交叉裂隙砂岩样单轴力学特性与扩展破坏

天然岩体中存在大量交叉裂隙,严重影响岩体构筑物的变形、破坏和失稳规律。以类砂岩材料制作主、次不同裂隙倾角岩样为研究对象,通过采用单轴压缩和数字图像处理(digital image processing,DIC)摄像等试验方法,研究交叉裂隙产状对岩样的力学特性和破坏模式的影响。结果表明:与单一裂隙相比,单裂隙岩样的峰值强度和弹性模量总体上大于含交叉裂隙,表明交叉次裂隙会进一步削弱岩样力学性质。当α≤45°和α=60°且β≤45°时,次裂隙尖端裂纹萌生基本上早于主裂隙,次裂隙尖端裂纹未发生扩展贯通,主裂隙尖端裂纹发生贯通;在α=60°且β≥60°和α=90°时,主裂隙尖端裂纹萌生基本上早于次裂隙,次裂隙尖端裂纹扩展贯通,主裂隙尖端裂纹未发生贯通;裂纹主要沿上下方向扩展,水平向裂纹较少。其中α为交叉裂隙主裂隙与水平方向倾角,β为次裂隙与主裂缝方向倾角。岩样以张拉破坏为主,α为0°和90°时,岩样全部表现为张拉破坏,α为30°、45°和60°时,岩样随β增大表现为从剪切破坏—拉剪复合破坏—张拉破坏的变化,主破坏裂纹受主、次裂隙水平向投影较长的一条控制。

结合视觉Transformer和CNN的道路裂缝检测方法

提出了一种结合视觉Transformer和CNN的道路裂缝检测方法。利用CNN来捕获局部的细节信息,同时利用视觉Transformer来捕获全局特征。通过设计的Fusion特征融合模块将两者提取的特征有机地结合在一起,从而解决了单独使用CNN或视觉Transformer方法存在的局限。最终将结果传递至交互式解码器,生成道路裂缝的检测结果。实验结果表明,无论是在公开的数据集上还是在自建的数据集上,相较于单独使用CNN或视觉Transformer的方法,所提出的方法在道路裂缝检测任务中有更好的效果。

基于近场动力学方法的岩石十字裂纹破坏分析

采用单键双参数键型近场动力学方法对岩石十字裂纹破坏过程进行了模拟。相较于传统的键型近场动力学,考虑了物质点对间法向及切向的移动情况,以此来突破泊松比的限制,同时为避免施加荷载时位移产生突变而引入了线性加载算法,并建立了能准确描述岩石破坏的近场动力学模型,进而模拟了岩石的十字正交裂纹的起裂及裂纹成核的过程。本次模拟将轴向压缩下的含不同位置与不同倾斜角的初始十字裂纹试件的裂纹扩展路径与试验结果进行了对比分析,研究了裂纹的中心点间距、裂纹的倾斜角等因素对裂纹的起裂及裂纹扩展路径的影响。通过对比发现,模拟结果与试验结果吻合性良好。

固体发动机药柱低温点火开裂失效的跨尺度分析

为了准确预测推进剂装药在低温点火过程中是否发生开裂,提出了一种全局⁃局部单向收缩耦合的跨尺度分析方法。针对高能硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂,开展低温中应变率单轴拉伸试验,获取了推进剂的典型失效模式。结果表明,基于发展的推进剂非线性粘弹性本构模型,实现了固体发动机药柱低温点火的宏观结构分析,获取了推进剂药柱结构危险点的位置;同时建立了考虑颗粒与基体界面脱湿和颗粒断裂的细观颗粒填充模型,进一步将宏观结构分析结果作用于相应的细观代表性体积单元(RVE)上。最后,建立推进剂细观失效准则,表明在低温点火条件下药柱结构完整性满足要求。收缩跨尺度分析方法可作为预测药柱在低温点火过程中开裂行为的有效手段。

含裂纹少片变截面钢板弹簧的刚度特性分析

利用SolidWorks和ANSYS软件建立了含裂纹的少片变截面钢板弹簧三维仿真模型,通过分析不同位置、角度、深度的裂纹影响下钢板弹簧的刚度特性,探究了裂纹位置、角度、深度对弹簧刚度的影响规律。结果表明:横向裂纹对钢板弹簧刚度影响显著,裂纹位置越接近板簧根部平直段1/3长度处、裂纹角度越接近90°、裂纹越深,影响程度越大,钢板弹簧刚度越小;纵向裂纹对钢板弹簧刚度的影响轻微,刚度变化很小;一定深度范围内,含裂纹钢板弹簧的刚度较无裂纹钢板弹簧的刚度略大。

松软破碎厚顶煤大跨度切眼变形破坏特征与控制技术

安阳主焦煤矿大断面切眼常采用被动支架沿顶布置,围岩变形量大、易漏冒,工人劳动强度大。针对上述问题,采用数值模拟方法研究了裂隙发育、位移和应力分布与切眼跨度之间的关系,提出了围岩控制策略和支护方案。结果表明,随着切眼跨度的增大,围岩塑性区范围逐渐增加,顶板以剪切滑移或拉剪破坏为主,两帮以泊松效应膨胀拉伸—剪切破坏为主;顶板下沉量、巷帮内挤和底鼓量均逐渐增大;顶煤、直接顶和基本顶部分岩层逐层渐次移动,顶板部分区域出现较大的裂隙,冒落拱以上深部顶板发生整体移动;巷道顶底板中有害拉伸应力区域范围呈现拱形分布,且逐渐增大。根据切眼围岩变形破坏特征,提出了高强度、高刚度、高预紧力的强力支护和被动单体液压支柱补强的主被动联合支护方法。现场工业性试验表明,切眼围岩得到了有效控制,可为类似裂隙发育托顶煤大断面切眼围岩控制提供参考。

基于YOLOv5-RF的糙米内部裂纹识别方法研究

[目的]为准确识别糙米内部裂纹,提出了一种基于改进YOLOv5l的糙米裂纹识别算法——YOLOv5-RF。[方法]使用深度卷积代替CBS(convolution+batch normalization+sigmoid linear unit)模块中的普通卷积构建出DWBS(depthwise convolution+batch normalization+sigmoid linear unit)模块,然后将DWBS模块堆叠成辅助骨干网络,再与原始的Darknet-53主干网络相结合形成基于DWBS模块的同级复合骨干网络,以提高糙米内部裂纹特征提取能力;在颈部网络使用逆向连接层来增强解码端特征的丰富性,用于提高解码端对糙米内部裂纹的识别能力;利用CBAM(convolutional block attention module)注意力模块调整SPPF(spatial pyramid pooling-fast)模块的通道注意力表达,通过构建一种SPPF模块与CBAM模块结合的网络结构来提高编码阶段的语义信息表达质量。[结果]所提出的YOLOv5-RF算法的平均准确率、召回率和准确率分别为94.01%、86.92%、90.85%,相比YOLOv5l算法分别提升了4.72%、6.23%、1.23%,但添加模块对模型检测速度的影响却很小。[结论]所提方法能够准确进行糙米内部裂纹的识别,可为稻谷爆腰率检测提供技术参考。

大跨径PC变截面连续箱梁桥主梁裂缝成因及防治措施分析

大跨径预应力混凝土(PC)变截面连续箱梁桥作为公路主干线常见桥梁,其服役期间连续箱梁病害主要为顶板及底板纵向裂缝,其次为腹板斜裂缝、腹板水平裂缝、横隔板裂缝、齿板锚固区裂缝。文章分析了箱梁各类裂缝的成因,并进一步提出了有效的裂缝防治措施,以供参考。

含不规则跨尺度裂缝的钢筋混凝土厂房吊车梁结构性能分析

钢筋混凝土厂房吊车梁在水电站工程建设中被广泛应用,但高寒区的低温、高风速、低湿度的环境条件易使吊车梁在施工过程中产生不规则表面裂缝,严重影响该混凝土结构的安全服役。由于裂缝尺度远远小于钢筋混凝土吊车梁结构尺度,使得现有计算方法难以有效考虑不规则、小尺度裂缝的真实形态。为解决该问题,提出了一种基于真实裂缝点云的不规则跨尺度裂缝计算方法,在无裂缝网格模型的基础上,将穿过裂缝单元的节点批量投影至裂缝曲面上,建立含精细化真实裂缝的数值模型。该方法具有不改变初始单元类型、无需对裂缝模型进行网格划分的优点,比传统的几何剖分法具有更好的适用性。通过混凝土三点弯曲及楔入劈拉试验验证了该跨尺度裂缝计算方法的正确性,并将其应用至我国高寒区钢筋混凝土吊车梁结构的安全性能分析中,为吊车梁质量评估及后续修复加固提供了有力的技术支撑。

对称X型裂隙类岩体的力学特性及破坏机制研究

为了研究对称X型裂隙对岩石力学特性及破坏机制的影响,对预制对称X型裂隙类岩体试件进行单轴压缩试验和数值模拟分析。结果表明:1)预制裂隙角度影响裂隙尖端的受力状态,是试件裂纹起裂特征和破坏模式的主要因素;2)对比完整试件,裂隙试件的应力-应变曲线峰前出现应力下降现象,峰后表现为延性下降,且峰值强度、弹性模量和弹性应变能明显下降,表明试件的力学特性和能量特征对预制裂隙的敏感性高;3)当0°<α<90°时,随着预制裂隙角度α的增大,Ke和T应力值减小,裂纹尖端抵抗开裂的能力增强,裂隙试件峰值应力增大,且裂尖抵抗Ⅰ和Ⅱ型断裂能力的强弱是造成裂隙试件破坏模式差异的主要原因。

含交叉裂隙试块力学破坏及裂纹扩展研究

大自然中岩体裂隙常常以X型和V型形态分布,为探究交叉裂隙在荷载作用下对岩体力学破坏特性和裂纹扩展影响,分别制作类岩石试块其裂隙倾角为30°、60°、90°,裂隙长度为10 mm、20 mm、30 mm、40 mm,形状为V型和X型的裂隙试块,利用设备RYL-600微机控制岩石剪切流变仪进行单轴压缩试验,分析了含不同裂隙长度和角度下的类岩石试块力学特性及裂纹扩展演变规律。结果表明:含X型裂隙、V型裂隙岩体试块应力强度明显低于完整试块,含交叉裂隙试块应力应变曲线明显比完整试块更早进入破坏阶段;不同裂隙角和裂隙长度会改变原本裂纹萌生、扩展方向以及裂纹最终破坏状态,随着裂纹倾角越大,含交叉裂隙试块裂纹扩展越明显,试块表面脱落面积和数量逐渐减小。

交叉裂隙岩体裂纹扩展试验及混合有限-离散元数值模拟研究

对预制交叉裂隙岩石试样进行裂纹扩展试验,研究了裂纹萌生、扩展、聚合过程,分析了主裂隙和轴向载荷夹角及主次裂隙夹角对裂纹起裂应力和聚合应力的影响,并用混合有限元-离散元程序,即图形处理器并行化的3D Y-HFDEM代码对试验进行了仿真计算,实现了岩石破坏从连续介质向非连续介质的过渡,对裂纹类及损伤破坏模式进行了识别,捕捉到了试验中难以发现的现象。研究表明:随主裂隙与轴向载荷夹角增加,裂纹聚合区的拉伸裂纹数量增加;裂纹起裂和聚合应力与主裂隙与轴向载荷夹角成正比;主次裂隙夹角增加,岩石的破坏模式由拉伸破坏转为剪切破坏,交叉裂隙加剧岩石破碎程度;主裂隙尖端萌生扩展的拉伸-剪切混合裂缝引起的破坏在岩石破坏中占主导地位,是导致岩体失去承载能力的主控裂纹;混合有限元-离散元仿真软件GPGPU并行化的3D Y-HFDEM IDE在岩石裂纹扩展研究中具有优势,可以捕捉实验室难以发现的损伤断裂类型,可以作为岩石裂纹扩展研究的有力工具。

水性渗透结晶材料对混凝土裂缝修复性能的影响研究

为研究水性渗透结晶材料对裂缝修复性能的影响,测试了不同养护湿度、龄期及预制裂缝宽度下混凝土的跨缝超声声速和沿缝劈裂抗拉强度,并对裂缝处混凝土进行SEM和XRD测试。结果表明,水性渗透结晶材料对混凝土裂缝具有较好的修复性能。随着养护龄期延长,试件的超声声速和劈裂抗拉强度均有所提高,其中养护湿度越大提高越明显,混凝土裂缝处修复效果越好;在相对湿度较高(85%、100%)时,水性渗透结晶材料能有效修复0.3 mm以内的裂缝;在相对湿度较低(40%)或裂缝宽度≥0.5 mm时的修复效果不显著;该材料使预制裂缝处形成了大量针状和线状的碳酸镁钙晶体,结晶机理与沉淀反应结晶机理类似。

城市道路水泥混凝土路面病害分析及解决措施

城市道路作为城市运行的基础设施之一,是城市交通的重要组成部分,承担着承载交通、保障行车安全的重要任务,对城市的交通运输和经济发展起着关键支撑作用。随着经济的飞速发展、汽车数量的持续增加及交通运输量的激增,交通压力不断增大,路面损毁的程度日益恶化,严重影响了行车舒适性和道路使用寿命。文章对水泥混凝土路面病害类型进行归类,总结了常见的病害类型及产生原因,并提出相关养护方案,以达到延长水泥混凝土路面使用寿命的目的。

房屋安全鉴定中常见裂缝类型及处理方法

房屋质量影响人们的生命和财产安全,是人们关注的焦点,因此,有必要对存在潜在质量隐患的房屋结构开展房屋安全鉴定及质量隐患处理。文章从常见房屋结构存在的质量问题出发,针对砖砌体结构和钢筋混凝土结构,重点分析了常见的裂缝类型及成因,并结合具体案例,探讨了常见房屋结构类型裂缝处理方法,以供参考。

差异沉降下的拱形门径向裂纹应力强度因子解析解研究

拱形门结构的裂纹应力强度因子是表征径向裂纹尖端应力场强弱的重要参数,但是差异沉降下拱形门结构的径向裂纹应力强度因子面临着难以模式化计算的问题。为此,本文推导了差异沉降作用下的拱形门径向裂纹应力强度因子解析解公式。首先,根据拱形门的对称性,将其分解为正、反对称状态的叠加形式,利用力法对拱形门内力分布进行分析;然后,依据内力情况采用截面法对拱形门径向裂纹截面上的应力分布沿厚度方向进行表达;最后,利用权函数法将权重函数和裂纹表面应力分布的乘积进行积分,得到差异沉降下的拱形门径向裂纹应力强度因子解析解。解析解推导结果与ANSYS数值仿真结果一致,即Ⅰ型、Ⅱ型应力强度因子对差异沉降值与径向裂纹倾角均有显著的线性响应趋势。实验结果表明,本文解析解可以准确有效地将差异沉降下的拱形门径向裂纹应力强度因子进行模式化计算,为裂纹的扩展延伸提供参考。

十字轴表面裂纹仿真与材料的断裂韧性试验

针对万向联轴器十字轴结构安全性问题,从表面缺陷裂纹应力强度因子角度分析十字轴断裂情况。建立十字轴三维模型,运用ANSYS WorkBench对十字轴进行静力学分析,找出十字轴轴径圆弧处应力最大。然后在分析后的模型中插入半椭圆形裂纹,进行表面裂纹分析。最后,在低周疲劳试验机上进行三点弯曲试验与柔度法得到十字轴材料的平面断裂韧性。研究结果表明:在十字轴轴径处裂纹大小长半轴半径c=5mm,短半轴半径a=1mm的半椭圆形裂纹得到十字轴应力强度因子大于材料试验的KIC,十字轴出现裂纹断裂。

汽车底板前横梁内板热成形工艺

针对汽车底板前横梁内板的热成形过程中存在的工艺难点进行了研究,在常规热冲压工艺基础上进行改进,通过有限元仿真软件Autoform建立了有限元模型,对汽车底板前横梁内板热成形过程进行了模拟。分析不同的模具结构及成形方式后发现,在采取增加零件圆角半径并且采用分步热冲压成形的方法时,零件最大减薄率下降到0.146,最大增厚率下降到0.110,成功解决了汽车底板前横梁内板在成形过程中存在的局部起皱开裂问题。并对试制零件进行了力学性能与微观组织检测,发现经过分步热冲压后,微观组织完全马氏体化,抗拉强度为1350 MPa,通过实际制造的汽车底板前横梁内板零件验证了该方案的可行性。

铸造起重机结构疲劳再制造关键技术

铸造起重机常在高工作级别中工作,由于焊接工艺的缺陷,在使用过程中经常产生焊缝开裂等情况,需要进行焊接修复,修复的质量决定了起重机安全运行的时长。针对以上问题,文中提出了一种基于强度的起重机焊缝开裂修复的设计方法,通过对铸造起重机进行实地测量和分析确定易开裂的焊缝位置,并建立对应的有限元整机模型;对产生开裂位置处局部结构进行改进,确定局部应力变化范围,划分子模型;同时以子模型作为研究对象,导入Ansys软件中进行局部应力分析,以加固结构的最大等效应力作为优化目标,对修复结构的特征几何尺寸进行多参数的耦合仿真试验分析,采用交叉试验方法最终得到强度最高的焊缝裂纹修复结构。

非一致性收缩徐变对小箱梁桥腹板竖向开裂的影响

为分析某预应力混凝土小箱梁桥建成通车多年后,跨中腹板集中出现大量竖向裂缝的成因,研究采取封闭及梁底板预应力碳纤维板加固后裂缝依旧发展的机理,建立小箱梁桥截面分层模型,分别表征顶板、腹板、底板的物理力学行为,考虑因理论厚度及配筋率差异导致腹板处的混凝土收缩徐变比顶板及底板处大,推导小箱梁截面因非一致性收缩徐变产生自应力的计算方法。以实桥为算例验证此方法的有效性,计算得到腹板中部截面拉应力最大,截面拉应力沿顶板、底板方向衰减,与实桥裂缝形态一致;计算得到裂缝产生时刻与实际桥梁裂缝出现时刻基本吻合。研究表明:非一致性收缩徐变是导致小箱梁桥腹板竖向开裂的重要因素之一。