长阳天池口清江特大桥主拱圈悬臂浇筑斜拉扣挂系统设计

长阳天池口清江特大桥主桥为净跨径242 m的非对称上承式钢筋混凝土拱桥,主拱圈采用单箱单室截面,宽9.5 m、高4.0 m。资丘岸和五峰岸半跨主拱圈各分为24个和21个节段,第1个节段采用支架现浇,其余节段采用斜拉扣挂悬臂浇筑法施工。扣索采用星式和扇形组合方式布置,位于墩顶和扣塔的扣索为星式布置,位于交界墩墩身的扣索为扇形布置,并将墩身上的扣锚索设计成连续索以避免在墩身上搭设张拉平台;扣塔由8根∅800 mm×16 mm钢管组成,两岸扣塔分别高52.68 m和60.12 m;根据锚索最大索力,设计了能承受800 kN张拉力的岩锚索。建立主拱圈悬臂浇筑施工阶段MIDAS Civil有限元模型,对斜拉扣挂系统扣锚索索力进行计算,通过拆除部分扣索和调整扣锚索索力,施工期间主拱圈截面最大拉应力、扣塔最大偏位、主拱圈成拱后线形均满足要求。

近距离煤层采空区下综放工作面巷道合理位置研究

近距离煤层综放工作面开采空间大,采动强度高,下位煤层回采巷道受上煤层采动影响存在应力集中、巷道支护困难等问题,因此近距离煤层综放工作面巷道合理位置的选取对后期支护控制起到关键性作用。以西露天煤矿2煤层和1煤层1分层为研究对象,综合考虑了上煤层开采时的底板应力降低区域和下煤层开采时的极限平衡区域,确定了下煤层巷道的合理位置应在距离实体煤柱内错22.79 m以上的区域。基于上述理论计算结果,分析了上煤层开采后底板应力分布规律及不同内错距下巷道围岩变形破坏特征及规律,结果表明:①距离采空区底板越近,应力最大值与最小值相差越明显;②随着内错距不断增大,围岩应力和应力集中系数呈现急剧降低-缓慢增大-稳定的趋势,在内错距20~25 m内应力及应力集中系数相对较小;③巷道围岩塑性区范围呈现先减小后增大的趋势,当巷道处于内错20,25 m时巷道围岩破坏相对较小;④巷道变形量随着内错距增大而逐渐减小,当内错距增加至25 m时,巷道围岩移进量基本保持不变;⑤确定巷道合理内错距为20~25 m。工程应用结果表明:巷道采用内错距24 m布置时,巷道围岩松动破坏深度及变形量均在可控范围内,进一步证明了该内错距的合理性。

三点弯曲载荷下岩体偏置斜裂隙的应力强度因子

地下巷道(硐室)顶板常因弯曲离层而破断,其破断位置与裂隙几何形态和位置密切关联。为揭示裂隙对岩层断裂的影响,建立了岩体偏置斜裂隙的三点弯曲模型,定义了裂隙的偏置系数和贯通率,分析了裂隙偏置系数、倾角和贯通率三者之间的关系,基于力学平衡原理和σ-K关系导出了偏置斜裂隙与偏置竖裂隙应力强度因子K的关系式。同时分析了裂隙倾角、贯通率和偏置系数对应力强度因子的影响规律。该方法可为裂隙影响下巷道(硐室)顶板的张拉断裂提供判定依据。

超长多跨预应力连续梁桥合龙方案优化设计

整体性好、行车舒适性高的超长多跨预应力连续梁桥越来越多地被工程采用,但其施工过程中往往面临多次体系转化,合龙方式、时间、顺序等则对施工与成桥阶段结构力学行为具有显著影响。针对超长多跨连续梁桥的合龙方案设计,以某全长864.98 m的超长多跨预应力连续梁桥的施工顺序选择开展研究,通过拟定7种不同方式的合龙顺序,利用有限元仿真分析各个施工阶段荷载与约束的转换,分析不同合龙方案下的成桥应力、挠度、支座位移等关键结构行为,比较评估合龙方案的优劣。研究结果表明,从“两侧向中间”的合龙顺序使得成桥的线型与应力变化较小,是最为合理的合龙方案制定原则。

弹体材料不同偏移量脆性带的破碎过程模拟

为了优选弹体材料脆性带加工方案,增强弹丸杀伤威力,提高材料利用率,运用有限元软件ANSYS的显示动力学部分,分别对不含脆性带、含有对称分布以及有偏移量的十字形脆性带合金钢试件断裂过程进行了模拟.通过网格和应力波变化图以及冲击过程中锤头所受阻力加速度和能量转化的对比分析,结果表明:含脆性带的试件比不含脆性带的试件冲击时更易断裂;含脆性带试件断裂先产生应力的位置是脆性带附近,断裂沿脆性带发生;将对称分布和有偏移量的脆性带试件断裂过程对比,能量转化值与锤头所受阻力加速度值相近,说明脆性带的偏移量对试件断裂影响不显著.

典型工况下冲击破岩掘进机工作机构力学特性研究

为探究冲击破岩掘进机典型工况下工作机构的力学特征,发现其薄弱环节并提供改进依据,利用Pro/E软件建立其工作机构三维实体模型,根据冲击锤破岩的力学模型,采用应力波合成理论,并利用Matlab汇编语言求得冲击破岩的凿入力,使用ANSYS软件对工作机构冲击巷道顶部右肩角时两钎杆由不同步到同步破岩的过程进行有限元分析.研究表明:由不同步向同步工况转换过程中,两钎杆应力差、扭矩、扭转变形逐渐减小直至相等;摆动支座与动臂及举升油缸、摆动油缸铰接处,摇臂与动臂、动臂油缸铰点处有应力集中;摆动支座是工作机构薄弱环节,最大变形发生在锤头部;偏载作用导致钎头有明显变形,动臂应力危险区位于受偏载侧,对工作机构力学性能影响较大.

海鸿煤矿5~#煤层下分层工作面回采巷道布置研究

针对厚煤层下分层回采巷道面临压力大、维护难的问题,选取海鸿煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,对该煤矿5#煤层下分层52102工作面回采巷道布置方式进行研究。对比分析了厚煤层下分层回采巷道3种常见的布置方式(垂直式、内错式、外错式),结合这3种巷道布置方式下围岩力学响应的数值模拟结果,确定52102工作面回采巷道最优布置方式为内错式,并基于此构建顶板力学简化模型,推导出巷道受力、弯矩数学表达式。分析了巷道围岩稳定性,并开展现场实测试验,结果表明:52102工作面回采巷道采用内错式布置效果良好,巷道围岩不均匀应力是影响其稳定性的主要因素,在内错距为9 m时巷道围岩变形能够得到有效控制。研究结果对于厚煤层下分层回采巷道合理布置具有一定的指导意义。

浅埋煤层群工作面合理区段煤柱留设研究

为确定浅埋煤层群开采合理的上下煤层区段煤柱布置,减缓下煤层煤柱集中压力和地表裂缝发育,实现环境友好的安全开采,论文以陕北神南矿区柠条塔矿为背景,采用Flac3D分析1^(-2)煤层和2^(-2)煤层工作面同采区段煤柱宽度和不同留设方式的应力和塑性区分布规律,以及不同煤柱错距地表下沉规律。通过物理相似模拟,揭示1^(-2)煤层和2^(-2)煤层区段煤柱不同错距的岩层破断规律。研究得出:1^(-2)煤层合理的煤柱宽度为20 m;下煤层煤柱应力、地表下沉梯度和地表拉裂缝随着煤柱错距的增大而减小,沿倾向煤柱错距达到40 m时下煤层煤柱集中应力和地表拉裂隙明显减弱。同采工作面沿走向错距大于60 m时,地表下沉梯度和地表拉裂隙明显减小。

平行偏置裂纹相互作用及其合并条件

裂纹之间的相互作用因其位置和方向的不同会引起应力场的相互增强或者相互减弱效应.运用FRANC2D软件,对单向拉伸载荷作用下含2条平行偏置裂纹的平板进行有限元分析,计算得到2条平行偏置裂纹在不同几何特征下的应力强度因子和应力变化图,再现了它们相互作用的应力场叠加规律,讨论了裂纹水平间距比(s/a2)、裂纹垂直间距比(h/a2)和裂纹长度比(a2/a1)对应力强度因子的影响以及2条裂纹之间的相互作用情况.结果表明:裂纹尖端内侧在s/a2=-1.4时所受的屏蔽效应最明显,h/a2对应力强度因子的影响因s/a2表现为3种不同的变化规律,且等大裂纹的相互作用最为显著.在此基础上验证了在用含缺陷压力容器安全评定(GB/T19624—2004)中关于非共面的两相邻穿透裂纹合并条件的适用性.

滚子凸度偏移对圆锥滚子轴承接触应力的影响

滚子的凸度偏移对圆锥滚子轴承的寿命有显著影响。通过有限元分析,讨论了圆锥滚子轴承在一定载荷条件下,滚子凸度中心分别向两端偏移时,滚子与轴承内外圈滚道的接触应力变化情况。结果表明:圆锥滚子凸度中心可向滚子大端偏移一定范围,若超出该范围,滚子两端会出现严重的应力差值,使轴承提前失效;且滚子的凸度中心不宜向滚子小端偏移。为提高轴承的接触疲劳寿命,需确定所允许滚子凸度偏移量。

三偏心蝶阀蝶板性能分析

研究了三偏心蝶阀关键部件——蝶板的工作特点和规律,分析了蝶板的受力和变形的分布,并推导出相应的理论公式,得出蝶板边缘应力的分布直接影响三偏心蝶阀性能,而影响蝶板边缘应力主要因素之一是夹角γ的变化,利用有限元分析对结论进行了验证。提出了蝶阀结构的改进意见,对改进三偏心蝶阀设计、改善蝶板应力和变形分布、保证其操作及密封性能起到参考作用。

热场作用下预紧结构与压电传感器输出的研究

压电石英三向力传感器受热影响会导致输出信号产生偏差。基于温度均匀分布假设分析了压电传感器预紧结构在温度影响下的热变形规律,得出施加在压电石英上的热应力是传感器输出信号偏差的主要原因的结论。利用有限元软件对预紧结构加热过程中压电石英所受载荷变化过程进行分析,结果表明,随着热量的流入,压电石英在预紧力施加的方向上的应力变化为-3 315kPa。最后,基于信号偏差的分析结论改进传感器的预紧结构,并设计对比实验进行验证。在240s的加热过程中,改进后测力仪的预紧方向输出信号变化不大于4mV,能够抑制由温度变化引起的输出信号偏差,提高测试准确性。

风力作用下800kV高压交流隔离开关导电闸刀在合闸过程中动触头偏移的研究

从理论计算和计算机仿真两个角度,对不同风力作用下,800k V双柱水平伸缩式高压交流隔离开关导电闸刀,合闸过程中动触头位置偏移量进行探究。模拟结果表明,下部导电杆的应力应变值远大于上部导电杆,下部导电杆根部是导电闸刀的高应变区,应进行结构优化,以降低动触头端点偏移量。此外,进行上部导电杆端部的导向装置验证,验证结果表明,装有导向板装置的隔离开关可满足12级风力的要求。

双层水泥混凝土路面结构临界点位置分析

针对我国水泥混凝土路面刚性、半刚性材料作为基层大量使用的情况,基于弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,采用3维20节点实体单元,讨论了轴载作用下水泥混凝土路面结构(面层和基层)最大荷载应力点的位置、大小和对应的荷位,多轴荷载对最大荷载应力位置和大小的影响,以及移动轴载作用下的最大荷载应力影响线;分析了轴载作用于不同荷位时,基层有无超宽对面层、基层自身最大荷载应力的影响,以及轴载向面层内侧移动时路面结构最大荷载应力的变化规律;讨论了温度翘曲和荷载作用的耦合效应.研究结果可用于确定水泥混凝土路面结构临界点的位置.

地震前后静应力变化分析

以1984年5月21日南黄海6.2级地震为例,计算距震中175 km的苏20井同震水位阶变的应力变化,结果表明,地震造成的应变变化与同震水位阶所反演的应变变化具有相同的数量级,地震引起的同震水位阶代表了地震造成的应力(应变)大小,具有动力学含义。

穿越地裂缝带地铁隧道结构应力预测方法研究

西安地处国内地裂缝发育最强烈的汾渭盆地,地裂缝的活动性会造成地铁隧道结构扭曲及衬砌面开裂并影响地铁的施工及安全运营.采用特殊材料制作几何相似比常数为1∶20的地裂缝与地铁隧道结构相互作用的隧道模型,通过对隧道模型结构应力监测数据与应力预测值进行对比分析揭示了地裂缝位错作用下隧道的变形破坏规律,并建立了地铁隧道结构应力的预测模型.试验结果表明:随着地裂缝位错量的增加,位于隧道结构上部的地裂缝上盘压力增加、下盘压力减小,位于隧道结构下部的上盘压力迅速减小、下盘压力持续增加;位于地裂缝下盘的隧道结构上部整体受拉而下部整体受压,位于地裂缝上盘的隧道结构上部先受压后受拉;位于地裂缝下盘的隧道结构沿纵向发生向下的弯曲变形致使其环向应变表现为拱底受压而拱顶和左右两拱腰均受拉的受力特点;指数平滑法对初始观测值的要求低且受异常值影响小可作为隧道结构应力预测的首选方法,当应力值达到预警值时进行报警采取适当的加固措施可保证地铁隧道的正常施工与安全运营.

胶印机匀墨系统运动及变形特性分析

为分析胶印机匀墨系统的运动和变形,利用ANSYS建立了匀墨系统中串墨辊和匀墨辊的模型,分析了匀墨辊运动、变形、剪切应力、正应力的特点及影响因素。分析结果显示:匀墨辊运动主要受串墨辊转速和串墨辊窜动量的影响;匀墨辊正应力主要受其硬度的影响;匀墨辊剪切应力主要受其硬度和两墨辊间摩擦因数的影响;匀墨辊变形主要受其硬度、串墨辊窜动量、串墨辊转速的影响。

偏心单牙轮钻头轴承接触应力分析

根据偏心单牙轮钻头的几何结构和受载特点建立了有限元计算模型,利用有限元软件分析了偏心单牙轮钻头轴承的接触应力。针对偏心单牙轮钻头的不同偏心距和轴承间隙,重点分析了大径向轴承轴颈底部的接触应力及在相同偏心距和不同间隙条件下止推面上的接触应力。结果表明,止推面、滚道、轴颈根部是牙掌轴颈应力最大的3个危险区域;轴颈底部的接触应力随偏心距增大而增大,且在正常公差范围内的间隙变化对接触应力的影响不明显;止推面上端的接触应力比下端大,制造时应加强止推面上端的强度和硬度。

含偏置裂纹材料断裂韧性的焦散线实验测试

应用落锤冲击加载系统,对含偏置裂纹的半圆盘试件在冲击载荷作用下的动态断裂行为进行了实验研究。结果表明:随着预制裂纹偏置距离的增大,剪应力在裂纹尖端的作用增强,裂纹逐渐由I型向I-II复合型裂纹转变,裂纹起裂需要的时间也略有增加,裂纹在扩展过程中的曲裂程度显著增大;在动态载荷作用下,裂纹的扩展速度在起裂后迅速增大到某一值后呈现不断波动变化的特点,裂纹扩展的平均速度随偏置距离的增加逐渐减小,当裂纹扩展的归一化裂纹竖向长度λ>0.8时,由于冲击点处局部压应力场的影响,裂纹的扩展速度迅速降低;随着裂纹偏置距离的增大,材料的起裂韧性K_(IC)减小、K_(IIC)增大。随着裂纹的扩展,裂纹的扩展韧性有所增大。

地震波作用下埋地管道截面应力偏移效应研究

PE管广泛应用于城镇燃气、水和浆体等输送领域,地震灾害下埋地管道易发生失效.为此,提出了一种地震波作用下埋地PE管G土耦合数值建模方法,研究PE管力学特性,探究管道内压、地震烈度、围土和覆土厚度等对其力学响应影响规律.结果表明,地震波作用下管道截面应力出现偏移效应,而非0°,90°,180°和270°位置;内压作用下管壁应力增加;管道环向应力随着地震烈度增加而增大,且应力偏移效应更加显著.研究结果可为PE管道敷设和安全评价等提供理论依据.