考虑水盆效应隧道道床上浮力学特征及计算分析

围绕富水隧道道床上浮底鼓工程问题,本文探索将水盆效应引入隧道无砟道床上浮底鼓病害的研究中。首先,基于应变能和能量理论,结合结构层间接触力学条件,开展隧道道床应力和变形量推导,以验证水盆效应与道床上浮关联的合理性。其次,构建道床变形挠曲线方程和应力和最大变形量公式,得到基底0.5 m水头高度可以引起粘结失效道床上浮底鼓,并通过设定上浮临界水头值划分上浮三阶段:1)初期入渗汇水阶段;2)局部积水阶段;3)水盆上浮阶段。最后,建立不同排水状态下道床横向及纵向上浮量计算公式,形成基底水流量差、压力速率分别与上浮速率及上浮量的关系曲线,形成隧道道床上浮的最小水头高度的计算方法,以助力道床上浮控制的研究和治理措施的改进。

地铁钢轨表面短波不平顺对钢弹簧浮置板道床减振效果的影响测试研究

随着地铁线路运营时间的延长,部分区段钢轨表面出现不均匀磨耗,形成波长迥异的钢轨不平顺。钢弹簧浮置板道床具有良好的减振效果,被应用于各地铁线路。为研究钢轨表面短波不平顺对钢弹簧浮置板道床减振效果的影响,分别在直线段与曲线段选取钢弹簧浮置板道床测试断面和普通整体道床测试断面进行钢轨表面短波不平顺测试及振动测试。结果表明:直线段钢轨表面状态良好及钢轨表面短波不平顺地段钢弹簧浮置板道床的减振效果分别为24.3 dB及24.4 dB,曲线段钢轨表面状态良好及钢轨表面短波不平顺地段钢弹簧浮置板道床的减振效果分别为20.5 dB及20.3 dB,钢轨表面短波不平顺对钢弹簧浮置板道床的减振效果影响较小。

地铁车辆段上盖建筑道砟垫减振机理与效果

为了分析道砟垫对上盖建筑的减振效果,对杭州市某地铁车辆段咽喉区、试车线碎石道床(含道砟垫)轨道和上盖建筑振动响应进行现场测试.考虑桩与土体的相互作用,建立列车-轨道-土体-桩-上盖建筑三维全耦合动力学模型,揭示了车辆段列车引起上盖建筑振动传播的规律以及道砟垫对上盖建筑减振的机理,分析不同车速下道砟垫刚度对减振效果的影响.结果发现,上盖建筑底层振动主频为40~80 Hz,高频成分随着层高衰减明显;建筑顶层振动主频为20~40 Hz,低频成分随着层高有增大的趋势.道砟垫对上盖建筑的减振效果随着频率的增大呈整体改善的趋势,40 Hz以上的频段,结构最大插入损失可达7~12 dB.车速越高,道砟垫刚度越小,道砟垫对上盖建筑的减振效果越好.综合考虑道砟垫压缩量和减振效果,建议道砟垫刚度取值为0.012~0.024 N/mm^(3).

基于FPSO压载水系统管路支架整体水锤效应分析

合理分析管系的水锤效应,对管系的安全性、经济性都有着十分重要的意义。目前对水锤效应的研究往往只考虑流体与管道之间的作用情况,忽略了管系中管道与支架的整体性。为更加准确的计算管系水锤效应发生界面的水锤压力大小,以某深水通用性FPSO管道支架参数为基础,设计了一种易于简化计算的管系模型,通过对比分析仅考虑管道内流体、考虑管道内流体与管道耦合以及管道内流体与管路支架整体系统双向流固耦合时,水锤效应的情况。结果表明,仅考虑管道内流体、考虑管道内流体与管道耦合时,对水锤压力大小影响不大。当管道内流体与管路支架整体系统双向流固耦合时,计算结果有较为明显的降低(在计算工况下降低约6.06%),其原因在于管道支架在水锤效应发生时,产生了一定的变形(在计算工况下最大位移为0.0472 m)。

高速铁路有砟轨道结构振动带隙特性及其对振动传递的影响

为探究三维周期轨道结构中弹性波的传播规律,实现对轨道结构振动噪声的合理调控,本文根据周期结构理论,以Timshenko梁、Mindlin板梁波动理论为基础,采用三维平面波展开法,建立包含道砟在内的三维周期轨道结构模型,并依据波叠加法进行力锤敲击实验验证模型的正确性。利用该模型对轨道结构进行弹性波模态和参数分析。本文提出的广义平面波解析法与波叠加试验方法得到的结果基本吻合,该试验方法对三维周期轨道频散特性研究具有较好的适应性。结果表明:提高道砟剪切刚度会增强结构在带隙频段内的衰减能力,剪切刚度从0.05 MN/mm增加到0.09 MN/mm,带隙宽度减小率从0.06 Hz/MN增加到0.21 Hz/MN;振动衰减频段宽度在道砟参振质量为500 kg时对振动的衰减最多。当负载激励频率在频率间隙带内但接近通带时,出现异常多普勒效应。高速铁路有砟轨道低频带隙对高速列车的衰减能力要高于对低速列车的衰减能力,高频段带隙对高速列车的衰减能力要低于对低速列车的衰减能力。

振动效应对铁路道砟剪切性能影响的离散元数值模拟

铁路道砟在传递移动列车载荷时会产生明显振动及接触迁徙行为,从而诱发道床的破碎劣化及非均匀沉降变形,道砟材料的抗剪性能研究对于碎石道床动力学行为及维养评估非常重要。为进一步探究铁路道砟的剪切力学特性,基于Minkowski Sum理论构造了扩展多面体单元,采用三维Voronoi切割算法生成了非规则扩展多面体道砟颗粒。通过最小投影方法对单元进行粒径识别和筛选,建立了符合铁路道砟级配要求的扩展多面体道砟模型数据库。对比了不同法向应力下铁路道砟准静态直剪试验及离散元模拟结果,验证了扩展多面体道砟接触参数的合理性。在此基础上,开展了振动效应下的道砟动态直剪离散元模拟研究,分析了振动角度、幅值及频率对道砟材料抗剪性能的影响。结果表明:构造的扩展多面体道砟离散元模型能够较好地反映非规则道砟间的强咬合互锁接触作用,并有效模拟直剪过程中的剪切应力-应变的变化及剪缩-剪胀行为。正则化下不同法向应力对应的铁道道砟剪切强度更适合采用幂函数拟合表示。振动场的存在会明显降低道砟颗粒的抗剪性能。当振动方向与剪切方向一致时(振动角度为0°),道砟的剪切强度被明显削弱;随着振幅及频率的增大,道砟颗粒的剪切强度也会显著降低。该研究表明在实际碎石道床性能评估中,需要更多地关注铁路道砟的动态抗剪性能。

高强粉质黏土-水泥搅拌土固化剂配比研究

为提高粉质黏土-水泥搅拌土强度,使其与钢筋或型钢共同作用形成水泥土搅拌墙。以南昌地区粉质黏土为例,在现有水泥土改良剂性能研究基础上,通过选择合适的固化剂,采用正交试验,对16组粉质黏土改良方案形成的搅拌土开展室内无侧限抗压强度试验和渗透试验,研究水泥、水玻璃、生石膏和生石灰不同配比对粉质黏土改良后强度性能的影响,并对试验结果进行了极差和方差分析。结果表明:对搅拌土的抗压强度影响程度从大到小依次为水泥掺量、水玻璃掺量、生石膏和生石灰掺量,确定粉质黏土固化改良的最优配比为水泥掺入比24%、水玻璃6%、生石膏2%、生石灰0、萘系减水剂1.5%,并推荐在水灰比为1.5、粉质黏土含水率为12%时使用。经过筛选固化剂和优化配比后,粉质黏土在标准龄期28 d时强度可以达到8.6 MPa。最后通过扫描电镜试验,对高强粉质黏土-水泥搅拌土的微观结构进行了分析,阐述了高强水泥搅拌土的产生机理。

多等级减振预制道床减振效果及振动位移研究

为了研究不同等级复合减振预制道床的减振效果,以青岛新建地铁4号线张彭区间隧道段为研究对象,测试70km/h的速度下高、中等级复合减振垫预制道床轨道和普通道床轨道的振动及位移响应,通过引入铅锤Z振级分频振级均方根值及Z振级传递损失进行综合评价,分别在时域和频域内对2种减振等级的复合减振垫预制道床轨道和普通道床轨道的振动特性进行对比分析,结果表明:(1)3种不同减振类型道床轨道的隧道壁分频振级均在50~80Hz处达到最大,高等、中等减振道床与普通道床相比较,其减振效果(分频振级均方根差值平均值)分别为13.9 dB和8.5 dB;道床与隧道壁之间的Z振级传递损失值分别为45.8 dB和35.1 dB;(2)高等、中等减振道床以及普通道床在实际运营过车时,道床垂向位移分别为2.298、0.265和0.058 mm,道床横向位移分别为0.058、0.025和0.019 mm。多等级减振通用预制道床对20 Hz以上振动减振效果明显,同时可根据不同需求自由选择和更换减振等级,对减振通用预制道床的发展具有一定的指导意义。

有砟轨道桥梁梁端轨道不平顺成因分析及病害整治

针对高速铁路有砟轨道桥梁梁端区域轨道高低不平顺病害,开展病害影响因素及影响机理研究,提出病害整治和结构优化设计建议,确保列车运行平稳性与安全性。根据梁端区域轨道不平顺TQI值及动检车检测数据,通过分析桥梁徐变、梁缝连接板刚度、温度作用、温度跨长度等因素对梁端区域轨道不平顺的影响,得出病害严重程度主要受温度作用和温度跨长度影响;同时对温度影响机理、影响规律进行深入分析,并提出制定合理的管理阈值提高整治措施的有效性。

周期性有砟轨道结构垂向弯曲振动波复频散分析

轨道结构的周期性特征对于其内振动波的传播具有滤波特性,开展频散分析对于了解轨道结构的振动传递特性具有重要意义。鉴于此,以有砟轨道结构为研究对象,基于虚拟弹簧模型和能量泛函变分原理提出了能够考虑阻尼因素与材料频变效应的轨道周期结构复频散计算新方法。通过与既有文献结果对比验证了文章方法的准确性,并利用该方法分析了扣件刚度频变效应、扣件阻尼和道砟阻尼对轨道结构振动波复频散特性的影响规律。研究结果表明,刚度频变效应及扣件、道砟阻尼对于振动的衰减域及衰减速率有着较大的影响,轨道结构振动传递分析中必须予以考虑。

碎石铺设位置及粒径对路基降温效果影响的室内试验

为了考察粒径及铺设位置对多年冻土区碎石路基降温效果的影响,采用碎石、卵砾石和砂砾石三种材料在单一结构、复合结构和混合结构三种情况下,在尺寸为50 cm×50 cm×65 cm的绝热箱体内进行了顶面气温周期性波动的一维传热试验.试验结果表明,碎石粒径为2～4 cm、4～6 cm、6～8 cm和10～15 cm的单一结构碎石体中均可产生自然对流机制,其中以碎石粒径为4～ 6 cm的碎石体降温效果最佳.采用不同粒径的混合结构或有上覆砂砾石和卵砾石层的复合结构都将削弱降温效果.碎石体的平均温度随碎石厚度增加而降低.为充分利用自然对流机制,多年冻土区应采用单一粒径为4～6 cm的碎石铺设路基,不应采用不同粒径的混合结构.碎石层应铺设在路基顶面.

青藏高原封闭道碴层对下部多年冻土保护作用的现场实验研究

为了研究封闭道碴层对其下部多年冻土是否具有积极的保护作用,在青藏铁路北麓河试验段附近建立了封闭碎石道碴坑和卵石地表对比试验场,并对下部地温进行监测.结果发现:经过两个冻融循环后,道碴坑底部(1.3 m深度处)年平均地温为-1.11℃,比卵石地表相同深度低0.73℃;道碴坑中部(0.7m深度处)年平均地温为-1.60℃,比卵石地表相同深度地温低1.4℃.封闭碎石道碴层可以提升冻土上限,降低多年冻土温度,对下部多年冻土起到很好的保护作用.封闭道碴层的这种降温效果是由于道碴层具有可变导热系数的特点,暖季道碴层上部温度高,下部温度低,不产生对流,等效导热系数小,传入道碴层以下土体的热量较少;相反寒季道碴层上部温度低,下部温度高,产生自然对流,等效导热系数增大,有利于道碴层以下土体释放热量.

碎石粒径对寒区路堤自然对流降温效应的影响

介绍了一种研究路堤碎石层自然对流效应的实验方法。对由碎石、卵砾石和砂砾石组成的6种试样进行了实验研究和理论分析,结果表明,在表面温度周期波动条件下,碎石层中能产生有利于寒区路基稳定的自然对流降温效应,利用平均Rayleigh数可确定碎石层自然对流的发生情况。在相同边界条件下,不同粒径的碎石层将产生不同的自然对流降温效应,其强度随粒径的增大而增大,并随表面温度周期波动而具有时间累加性。同时,确定何种粒径碎石的冬季降温效应为最佳还需要综合考虑其热传导性质。

垂直发射极镇流电阻在HBT中的发射极电流集边效应中的作用

在异质结双极晶体管 (HBT)功率器件中可以引入外延生长的发射极镇流电阻 ,以改善其热稳定性 .通过理论计算和实验表明这种低掺杂的外延层不仅能作为镇流电阻 ,而且在功率

青藏铁路道砟层对冻土路基热状况影响分析

在青藏铁路北麓河试验段设置试验断面,对地温及热流量进行观测,研究青藏铁路道砟层对路基下伏冻土热状况的影响。研究分析表明:道砟层在暖季阻止外部热量进入下伏冻土,冷季阻止路基内部热量扩散,且道砟层在暖季保温效果明显,而在冷季其降温效果并不明显;相同深度处道砟层下土体的年平均温度比砂砾路面下土体的年平均温度约低2℃;道砟层对路基下伏冻土起降温效果主要是因为其在暖季屏蔽了大部分外界热量,促使道砟层下土体年总热量收支呈现负值,从而起到很好的降温效果。因此,铺设道砟层有利于冻土路基的热稳定性。

有碴轨道下沉变形参数影响分析

为理解轨道下沉变形产生与发展机理及主要影响参数,以道床下沉为例,运用车辆-轨道耦合动力学理论和轨道下沉变形法则,借助已开发的仿真分析程序,分析了运营条件与轨道结构参数对道床下沉变形的影响。分析结果表明:车辆运行速度、车辆轴载、线路运量是轨道下沉破坏主要控制因素;采用重型钢轨、大截面尺寸轨枕和重质道碴可以降低道床下沉量;轨枕间距大,道床弹性模量高,不利于道床下沉变形的控制;当路基K30模量小于90MPa.m-1时,道床下沉量随着K30值的增加而增大,当K30值大于90MPa.m-1时,随着K30值的增加道床下沉量反而降低。可见,为了阻止有碴轨道下沉变形,应注重轨道结构参数的匹配,合理安排运输。

一种用于电子镇流器整流效应的检测方案

处于寿命晚期的高强度气体放电(High Intensity Discharge lamp,简称HID)灯的一个非常典型的特征就是整流效应,严重的整流效应会威胁到镇流器的可靠运行。现针对电子镇流器(Electronics Ballast,简称EB)最常用的桥式逆变电路,分析了出现整流效应前后,电路中若干元件的电气参数变化。由此提出了一种能够准确检测整流效应的方法,并在此基础上,提出了整流效应的应对措施,目的是在保证EB能可靠运行的前提下,尽量提高HID灯的使用寿命。通过仿真和实验,验证了所提方案的正确性和可行性。

压载水处理UV模块的CFD数值模拟及实验研究

针对船舶压载水系统对紫外(UV)杀菌器腔体设计技术水平要求高的特点,应用计算流体动力学(CFD)方法对UV杀菌器中压载水的杀菌过程建立数值模拟模型,并以300 m3/h处理量的UV杀菌器为对象,对其内部流场进行了模拟计算,重点对水力、辐射、剂量进行了模拟分析,获得了腔体内辐射剂量分布情况,并通过生物实验来检测实验装置是否满足IMO标准.

基于CFD的无压载水船型浅水中岸壁效应数值模拟

基于贯通流系统设计无压载水船型,在保证无压载水化的基础上,分析其操纵性相关的水动力特性,以系列60船型改造后的新船型作为研究对象,基于CFD方法,选用混合网格和SST k-ω湍流模型对船舶浅水航行的岸壁效应问题进行数值模拟,利用粘性流对叠模求解。为验证网格划分和数值方法的合理性,对系列60船型进行数值模拟,将计算结果与他人计算结果进行比较,基本吻合。对新船型进行数值模拟,计算出其在浅水中不同岸壁距离以及不同航速下的阻力、横向力和转艏力矩,与系列60船型的计算结果进行比较,分析结果表明,新船型弱化了浅水中的岸壁效应,优化了水动力性能。