冲击荷载对具有轴向静应力红砂岩应力波传播速度的影响特性

岩体工程爆破开挖时,距爆源不同距离处的围岩体承受不同大小的冲击荷载和地应力。为研究冲击荷载和地应力对岩石应力波传播速度的影响,利用改进SHPB试验装置对红砂岩进行应力波传播试验,设置7个等级的轴向静应力和冲击速度,分别模拟工程中的地应力和冲击荷载大小。基于试验得到入射波和透射波起跳点的时间差,计算岩石的应力波传播速度,得到静应力和冲击速度对应力波传播速度的影响规律。构建岩石应力波传播速度与冲击速度的关系经验模型,探索拟合参数随轴向静应力的变化规律。通过测量冲击试验后岩石的声波波速,得到受载后岩石声波波速随冲击速度的变化规律,探究动载荷对岩石应力波传播速度的影响机理。研究结果表明,具有轴向静应力岩石的应力波传播速度随冲击速度的增加先增大后减小,二者呈高斯函数的变化关系。轴向静应力显著影响应力波传播速度与冲击速度的变化关系,各个拟合参数随着轴向静应力的增大呈现不同的变化趋势。在不同的轴向静应力工况下,受载后岩石的声波波速随着冲击速度的增大呈现“平缓减小—急剧减小”的变化趋势。研究结果有助于分析深部工程岩体爆破开挖应力波的传播规律以及邻近结构的稳定性分析。

卸荷应力路径下饱和粉土静力特性的试验研究

选取杭州城东地铁5号线隧道周边的典型饱和粉土进行不同卸荷应力路径下的静力三轴试验,研究在临近基坑施工情况下地铁隧道周边影响范围内该类土体静力特性的变化情况,并通过加装压电陶瓷弯曲元装置进行弯曲元试验,从而探寻不同卸荷应力路径对土体抗剪强度和变形的影响程度。研究结果表明:土体的抗剪强度指标会随着轴向及侧向卸荷强度的增大而呈现不同幅度的减小,在轴向卸荷应力路径下饱和粉土各静力特性指标变化幅度小于侧向卸荷应力路径下的变化幅度,但在卸荷再加荷应力路径下,轴向应力路径与侧向应力路径的变化对饱和粉土的抗剪强度的影响并不明显。同时,土体抗剪强度与剪切波速之间可以用模型拟合来建立关系,在实际的卸荷工程中对准确获取土体力学参数有实际意义。

轴向静载对变截面杆中应力波幅值的影响

针对变截面构件受到动静组合荷载作用的工程实际,研究轴向静载对变截面杆中应力波幅值的影响。选用铝制备锥形直杆试件,基于动静组合加载试验系统,对试件进行不同轴向静载工况下的应力波传播试验。通过沿轴向不同位置处布置的应变片测定应变时程曲线,以动应变幅值随传播距离及静载的变化规律表征其传播衰减特性。结果表明,轴向静载对应力波下降沿有较大的影响;随着静载的增大,直锥铝杆中应力波传播速度先小幅增加后趋于不变;幅值空间衰减系数呈现“小幅降低—基本不变”的变化特征;试件入射端响应幅值持续减小,且其变化率先逐渐增大,后趋于不变;不同测点的幅值均随静应力的增加近似线性减小,越远离入射端,幅值的变化率越小。

单轴应力状态下石灰岩体静态破碎裂纹演化规律及应用

为了研究静态破碎过程中裂纹演化规律,采用真三轴岩石力学试验机对200 mm×200 mm×200 mm的立方体石灰岩试样进行了单轴应力状态下静态破碎试验,并利用声发射空间定位技术对静态破碎过程中裂纹起裂与扩展进行监测。结果表明:单轴应力下裂纹起裂位置为钻孔中下部,并先后形成两组裂纹,每组裂纹沿孔壁对称分布并大致成一直线;两组裂纹的扩展速率均先快后慢,分为快速增长和快速下降两个阶段,并且下降阶段的裂纹扩展速率小于增长阶段扩展速率;先生裂纹的扩展速度大于后生裂纹;每条裂纹的扩展速度具有方向的差异性,即平行孔轴向方向大于与垂直孔轴向方向;基于弹性力学、断裂力学理论,建立了静态破碎剂作用力与裂纹扩展半径的关系,并通过试验结果验证了该模型的合理性。将研究结果应用于某高瓦斯矿实际地质条件下的强制放顶工程中,确定了静态破碎强制放顶的基本参数,获得了良好的工业效果。

冲击速度和轴向静载对红砂岩破碎及能耗的影响

地下岩体工程爆破开挖中,距爆源不同距离处岩体承受的地应力和动载荷大小不同,从动载荷的角度表征岩石动态破坏结果与工程实际更吻合。为研究动载荷和地应力大小对岩体破碎和能量耗散特性的影响,利用动静组合加载试验装置,分别设置7个冲击速度和轴向静应力等级,对红砂岩试件进行冲击试验。根据试件的破碎状况,分析不同静应力工况下冲击速度对岩石破坏模式和机理的影响。计算不同工况下的应力波能量值,研究冲击速度和轴向静应力对岩石能耗特性的影响。对破坏试件进行筛分试验,研究岩石破碎分形维数随冲击速度和轴向静应力的变化关系。结果表明,随着冲击速度的增大,试件的破坏程度逐渐加大。无轴压时岩石试件破坏后整体仍是一个圆柱体,属于张拉破坏;有轴压时岩石试件宏观破坏后呈沙漏状,属于拉剪破坏。岩石耗散能随冲击速度的升高呈二次函数关系递增;轴向静应力越高,递增幅度越小。随着冲击速度的升高,岩石分形维数由零逐渐增加;随着轴向静应力的升高,分形维数由零转为大于零的临界冲击速度先升高后降低。

具有轴向静应力的变截面岩石应力波频散特性

针对深部岩块几何特征复杂并处在高地应力环境中的工程实际,研究不同轴向静应力和变截面率对岩石应力波频散特性的影响。制备不同变截面率的红砂岩长试件,采用动静组合加载装置,进行不同轴向静应力下的应力波传播试验。采集不同测点处的应力波时域信号,分别进行快速傅里叶变换和小波包变换,研究轴向静应力与变截面率对红砂岩的应力波频谱、主频及频带能量的影响,以频域的角度表征应力波传播衰减机理。研究结果表明:随着轴向静应力的增大,应力波频谱峰值先大幅下降后趋于平缓,其几何衰减速率随变截面率增加的变化趋势由上升变为下降;应力波主频随静应力增加呈现"先增大—再减小—后平缓"的变化特征,主频随变截面率增加的变化趋势由下降变为上升;应力波频带能量在0~15.63k Hz间占比最大,随着静应力的增加,主振频带能量先往高频带发展,后趋向于低频带。

高静应力卸载过程中频繁动力扰动作用下岩石的动力学特性

利用改进的岩石动静组合加载SHPB试验系统,开展矽卡岩在不同静力轴压水平上以不同卸载速率的卸载过程中受频繁动力扰动作用的动力学试验,研究矽卡岩在高静应力卸载过程中受频繁动力扰动作用下的动力学特性,重点讨论静力轴压大小和卸载速率对岩石受频繁动力扰动时的动力学特性的影响。结果表明:当卸载轴压一定时,累计扰动冲击次数与卸载速率成线性正相关关系;而当卸载速率一定时,累计扰动冲击次数与轴压成线性负相关关系;随着轴压卸载速率的增大,当卸载轴压较小时,动态变形模量先增大后减小;而当轴压较大时,动态变形模量持续减小;岩石动态峰值应力与动力扰动次数呈二次函数关系,但随卸载速率的增加,动态峰值应力与扰动冲击次数关系逐渐过度为线性负相关关系;最大动态应变与扰动冲击次数呈正相关关系。

基于流固耦合的轴流泵叶轮强度分析

对某泵站卧式双向全调节轴流泵在正向抽水工况时各个转角下的叶轮强度进行了单向流固耦合计算,首先将CFD计算得到的叶片表面水压力作为结构面载荷加载到叶片上,再利用有限元软件ANSYS计算叶轮的强度,得到了各个工况下叶轮的静应力分布及变形情况。结果表明,在各叶片安放角下,叶轮静应力最大值随着扬程的升高而增大,且均出现在叶片与轮毂的结合处,应力集中易使此处产生疲劳破坏;最大变形量出现在叶片进水边靠近轮缘位置;静应力的最大值远小于叶轮材料的屈服强度,不足以使叶轮产生裂纹。

Q460钢焊接H形柱轴心受压极限承载力试验研究

为研究Q460高强钢中厚板焊接H形柱的极限承载力,以国产Q460高强钢中厚板制作了6个足尺焊接H形柱进行轴心受压试验。6个H形柱均由火焰切割的21mm厚翼缘板与11mm厚腹板焊接而成。试件的主要参数为宽厚比(翼缘板宽厚比分别为3、5、7)与长细比(绕弱轴长细比分别为40、55、80)。为了考虑初始缺陷对轴压H形柱极限承载力的影响,以同样的焊接工艺制作了相同截面的短柱用于测量残余应力。试验结果表明,Q460高强钢焊接H形柱稳定系数适用于我国现行GB 50017—2003《钢结构设计规范》中b类截面柱子曲线。以试件的实测尺寸、钢材的力学性能建立有限元模型,分析预测试件的极限承载力。有限元模型以初始缺陷的形式考虑试件的初始挠度、初始偏心及焊接残余应力影响。分析结果表明,考虑初始缺陷的有限元模型可以较准确地预测轴心受压柱的极限承载力。

大型轴流压缩机焊接机壳的静态有限元分析

在建立大型轴流压缩机焊接机壳有限元模型的基础上,对联接螺栓台阶面与上机壳法兰面和上下机壳法兰面之间的接触问题,以及螺栓的预紧问题进行了处理,应用有限元分析软件对模型进行了分析计算。结果表明,所设计焊接机壳静态下的应力和变形均在允许范围内。可进一步对焊接机壳进行动态特性分析,以便为改进设计提供更可靠的理论依据。

轴向载荷作用下角接触球轴承静态承载能力校核方法

针对角接触球轴承在较大瞬时轴向载荷下的静态承载能力校核问题,分析了导致内、外圈发生接触椭圆截断的极限轴向载荷及该载荷下球与内、外圈沟道最大接触应力的计算方法,并以某型设备轴系所选7008C/P4角接触球轴承为例,给出了校核的求解过程。

原状与重塑粉土固结不排水剪切特性的对比试验

利用应变控制式静力三轴剪切仪,对3组夯实原状饱和粉土试样进行了不同围压下固结不排水剪切试验,在此基础上,又采用干装法和控制固定含水率的湿装夯实法制备了相同干密度的重塑饱和粉土试样,对两种方法制成的试样进行了同样的对比试验。通过对原状试样与不同成样方法的重塑试样的应力-应变关系、有效应力路径和抗剪强度指标等试验结果的对比分析,探讨了两种室内成样方法制备重塑试样的试验结果与原状试样结果的差别以及产生的原因。试验结果表明:在3组对比试验中,两种重塑样之间、重塑样原状样之间的应力-应变关系和有效应力路径均差异较大,湿装重塑样的抗剪强度指标均低于干装重塑样,两种重塑样抗剪强度指标均低于原状样。有效固结后的密实程度并不是导致试验结果差异的根本原因。原状样和重塑样固结过程的孔压消散曲线及正常固结线均有所不同,说明原状样和重塑样的结构不同,是导致试验结果不同的根本原因。

大型轴流压缩机焊接机壳结构特性有限元分析

在建立大型轴流压缩机焊接机壳有限元模型的基础上，对联接螺栓台阶面与上机壳法兰面之间、上下机壳法兰面之间的接触问题以及螺栓的预紧问题进行了处理，并应用有限元分析软件对模型进行了分析计算。计算结果表明焊接机壳静态下的应力和变形均在允许范围内。热一应力耦合作用下的应力分布规律及机壳整体变形结果显示，机壳直径变化处圆周上的应力变化达30～240MPa，局部超过300MPa；进气口一侧中分面法兰上的部分螺栓的应力已超过700MPa，接近螺栓材料的屈服极限（720MPa）；机壳的径向和轴向变形量分别达16mm和15．4mm。

轴向静荷载下受频繁动力冲击时软/硬岩力学特性试验研究

为了对比研究软岩和硬岩在轴向静荷载受频繁动力冲击作用下的力学特性,对取自冬瓜山铜矿的矽卡岩(硬岩)和大理岩(软岩)开展了动力冲击试验。试验结果表明:轴向静荷载对两种岩石累积冲击次数影响显著,累积冲击次数与轴向静荷载呈二次函数下降关系。大理岩和矽卡岩动态峰值应力均随冲击次数的增加而降低,矽卡岩动态峰值应力与冲击次数呈指数函数关系,大理岩动态峰值应力与冲击次数呈线性函数关系。随着冲击次数的增加,动态弹模整体呈下降趋势,矽卡岩在轴向静荷载为75 MPa和90 MPa时动态弹性模量呈现阶段性特征,并出现冲击疲劳期。大理岩动态弹性模量与矽卡岩在轴向静荷载为110 MPa时的变化规律一致。矽卡岩在75 MPa时,在冲击后期出现了吸收能量的现象,但在90 MPa和110 MPa时,整个冲击过程均为释放能量状态,而大理岩在冲击作用下均为吸收能量状态。

溢洪道基础用胶凝砂砾石材料力学性能试验研究

在溢洪道基础用胶凝砂砾石(CSG)材料配合比优选的基础上,通过泊松比、圆柱体轴心抗压强度、静力抗压弹性模量、渗透及静三轴试验进一步研究了材料的力学性能。试验结果表明:CSG材料的泊松比为0.21,抗压弹性模量小于混凝土材料的抗压弹性模量;孔隙率较大,具有中等渗透性,有一定自由排水能力;CSG材料的应力-应变关系存在明显的线性、非线性和软化三个阶段,体应变呈现先剪缩后剪胀的塑性破坏特征,破坏角较大。研究结果为溢洪道基础强度、变形分析提供设计参数,也为CSG材料的应用和发展提供理论依据。

不同静应力作用下砂岩应力波波速及幅值衰减规律

为研究轴向应力对大长径比砂岩中应力波传播特性的影响,利用动静组合加载试验装置,对砂岩进行了小扰动冲击试验,研究了轴向应力对砂岩中应力波波形、纵波波速、应力波幅值衰减规律的影响。研究表明:同一轴向应力下,不同测点的应力波波形变化不大,而轴向应力的改变对应力波波形变化影响较大;存在轴向应力时,应力波中同时出现压缩波和拉伸波,且轴向应力越大,拉伸波越长;轴向应力对纵波波速变化影响较大,波速与轴向应力呈线性变化,而与传播距离呈指数函数衰减;轴向应力对幅值变化有明显影响,随着传播距离增加,应力波起跳时间点逐渐滞后,应力波幅值呈不同程度的衰减,这与波携带的能量被砂岩中孔隙吸收程度有关。结果表明轴向应力通过改变砂岩密度进而影响了应力波传播特性。

考虑空隙压密及损伤演化的轴向静应力对岩石应力波传播的影响研究（英文）

本文基于等效介质方法,通过改进Kelvin-Voigt模型,建立了具有轴向静应力空隙岩石的波动方程。利用谐波法求解波动方程,得到了用纵波波速、时空衰减系数和响应频率等表征的应力波传播理论模型。选用红砂岩制备岩石试件,进行了室内具有轴向静应力岩石的应力波传播试验。通过对比试验和理论模型结果,验证了应力波传播模型的正确性。基于应力波传播理论模型,通过参数研究方法探讨了轴向静应力对岩石应力波波速、时空衰减系数和响应频率的影响。结果表明,本文提出的应力波传播理论可以有效表征轴向静应力对岩石应力波传播的影响,轴向静应力通过改变岩石的有效孔隙度和损伤度影响岩石的应力波传播特性。初始空隙度、岩石空隙和骨架的初始模量、黏性系数和振动频率对岩石应力波波速、衰减系数以及响应频率等都有较大的影响。

光纤应力腐蚀敏感性的测试与计算

光纤应力腐蚀敏感性是研究光纤特性一个重要环节,是反映光纤疲劳情况的一个重要参数,也是检验光纤质量的重要指标。在国内外的产品标准或检测要求中,光纤应力腐蚀敏感性测试也逐渐成为评判光纤性能的重要内容。本文主要简单介绍了应力腐蚀敏感性的测试和计算方法。

轴流式水轮机顶盖强度及模态有限元分析

对某轴流式水轮机在不同工况下的顶盖进行了单向流固耦合计算,运用ANSYS Workbench平台计算得到各工况下顶盖过流面准确的水压力分布,将其作为顶盖下面板水压力载荷加载到顶盖上,得到各工况下顶盖的静应力分布及变形情况.通过对有、无预应力下的顶盖进行模态分析,得到顶盖在2种情况下的固有频率和振型.研究结果表明:在各种工况下,顶盖的最大静应力和最大位移随着水头的增大而增大,均出现在顶盖下面板无筋板支撑处;顶盖在有预应力下的各阶固有频率相对于无预应力下的有所提高,提高幅度在0.5%以内,可以忽略预应力的影响;将顶盖的固有频率与各水力激振力频率比较,两者频率值相差较大,发生共振的可能性较小.研究结果可为轴流式水轮机强度及振动的校核与预测提供依据,并对顶盖结构优化设计提供一定的参考.

浅析对混凝土结构裂缝产生的认识

本文对混凝土结构产生的裂缝进行了较为详细的分类和成因分析,其中分类方法有:按裂缝产生的原因进行分类、按裂缝产生的时间进行分类、按裂缝的形态、分布情况和规律性等进行分类共三种。并对各种裂缝所产生的危害加以说明。最后介绍了《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中对于不同裂缝控制等级的要求。