩长等,并对优化设计方案进行了安全评估。然后再进行的数值模拟结果显示,公路施工引起的地铁隧道位移和变形可以满足要求,能保证地铁隧道的结构安全。

大直径盾构并行施工对邻近高铁桩板结构路基的影响程度兮区研究

[目的]大直径盾构在长距离、小净距并行邻近高铁施工时,对既有结构及周边环境的变形要求极为严格,需要根据影响程度分区,对可能受到较大影响的区域进行防护加固。[方法]依托上海市轨道交通市域线机场联络线盾构并行沪杭高铁路基段工程,通过FLAC3D有限差分软件建立模型,分析盾构并行施工对高铁桩板结构路基的变形影响,明确不同施工条件下隧道与既有高铁的安全距离,得到盾构并行施工的影响程度分区。[结果及结论]增大隧道埋深、高铁桩板结构桩长和隧道与路基的水平距离均能减小盾构并行施工引起的路基水平位移;增大隧道埋深会增加路基竖向位移,但受地质因素影响,出现增大隧道埋深,路基沉降减小的情况;得到不同施工条件下满足变形控制指标的安全距离及盾构并行既有高铁桩板结构路基的影响程度分区。

桩板结构路基沉降安全判据研究

【目的】为建立桩板结构路基确定性安全设计和可靠度设计间的联系。【方法】首先推导了桩板结构路基沉降计算解析解,建立了桩板结构路基可靠度分析模型,研究了地基土弹性模量变异系数、上部荷载和桩间距对路基沉降失效概率的影响。然后提出了基于广义可靠度指标相对安全率的桩板结构路基沉降安全判据框架,分析了广义可靠度指标相对安全率和安全系数相对安全率的关系,进而探讨了上覆荷载对临界桩间距的影响。【结果】结果表明,该沉降计算方法能较好反映桩板结构路基沉降变形特征;桩板结构路基沉降由上部荷载和桩板组合刚度共同决定,其失效概率与荷载水平的关系曲线随地基土弹性模量变异系数的增大由陡增型转变为线性增长;广义可靠度指标相对安全率和安全系数相对安全率近似呈线性关系;此外,上覆荷载的增加将导致临界桩间距呈对数非线性减少。【结论】通过允许失效概率标定结构允许安全系数,保证了桩板结构路基确定性设计和可靠度设计的设计可行域基本一致。

新型预制装配式梁板结构在水处理构筑物中的应用研究

为了克服现有大型污水处理厂调蓄池等水处理构筑物所面临的跨度、高度及防水防腐等方面的技术限制,依托上海竹园第一、第二污水处理厂提标改造ZY3.1标段项目的实际经验,详细阐述了一种新型预制装配式梁板结构体系在工程实践中的应用。在节点区域创新性地采用UHPC湿接头后浇连接法,有效确保了结构的强度和稳定性;为解决预防构件外露面的腐蚀问题,采用HDPE板锚固预制防腐处理技术,有效延长了构件的使用寿命,并大幅度降低了后期维护和修复成本。在大跨度、大深度基坑的施工过程中,成功实施了免模、免支撑的预制吊装施工方法,显著缩短了施工周期,增强了施工的安全性,并极大地减少了对现场环境的影响,可为今后大型水处理构筑物的装配式结构工程建设提供参考。

煤矿疏干水净化过程中滤料板结原因分析与解决方案

针对煤矿疏干水净化过程中V型滤池滤料板结问题,通过对石英砂滤料表观分析、酸溶解板结物试验及离子组分分析,确定板结物(可溶于盐酸部分)质量占比平均值为7.27%,滤料板结物主要成分为碳酸氢钙,同时含少量硫酸钙、碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁等无机物;板结主要成因为水中碳酸氢根、碳酸根、pH的波动(升高);提出板结滤料清洗措施以及日常运维减缓滤料板结的措施,为解决疏干水处理滤料板结难题提供了参考。

板结飞灰切包站的设计和应用

近年来,随着生活垃圾焚烧处理产生的飞灰量不断增多,飞灰填埋坑内日趋饱和。如何将飞灰填埋坑内的板结飞灰无害化处置,最大限度恢复填埋坑填埋功能是大多数危废处置企业亟待解决的问题。我们设计了一种针对填埋坑内板结飞灰的切包预处置工艺设备,可实现飞灰吨袋的自动割袋、挤压、卸料,大大减少了人工参与量。该设备在某危废处置企业成功应用,运行效果良好。