预应力效应对中速磁浮线路简支梁车-桥耦合振动响应的影响

以长沙磁浮线路简支梁桥为研究对象,建立考虑不同预应力效应的磁浮线路简支梁桥车-桥耦合振动模型,分析预应力效应对中速磁浮线路车-桥耦合振动响应的影响。结果表明:预应力效应的变化对桥梁动力响应影响明显,预应力增加显著加剧桥梁竖向振动加速度,预应力由0.67P0(P0为张拉控制应力)增加到1.33P0时,桥梁跨中竖向最大加速度从0.21 m/s^(2)增至0.44 m/s^(2);车速增加会加剧预应力效应的影响,对桥梁竖向振动加速度的影响尤为明显,车速由20 km/h增加到200 km/h时,在1.00P0作用下,桥梁跨中竖向最大加速度从0.15 m/s^(2)增至0.76 m/s^(2);箱壁局部变形对车-桥耦合竖向振动响应有显著影响,预应力导致的箱壁局部变形不可忽略。

温度场下功能梯度圆锥壳-环板振动特性分析

针对功能梯度圆锥壳-环板组合结构振动问题,本文采用一阶剪切变形理论和Rayleigh-Ritz法分析了温度场下组合结构的振动特性。组合结构位移变量采用谱几何法来表征,考虑材料参数与温度相关并引入人工边界弹簧建立了组合结构振动特性分析模型。数值算例中,通过将文中求解结果与文献解和有限元法结果进行对比验证了模型的正确性,进而分析尺寸、材料、温度和连接位置等参数对结构振动特性的影响。研究结果表明:组合结构基频随厚度增加而增加,随着幂律指数、半顶角和温度场参数增加而降低,随环板内径和连接位置变化会呈现非单一变化趋势。

时间-温度-应力等效原理在PET蠕变拉伸中的应用

为了研究时间-温度-应力等效原理在PET材料蠕变拉伸中的应用,预测PET材料的长期性能。对PET材料进行恒温度不同应力和恒应力不同温度下的短期拉伸蠕变试验,分析其蠕变行为。结果表明,在测试温度和测试应力范围内,PET材料表现出明显蠕变现象,且蠕变性能具有明显的温度相关性和应力水平相关性。不同温度和不同应力水平下的短期蠕变柔量曲线沿对数时间坐标轴可构建出宽广时域下温度应力耦合的蠕变柔量主曲线,所得温度应力耦合蠕变柔量主曲线基本一致,表明在试验温度和试验应力下,时间-温度-应力等效原理对PET材料有良好的适用性,可以用于PET材料的长期蠕变性能加速表征。此外,比较先温度后应力、先应力后温度和温度应力同时移位三种不同移位顺序下所获得的温度-移位联合移位因子,结果表明三种移位顺序下的联合移位因子近似相等,验证了联合移位因子分步获取的可行性。

高放废物处置库黏土围岩温度-渗流-应力耦合数值分析

深地质高放射性废物处置库运营过程中,围岩通常处在复杂的温度-渗流-应力多场共同影响的地质环境中,在温度-渗流-应力耦合作用下,合理地确定高放废物处置库硐室间距范围对处置库设计和长期安全稳定性评价尤为重要。基于国内外研究资料,针对塔木素预选区高放废物处置库黏土围岩,使用FLAC3D有限差分软件模拟计算了4种不同的硐室间距,并通过对围岩温度场、渗流场、应力场和变形场进行对比分析,对高放废物处置库硐室间距进行了优化。结果表明:在温度-渗流-应力三场耦合作用下,高放废物处置库黏土围岩相邻硐室间距最优设计值为10~12 m;当硐室间距小于10 m时,废物罐中心温度峰值超过了最高温度设计值100℃,当硐室间距大于12 m时,相邻硐室间的影响逐渐减弱,温度峰值逐渐趋近于单硐室。研究结果可为我国高放废物处置库黏土围岩硐室间距优化设计提供参考依据。

考虑应力路径的深埋高地温隧洞黏弹-塑性围岩解析解

高地温深埋水工隧洞黏弹-塑性岩体中,由于高温环境的影响和隧洞降温等,致使围岩产生一定的温度应力。因此研究高地温隧洞围岩解析解时必须研究温度应力对围岩塑性区以及应力应变的影响。基于广义Kelvin模型与Bingham模型组成的高地温深埋水工隧洞黏弹塑性围岩力学模型,并在考虑应力路径对围岩与支护的影响下,结合高地温环境中温度应力对围岩与衬砌的影响,进而推导高地温环境热力耦合作用下围岩应力、应变、洞壁位移以及围岩塑性区半径的解析解。基于新疆某高地温水工隧洞工程进行分析与计算,对温度、围岩应力应变及塑性区半径的关系展开理论计算与分析。结果表明:考虑温度应力后计算得到的围岩位移更小。当隧洞内温度变化到达一定量时,所产生的温度应力可能会对围岩与衬砌相互作用的稳定性产生影响。

基于LSTM神经网络的桥梁温度-应力相关模型建立方法

为更好地了解桥梁结构,探索温度及应力等因素对桥梁的影响。提出一种基于LSTM神经网络的桥梁温度-应力相关模型建立方法,通过传感器采集大量桥梁温度及应力数据,在时间序列数据基础上对数据向量使用Z-score方法进行标准化处理,借助LSTM神经网络的桥梁温度-应力相关模型,准确预测出桥梁温度及应力之间的关系。通过与RNN、GRU模型对比,该模型RMSE、MAPE、MAE值均有不同程度的下降,表明该模型预测效果明显优于其他模型。

动载-温度耦合作用下的沥青路面Top-Down裂缝扩展影响因素分析

在严酷低温环境下,动载-温度耦合作用会促进Top-Down裂缝的扩展,降低路面性能。文章基于断裂力学原理,采用数值模拟方法,运用ABAQUS软件构建了有限元模型,研究了在低温环境下,荷载大小、行车速度、面层模量与基层模量对沥青路面Top-Down裂缝扩展特性的影响,并采用灰色关联法进行影响因素敏感性分析。结果表明:荷载增加和行车速度降低会加速裂缝扩展;面层模量和基层模量增加会促进Ⅰ型裂缝的扩展;基层模量与荷载大小是影响裂缝扩展的关键因素。

温度场对于销-盘摩擦副的应力与磨损机理的影响

为探究摩擦热的作用对C17200与34CrNiMo6销-盘摩擦副的磨损机理与应力的变化规律和分布的影响,基于销-盘应力与传热分析理论模型,利用ABAQUS软件建立三维销-盘模型,进行应力的数值计算与温度场的热力学模拟,分析应力与温度场的分布特点、变化规律,以及温度场对于销-盘摩擦副磨损机理与应力的影响。结果表明:销-盘摩擦副的磨损机理主要为黏着磨损与磨粒磨损,摩擦热会使销-盘摩擦面出现热斑及灼烧现象;销-盘试样的节点温度随模拟时间的延长而增大,随着摩擦时间的延长,摩擦轨迹上将出现热点;销与盘的应力分布规律类似,应力在静载荷时呈现中间小边缘大的分布特点,摩擦过程中分别在销与盘的上顶面与内环面出现明显的应力集中。摩擦半径处的热应力与温度均为“锯齿状”变化,耦合较好。分析了摩擦热作用对于C17200与34CrNiMo6材料磨损机理的影响,为C17200与34CrNiMo6材料的热力学研究与销-盘摩擦副的温度场模拟提供参考。

盘式制动器在不同制动模式下的热-机耦合行为研究

对盘式制动器在拖曳制动、紧急制动和缓慢制动这3种不同制动模式下的热-机耦合行为进行分析。结果表明,在拖曳制动模式下,制动盘两侧摩擦片的变形形式各不相同,因此制动盘两侧摩擦片的温度分布不一致。此外,钳指侧和活塞侧摩擦片的振动信号和接触力信号差异明显,钳指侧对摩擦副的摩擦振动逐渐加剧,并产生新的振动频率;活塞侧对摩擦副的振动趋于稳定,原有的振动频率逐渐消失;在紧急制动模式下,制动盘两侧摩擦片的温度分布特征类似,均是从进摩擦区向出摩擦区扩散,但是由于作用时间较短,温度上升不明显。但两侧摩擦片的振动信号有所区别,尤其是活塞侧摩擦片出现持续自激振动,并且产生新的振动频率。在缓慢制动模式下,虽然制动盘两侧的摩擦片外径均为表面高温区,但在制动后期,活塞侧摩擦片表面高温排布呈现出“点状分布式”特点。钳指侧摩擦片和活塞侧摩擦片的振动信号存在差异,钳指侧摩擦片振动持续时间较长,但其振动强度较活塞侧则更加微弱。界面力学信号分析结果很好地验证了该结论。

考虑湿度应力的深部软岩隧道大变形控制研究

为探明深部高地应力软岩隧道大变形产生机理,制定适应大变形控制措施,以月直山隧道为工程依托,首先明确求解围岩形变压力与松动压力的Kastner与Caquot公式,基于岩体弹塑性力学与连续介质理论建立围岩湿度应力解析解,采用收敛-约束法绘制出3种围岩应力作用下围岩与初期支护特征曲线,分析断面变形过程中围岩与支护结构相互作用规律及3种应力占比演化规律。分别以混凝土与型钢钢架作为二衬支护结构对月直山隧道围岩稳定性进行计算分析,明确考虑湿度应力与松动压力条件下隧道二衬最优支护时机与支护参数,以支护结构安全系数FS评判出最优支护方案并对隧道软岩大变形进行治理。结果表明:当围岩径向位移达到550 mm时,仅考虑形变压力Pi时围岩对支护结构的压力P仅为0.813 MPa,考虑湿度应力Pw与松动压力Pa时P增大为1.372 MPa,湿度应力与松动应力总占比达40.7%,仅考虑形变压力而设计的支护结构不满足围岩稳定性要求;根据“卸压支护”理念,确定以“位移释放峰值upeak=0.325 m”与“间距d=0.7 m”作为增设第二层钢架的最佳支护时机与支护参数,现场二次钢架设置24天后使围岩变形收敛于50.8 mm,围岩大变形得到控制,研究成果可为今后相关隧道工程设计与施工提供参考。

黏土岩温度-渗流-应力耦合特性试验与本构模型研究进展

高放废物处置库、垃圾填埋场等工程中常常涉及到温度场(T)、渗流场(H)和应力场(M)的耦合作用的问题。从试验和理论模型两个角度综述国内外黏土岩温度-渗流-应力耦合特性的研究进展,主要包括其传热特性、温度影响下的渗流特性、变形、强度、蠕变特性。在此基础上,重点分析了黏土岩水-热迁移模型以及热-力耦合本构模型的适应性。基于上述认识,通过试验研究了比利时Boom clay在温度作用下的强度、渗透性、蠕变性等特征。结果表明:随着温度升高,Boom clay的强度有所降低,渗透性显著增强,蠕变速率明显加快。提出了适用于Boom clay的THM耦合弹塑性损伤模型,计算结果验证了模型能合理反映温度的影响。最后,探讨了黏土岩THM耦合机理研究的不足和今后的研究方向。

低温冻融条件下岩体温度-渗流-应力-损伤(THMD)耦合模型研究及其在寒区隧道中的应用

寒区隧道的围岩冻胀问题涉及到岩体温度场、渗流场、应力场以及冻融损伤相互作用的多场耦合问题。在THDM耦合机制分析基础上,基于连续介质力学、热力学、渗流力学、损伤力学以及分凝势理论,建立低温冻融条件下岩体THMD耦合模型。该模型不仅考虑体积应变对岩体温度场和渗流场的影响,温度梯度和渗透压力对岩体应力场的影响,还根据寒区工程实际,考虑冻胀压力和冻融循环对岩体劣化损伤的影响。数值仿真某寒区管道工程的冻胀过程,与现场的实测结果对比表明:该模型能很好地反映岩土体由于负温所产生的冻胀现象。在此基础上,分析极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩冻胀力的变化规律,并对隧道在经历不同冻融循环次数后的变形和受力特征进行探讨。研究结果表明:极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩的最大冻胀力达到1.6 MPa,冻融循环对隧道衬砌受力影响较大。

双重介质温度场-渗流场-应力场耦合模型及三维数值研究

在建立双重介质温度场-渗流场-应力场耦合微分控制方程基础上,提出研究裂隙岩体温度场-渗流场-应力场耦合的双重介质模型,对不同介质分别建立以节点位移、水压力和温度为求解量的三维有限元格式,提出该数学模型的求解策略与方法,开发双重介质流固热耦合分析的计算程序,通过模拟地下2200m的高温岩体地热开发系统的算例发现,注入井附近温度场-渗流场-应力场三场耦合作用十分明显的,主干裂隙对渗流场、温度场和应力场的整体分布具显著影响。与渗流场-应力场耦合,应力场-温度场耦合进行比较,探讨各场耦合效应的强弱,可以得出,在一定空间、时间域内,往往存在着起主导控制作用的双场耦合系统,变温条件下温度场对裂隙渗流场具显著耦合作用,从而论证了存在温度变化梯度的岩土工程中进行三场耦合分析的重要性。

温度-拉应力共同作用下砂岩破坏的断口形貌

通过扫描电镜研究温度–拉应力共同作用下砂岩破坏的断口形貌。通过研究不同温度影响后的解理断口、准解理断口、疲劳断口、非主断裂面的二次裂纹和碎裂断口、局部延性断口、沿晶断口及一些奇特的断裂花样,证实温度对砂岩断裂的微观机制产生了影响,随着温度的升高,砂岩的断裂机制由以局部脆性断裂机制为主向局部脆性和延性耦合断裂机制转变。低温下的断口较为光滑平坦,高温下的断口较为粗糙,表明发生过塑性变形,并且高温断口形貌更为多样和更为复杂,这主要是受到高温影响后,岩石内部矿物颗粒、晶体和原子热运动加剧,当岩石受到外部载荷作用时断裂就有可能出现在更大范围的位置。通过一些简单的断裂机制示意图对部分断口形貌进行解释,并报道了一些特殊的岩石断口形貌。综合认为金属断口学研究中所发现的微观断口形貌特征几乎都可以从岩石断口形貌中找到,但由于岩石是多晶体地质材料,高温影响下岩石的断口形貌还将更为多样和更为复杂。

非饱和岩石温度-渗流-应力耦合模型研究

以研究岩石孔隙比和含水量两个基本量为出发点,考虑温度对渗流黏滞系数和孔隙比的影响、温度梯度引起的流体流动以及流体流动引起的热对流的影响,应用修正的Darcy定律、Fourier定律等,推导出非饱和岩石在温度–渗流–应力耦合作用下的平衡方程、流体物质守恒方程、气体质量守恒方程和能量方程。并将建立的多场耦合力学模型应用于一泥岩竖井的开挖、支护过程,重点分析围岩和衬砌内温度场、渗流场的变化规律,以及泥岩竖井在开挖、支护和运行过程中饱和度的变化规律。研究成果对我国地下石油、核废料储存以及高寒地区的隧道工程设计与施工具有重要的指导意义。

国产钢结构用Q345(16Mn)钢在恒载升温条件下的应变-温度-应力材料模型

为了对我国钢结构耐火设计与评估提供基础数据,利用微机控制电液伺服试验机及加温装置和特别设计的变形测量装置,采用恒载升温试验方法,对国产10个钢厂生产的钢结构用Q345(16Mn)钢进行424次试验研究。把钢材总应变分离成初始应变、自由膨胀应变和耦合应变,构造出钢材的应变-温度-应力材料模型。当结构的应力水平确定后,应变-温度-应力模型给出材料应变随温度上升的变化规律,为钢结构的高温变形计算提供支持;如果规定了结构的破坏应变,则可确定结构在给定应力水平下的临界温度用以钢结构保护层厚度计算;如果已确定结构的最高温度和破坏应变,可用该模型计算钢材的设计强度进行钢结构高温承载力复核。所建立的ε-T-k模型可直接应用于任何静定钢构件,也可近似直接应用于约束作用较小或初应力较大的超静定钢构件;当与恒温加载模型联合使用,可应用于火灾中任意力-热途径作用下钢结构的全时程分析。

非线性粘弹体的时间-温度-应力等效原理及其应用

考虑粘弹性材料特征时间的应力相关性 ,认为应力水平与温度、压力、溶剂浓度、损伤以及老化等对材料特征时间的影响相似 ,有其等效性 .依自由体积理论 ,推导了温度 -应力移位因子的表达式 ,提出了时间 -温度 -应力等效原理 .应用此原理 ,可以将不同温度和应力水平下的蠕变曲线移位成某一参考温度和参考应力水平下的主曲线 ,从而可以通过较高温度和应力水平下的短期蠕变行为来预测较低温度和应力水平下的较长期的蠕变行为 .实例分析了高密度聚乙烯 (HDPE)非线性蠕变行为的时间

煤炭地下气化过程中温度-应力耦合作用下燃空区覆岩裂隙演化规律

进行了高温下泥岩和砂岩的热物理性质实验和单轴压缩实验,获得了不同温度下岩石比热容、导热系数、弹性模量和单轴抗压强度等基本物理力学参数。基于热力学与弹性力学理论,建立了考虑岩石损伤演化的温度-应力耦合作用控制方程,并以某煤炭地下气化现场的工程地质条件为背景,对温度-应力耦合条件下燃空区覆岩温度场和裂隙场的演化规律进行了数值模拟研究。最后,采用现场钻孔观测试验法对燃空区覆岩断裂带发育高度进行了探测。现场探测结果与数值模拟结果基本吻合,证明了数值计算模型及预测结果的合理性。

基于温度-应力试验的混凝土抗裂性仿真分析方法

温度-应力试验能够较好地评价混凝土抗裂性,但因其耗用时间长、试验成本大而制约温度-应力试验法的发展。本试验应用温度-应力试验法得到线膨胀系数、自生体积变形、徐变等变形参数随成熟度发展的函数关系,并用B4Cast温度应力分析软件模拟实际浇筑过程中混凝土的温度发展历程,通过仿真计算,对比实际工况下不同配合比混凝土的抗裂性。结果表明:应用B4Cast仿真计算软件可以得到不同温控措施下混凝土内部的温度历程,采用与实际情况接近的温度历程进行温度应力分析,才能客观评价混凝土的抗裂性;在温度应力试验结果的基础上,通过拟合得到混凝土的热膨胀系数、收缩变形、弹性模量、抗拉强度等参数随成熟度的变化规律,再将其用于B4Cast计算出的温度历程,可以对混凝土的开裂风险进行仿真分析;应用此方法得出在同等级下低热水泥的混凝土抗裂性高于中热水泥的混凝土。

并联型软岩温度-渗流-应力耦合三轴流变仪的研制

为研究温度-渗流-应力耦合条件下软岩的长期力学特性,研制了并联型软岩温度-渗流-应力(THM)耦合三轴流变仪。该仪器适用于开展软岩在不同温度和应力条件下的力学特性的试验研究。仪器通过伺服控制实现试验过程中自动稳压、试验数据自动采集以及温度、水压力和应力独立控制的梯度加载,设备采用高精度的LVDT变形传感器对试样的变形进行精确测量。设备可以完成的试验包括单轴压缩试验、三轴压缩试验、三轴流变试验、循环加卸载试验以及稳态与瞬态条件下的渗透性测试。试验机由于其独特的设置可以同时对2个试样进行相同围压和水压,不同轴压和温度的试验,大大节约了试验的时间成本,尤其是长期力学性能试验,同时更为有效地减少试验的系统误差。近一年的试验,表明该试验机稳定性好,测量精度高,是一套功能齐全,使用方便的试验装置。