轮胎胎面与柔性路面摩擦接触的数值分析

应用有限元软件ANASYS建立了包括橡胶胎面和柔性路面结构的有限元模型,探讨了车辆处于自由滚动和紧急制动过程中在不同轮胎/路面界面摩擦系数下的胎面、路表的变形特性和接触应力分布状态。研究结果表明,界面摩擦系数是影响胎面与柔性路面摩擦性能的主要原因,随其值的增加路面弯沉减小,摩擦应力先增加然后保持稳定,但轮胎的磨耗增加,接触压应力增加。适当地丰富路表构造、提高界面摩擦系数能降低路面弯沉,增强紧急制动状态下的抗滑性能;但是当摩擦系数超过某临界值时,随其数值的增大所对应制动状态下的抗滑性能不再提高,且路面压应力明显增加。摩擦特性对路表抗滑性能和路面力学响应的研究提供了一定的理论基础。

初始节理对岩体内部沉陷范围的影响研究与实验验证

采动覆岩断裂直接影响地表沉陷规律,岩体中初始节理的存在使采动覆岩断裂更加复杂,从而导致岩体内部沉陷范围更难确定。首次对岩体中初始节理对采动覆岩断裂扩展规律、采动覆岩断裂范围、采动覆岩断裂分布、岩体内部沉陷范围的影响进行系统研究,提出初始节理对采动覆岩断裂的影响作用,建立了初始节理端部附近的最大切向应力计算表达式和初始节理开裂的力学条件,为岩体内部沉陷范围的确定提供了理论依据。构造了4含有不同分布初始节理的相似材料模型,进行开挖实验,验证结果与实际吻合。

高含沙水流挟沙力计算公式研究

基于现有各家水流挟沙力计算公式不能直接用于高含沙水流挟沙力计算的状况 ,本文引入宾汉切应力 ,并运用能耗原理建立了新的高含沙水流挟沙力计算公式 ,并利用大量实测资料进行了验证 ,验证结果表明 ,本文建立的高含沙水流挟沙力计算公式比现有各家公式概念清晰 ,与实测资料更为符合。

沟谷的隧道效应

深入研究沟谷应力场的一般规律对于岩爆机理和岩爆预测研究是重要的。V字型沟谷应力场的弹性解析解表明 ,在沟谷横断面上 ,存在一个大致平行于沟谷轮廊线的切应力高值区 ;在轮廊线的内法线方向 ,切应力单调减小 ,直至过渡到正常应力区 ,沟谷的隧道效应是显著的。沟谷的下切形成的二次应力场除了关于沟谷中线基本对称外 ,不具备轴对称特征 ,从坡顶到坡角 ,切应力高值区内切应力量级和高值区的宽度逐渐增大 ,在沟谷正下方达到最大 ,甚至有可能突然增大。沟谷深度和坡度越大、构造应力量级越高 ,切应力越大 ;在沟谷横断面上 ,塑性区的厚度具有明显的垂向变化 ,坡顶大 ,中间小 ,沟谷正下方又增大。

落石碰撞恢复系数的现场试验与数值计算

为研究落石碰撞恢复系数的特征及影响因素,开展野外落石碰撞试验,利用FASTCAM SA1.1高速摄像系统及配套软件Motion Plus解析获得落石碰撞前、后的速度,并求得法向和切向碰撞恢复系数。进而利用ANSYS/LS-DYNA软件对部分试验进行仿真分析,数值模拟结果与试验结果吻合较好。研究表明:(1)地面岩土体从基岩、碎屑堆积层至松散碎石土,法向碰撞恢复系数逐渐减小,切向碰撞恢复系数则逐渐增加;(2)法向碰撞恢复系数几乎不受落石边长、入射速度和入射角影响,仅与地面岩土体物理力学性质有关;(3)切向碰撞恢复系数不受落石边长的影响,但随入射速度的增加而递增,随入射角的增加而递减。

屈服准则及切线模量修正的弹塑性计算模型

为提高不同应力状态下金属弹塑性行为的模拟精度,采用含应力三轴度修正的von Mises屈服准则,材料弹塑性本构关系在等效应力-等效应变曲线基础上,提出一个切线模量为主应力函数的理论修正项.将这两个修正项结合,以子程序形式编程嵌入ABAQUS主程序,以此模拟几种不同形状试样的弹塑性行为,并将其他屈服准则在单一曲线假设下编程与之对比.模拟结果与真实试验结果对比发现,对于屈服而言,含应力三轴度修正的von Mises屈服准则比其他屈服理论准确;对于弹塑性阶段计算而言,提出的切线模量为主应力函数这一假设比单一曲线假设更加接近真实试验.

复式山岭隧道沟谷段岩爆机理

岩爆是隧道开挖经常遇到的地质灾害形式之一 ,较高量级的地应力被认为是岩爆发生的必要条件之一。一般说来 ,地应力量级会随着埋深的增大而增大 ,这样 ,浅埋洞段不应有强烈岩爆发生。但是 ,在近年来的一些复式山岭隧道施工中却发现 ,一些埋深很小的沟谷段也发生了频繁而强烈的岩爆。本文对这一问题进行了讨论。沟谷横断面上 ,存在一个半环形的切应力高值区 ,其宽度和应力量级上小下大 ;深埋隧道开挖会在隧道周围形成一高切应力环 ;当隧道垂直山岭走向 ,从沟谷应力环的中下部通过时 ,两环叠加 ,使得围岩应力环境恶化 ,发生岩爆。一般沟谷越深 ,坡角越大 ,水平构造应力的量级越高 ,发生 (强烈 )岩爆的可能性越大。岩爆的主要发生部位应该是拱顶 ,有时可能出现于边墙和隧底交接部位 。

沥青含量对浇筑式沥青混凝土力学特性的影响

浇筑式沥青混凝土是现在水利工程中防水心墙的主要材料,沥青含量是影响其力学性质的重要因素。在室内通过温控高压三轴仪,分别对沥青含量为8.5%,10.5%,12.5%的沥青混凝土试件进行了常规三轴试验。试验结果表明:温度为5℃及10℃时,试件的最大偏应力及切线模量系数K随沥青含量的增加而减小;黏聚力c随沥青含量的增加呈现出非线性减小;内摩擦角φ则随沥青含量的增加呈现出先增加后减少的趋势;试件的蠕变随沥青含量的增加而增加,蠕变速率增加的比例大于沥青含量增加的比例。

单轴载荷下冻土的导电性及机敏性能试验研究

针对青藏铁路北麓河粉质黏土,利用电阻率-应力-应变试验设备,获取了不同温度单轴压缩条件下的电阻率-应力-应变全过程曲线,探讨了冻土导电性能及其机敏性。试验结果表明,在含水率w=17.8%、干密度ρd=1.71g/cm3、加载应变率为1mm/min试验条件下,初始电阻率ρ0、最大电阻率ρm、最大切线模量对应的电阻率ρtm随温度降低而同步增大;冻土在压缩过程中具有较强的压敏性,随着压应力增大,电阻率变化可分为电阻率减小区、平衡区和剧增区;冻土单轴最大切线模量与温度之间呈线性关系,最大切线模量对应的应力及应变σtm、εtm、峰值应力对应应变εm表现出温度敏感性,当T=-15℃时,σtm、εtm、εm值最小;当T>-15℃时,σtm、εtm、εm值随T降低而增大,冻土随温度降低延性增强脆性减弱;当T<-15℃时σtm、εtm、εm值随T降低而增大,冻土随温度降低,脆性增强,延性减弱。

基坑工程侧向卸、加载应力路径试验及模量计算

分析认为,基坑支护外侧的土体有可能产生侧向卸载和加载两种应力路径,因此进行了侧向卸载、加载的应力路径试验,并根据邓肯-张模型的思路和试验结果,推导了侧向卸载、加载的切线弹性模量公式。通过实例计算发现,用推导的切线弹性模量公式,可以得到很好的计算结果,这说明考虑侧向卸载、加载的应力路径的模量公式能够更好地模拟基坑问题。

圆锯片切线辊压适张处理的残余应力分析以及辊压参数优化

利用弹性力学接触理论推导了圆锯片适张处理后残余应力的大致分布,并根据切线辊压的原理建立实际的有限元分析模型,模拟分析了适张处理后圆锯片的残余应力分布,同时研究了适张半径,适张力大小以及适张角度对切线辊压适张效果的影响,根据圆锯片良好适张状态的应力分布特征确定最佳切线辊压参数.结果表明径向应力在辊压带内外均为压应力;切向应力从辊压带内的压应力逐渐向辊压带外的拉应力过渡,并在圆锯片外边缘达到最大值,当辊压力为1 500MPa,辊压半径为135mm以及辊压角度为36°时辊压效果最佳.

基于空间接触的齿根过渡曲线对齿轮弯曲强度影响分析

在齿轮基本尺寸不变的情况下提高渐开线齿轮强度是一个重要课题。提出一种基于实际物理力学模型的渐开线斜齿轮三维模型空间多齿对同时接触的分析方法,应用Pro/E软件,以齿根过渡曲线分别为典型的双圆弧和单圆弧的两对变位斜齿轮模型为研究对象,按照一定的啮合角度变化,得到全方位接触分析结果,确保齿根弯曲强度结果的较高可靠性。通过对两种齿轮齿根应力的比较得出结论:算例中过渡曲线为双圆弧的齿轮齿根应力约为单圆弧齿轮齿根应力的1.3～1.5倍。最后通过VB(Visual basic)语言对Catia软件进行二次开发的方式仿真加工出上述两种齿轮模型,并在相同条件下进行有限元分析。在仿真加工出齿轮模型的齿根过渡圆弧曲率半径不完全一致的情况下,其齿根应力也满足1.3～1.5倍的结论。该分析方法可为齿根单圆弧齿轮的推广与应用提供基础支持。

钢骨-方钢管混凝土轴压柱稳定承载力分析

钢骨-方钢管混凝土柱是一种组合柱设计模式,采用切线模量理论对该组合柱轴向受压稳定承载力进行分析.以核芯混凝土、方钢管和钢骨的应力-应变模型为基础,通过纵向变形协调和内外力平衡条件建立组合柱切线模量临界载荷的计算方法.由于核芯混凝土的应力-应变模型包含了方钢管的约束作用,因此该方法体现了组合柱中钢与混凝土之间的相互影响.7组轴心受压钢骨-方钢管混凝土长柱和41组方钢管混凝土长柱的试验结果表明,该方法可对轴压组合柱的稳定承载力给出良好预测.

圆截面钢管混凝土柱的局部屈曲性能研究

在地震力作用下,钢管混凝土柱在塑性区域发生的局部屈曲会引起承载力下降并使钢管发生塑性形变,通过研究钢管混凝土柱的局部屈曲性能,使用能量法推出了屈曲应力的计算公式。分析结果表明:屈曲应力受钢管弹性模量的影响较大。对42根钢管混凝土柱进行了轴压试验,考虑了长细比、径厚比以及核心混凝土强度3个影响因素,通过将试验结果与计算结果进行对比,得到了钢管在塑性区域内发生屈曲时刻的切线模量。

大型法兰组装焊接时翘曲变形现象分析

通过对大型法兰组装焊接时翘曲变形实例的分析,说明了发生这种变形的原因,并给出了防止此类变形的措施。

混凝土的一种标量损伤弹塑性本构模型

荷载作用下材料性能的劣化是混凝土结构的微观损伤机理,其宏观表现为结构刚度的折减和承载力的降低。论文推导了基于不可逆热力学过程的弹塑性标量损伤本构,给出时间离散的屈服准则。采用基于向后Euler法的应力更新算法——两步图形返回的最近点投影法,推导了满足迭代结果收敛假设的塑性参数及算法刚度张量,给出了空间梁单元本构积分算法的Jacobi矩阵。将模型用于混凝土简支梁的承载力试验模拟,与计算数据对比表明了模型和算法的合理性和有效性。

纤维改性RAC力学性能试验与研究

为了研究纤维材料对再生混凝土力学性能的影响,通过在取代率为30%、50%的再生混凝土试件中,掺入不同含量的PPF-1、PPF-2、RSF-1三种纤维,研究其破坏形态、抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度和变形等力学性能。研究结果表明:含纤维的再生混凝土试件与普通混凝土试件的破坏形态基本相同,而纤维的掺入提高了RAC的抗拉性能,尤其是含PPF-1、PPF-2的RAC效果好于RSF-1;从改性RAC的变形性能数据分析可知,变形控制主要取决于纤维种类及纤维与水泥浆体之间的变形协调作用。对于改性RAC的切线模量,未掺加纤维呈线性递减,而掺加纤维后虽呈下降趋势但较为离散,通过建立纤维再生混凝土的应力-应变、应力-切线模量的数学关系,可以更好的为纤维改性RAC的实际运用提供借鉴意义。

不同应力路径下的邓肯–张模型模量公式

实际工程中,土体可能处于轴向卸载、侧向加载、侧向卸载应力路径下,而邓肯–张模型是在轴向加载条件下得到的,这限制了它的适用范围。本文模拟邓肯—张模型思路推导了不同应力路径下的切线模量公式,从而使模量公式系列化,扩大了邓肯–张模型适用范围;根据不同应力路径试验的结果,发现公式推导中使用的假设可以得到验证。

塑性混凝土相对弹性变形特性试验研究

为了探讨塑性混凝土应力-应变曲线直线段P_1和P_2的取值范围,从而得出弹性模量的取值,通过对4组不同混凝土配合比的48个试件,进行了单轴抗压强度试验。通过试验绘制了典型应力-应变曲线,选取了曲线的近似直线段,进而分析割线模量和计算区间内切线模量均值的相近程度,并对直线段弹性模量计算公式中如何对P_1和P_2取值进行了研究。试验结果表明:塑性混凝土应力-应变曲线上升段存在近似直线段;塑性混凝土的强度<5MPa时,选取60%和80%峰值应力作为弹性模量计算公式中P_1和P_2的值比较符合塑性混凝土的实际情况;反之,则需要更进一步的研究。试验研究成果为解决低强度塑性混凝土材料性能取值难问题提供了一种较好的方法。

水泥固化土应力应变关系特性研究

对水泥固化风沙土进行三轴试验,分析水泥固化土的应力应变关系特性和固化机理.研究表明,应力-应变εa/（σ1-σ3）～εa关系,在不同水泥固化剂掺量情况下,3种围压均表现出很好的线性关系.水泥固化剂掺量相同的情况下,随着围压的增加斜率减小.水泥固化土应力应变关系曲线为双曲线形式,并且符合土的非线性弹性模型中的邓肯一张模型,选取邓肯一张模型作为水泥固化土的本构模型,其中切线模量Et的确定是通过对应力应变关系来确定其破坏比Rf、初始切线模量E、试验中的终值强度（σ1-σ3）f3个参数来完成.水泥固化剂掺入风沙土,使得土中形成坚固的核心,在所有的空隙中形成水化水泥的致密空间网络骨架结构,使得水泥固化土具有较好的整体强度和水稳定性.