舰载飞机着舰撞击载荷实测技术研究

针对国内飞机起落架载荷测量中普遍存在的静标动测问题,从理论和机理上分析了静标定的应变法实测动态载荷存在问题的原因。同时,考虑到舰载飞机因定点着舰方式遭受严重的动态载荷,重点研究了舰载飞机着舰撞击载荷的静标动测问题。通过动态落震试验模拟飞机着舰过程,根据测力平台的实测载荷分析,获取了应变法实测载荷精度受动态影响的程度,提出一种改进的惯性修正方法,即:通过落震试验数据辨识质量矩阵,通过辨识的质量矩阵和实测加速度修正应变法的实测载荷。试验结果表明,改进的惯性修正方法进一步提高了垂向载荷的测量精度,显著提高了航向和侧向载荷的实测精度。

三维静载与循环冲击共同作用下组合煤岩体力学特性试验研究

为进一步研究循环冲击载荷下煤岩体的力学特性,以岩-煤-岩结构试样为研究对象,利用改进后霍普金森压杆试验系统,开展三维静载与循环动态冲击试验,研究冲击入射能及围压对岩-煤-岩结构试样的强度、变形及破坏特征的影响。研究结果表明:相同围压下,总循环次数随冲击入射能的增加而逐渐减少;相同入射能下,总冲击次数随围压的增大而增加;相同围压下,平均应变率随着冲击次数、冲击入射能的增加而逐渐增加;相同入射能下,围压9 MPa时应变率较低且前期增长幅值较为缓慢,围压3 MPa时应变率较高且增长速度较快;峰值应力、变形模量随入射能增加而逐渐递增,随冲击次数增加而逐渐递减;相同入射能下,峰值应力及变形模量随围压的增大而增加;相同围压下,峰值应力与应变率呈幂函数递减,变形模量与应变率呈线性函数递减;循环冲击下,煤岩体破碎程度明显高于单次冲击,破坏主体是煤,破坏形式为剪切-拉伸复合破坏,并且具有明显的率相关性,随着冲击入射能的增加或者围压的减少,煤碎块尺寸较小且块数较多。研究结果可为深部煤岩体动力灾害控制提供理论参考。

车底护板刚度和抗冲击性能CAE分析和优化

以某车型车底护板为研究对象,采用CATIA软件建立车底护板实体模型,使用有限元分析软件Hy-perworks对车底护板进行静态载荷和抗冲击性能仿真分析,评估固定方案、加强筋结构以及材料选择等因素的影响,为车底护板结构设计和材料选择提供理论依据。

循环冲击下预加静载岩石损伤破坏机制

为研究深部地下工程高地应力静载与采掘爆破施工等循环扰动耦合作用下岩石的损伤破坏机制,利用自主研发的多应变率动静叠加岩石力学试验系统,开展了不同预加静载(0.45σ_(c)、0.65σ_(c)、0.85σ_(c))叠加循环冲击荷载以及相同预加静载叠加不同频率(0.5、1.0、2.0 Hz)循环冲击荷载的砂岩动静叠加试验。试验结果表明:动静叠加试验中岩石峰值强度小于静载试验,最大变形量大于静载试验,表明动静叠加荷载对岩石损伤具有显著促进作用,且不同动静荷载叠加下岩石强度、变形、破坏等演化规律具有一致性,其中峰值强度、破碎持续时间与预加静载呈线性负相关,与循环冲击频率呈对数正相关;最大应变、裂隙分形维数、碎块分形维数与预加静载呈线性正相关,与循环冲击频率呈对数负相关;不同动静叠加下岩石表面裂隙与碎块粒径分形维数演化趋势基本一致,且前者略大于后者,表明岩石表面及内部裂隙发育的同步性,相比岩石内部三维应力状态,表面更利用裂隙萌生与扩展;不同动静叠加条件下岩样破坏模式发生转变,随着预加静载的增大或冲击频率的减小,破坏模式经历“斜面剪切破坏—竖向拉伸破坏—整体爆裂破坏”的转变,且爆裂破坏位置由底部向整体扩展。为定量表征循环冲击下预加静载岩石损伤机制,结合理论分析与试验数据,建立了综合考虑静载损伤与不同峰值、频率、次数循环冲击损伤以及应变率强化效应的动静叠加损伤因子,进而开展了4组不同参数下的动静叠加试验,理论计算与试验结果对照误差率分别为0.5%、1.8%、0.6%、1.7%,误差均较小;但基于动静叠加损伤因子的理论计算强度均小于试验强度,初步分析这是由于高频循环冲击下损伤发育存在细观滞后性,循环冲击实际产生的累积损伤小于单次冲击损伤的循环次数倍,后期可开展细观测试,探索循环冲击下岩石细观损伤演化规律,进一步完善理论模型。

高墩大跨连续刚构桥的荷载试验研究

为探明某高墩大跨连续刚构桥在正常运营状态及最不利受力状态下的动静态荷载特性,基于成桥荷载试验方法,开展不同车辆位置、车速等条件下大跨连续刚构桥动静荷载现场试验。试验主要包括正载及偏载两种情况,静荷载试验测试了这两种情况下的主梁应变与挠度,动荷载试验分别在20、30、40 km/h车速下,通过无障碍行车试验和刹车试验,测试了桥梁的冲击系数、自振频率及动应变。在采集处理完现场数据后,将其与有限元软件的理论计算结果进行对比分析。研究结果表明:该连续刚构桥在正载及偏载两个工况下,挠度和应变实测值均小于理论计算值,相对残余应变最大值为18.8%,相对残余挠度最大值为11.71%,均不超过20%;在动载试验中,主桥一、二、三阶竖向实测振动频率均大于理论计算值;该连续刚构桥承载能力满足要求。

人体脊柱动力学数值仿真分析模型建立及验证

目的建立T2~L5胸腰椎有限元模型并验证其有效性,为探究脊柱冲击载荷下的动态响应特性及损伤机制提供数值模型支撑。方法基于CT扫描图像数据建立T2~L5胸腰椎三维有限元模型;仿真分析施加不同力矩下(屈伸、旋转和侧弯工况)T12~L1段载荷-转角曲线,并与文献报道的数据进行对比;对T2~6、T7~11和T12~L53段脊柱有限元模型施加不同高度下的自由落体载荷并进行仿真分析,获得轴向力峰值和弯矩,并与文献报道的数据进行对比分析。结果T12~L1段脊柱有限元模型受不同方向力矩发生最大转角在-2.24°~1.55°,与文献数据吻合良好。在不同跌落高度下,T2~6、T7~11和T12~L53段脊柱有限元模型的轴向峰值力分别为1.7~5.3、1.3~5.5、1.3~7.5 kN,均处于文献数据误差范围内;脊柱与椎间盘应力云图显示,椎体由外缘最先受力,椎间盘由髓核承受主要载荷,符合实际脊柱损伤发生机制。结论所建立的T2~L5脊柱模型能够正确模拟不同工况下脊柱的生物力学行为特性,分析结果具有有效性。

基于元模型和自适应算法的卷状货物运输托盘多目标优化

铁路卷状货物运输托盘设计、改进等工作往往依靠工程经验,通过仿真分析、实物检测的组合方式。然而,这种设计方法过于依赖个人经验,设计效率低,试验资源浪费严重,难以达到预期效果。为将传统设计思路转化为数学优化问题,引入元模型和自适应多目标优化算法对运输托盘进行设计、改进。建立托盘三维模型,制定装载加固方案,进行静载、冲撞工况仿真分析;对托盘进行强度试验(静载、冲击试验),检验仿真分析可靠性;采用SolidWorks和Ansys协同仿真技术,搭建参数驱动化CAE仿真环境;提出基于最大最小距离准则和ESP诱导协同优化的最优拉丁超立方取样方法,创建高维参数空间矩阵;以各工况许用应力、变形阈值为约束,建立多目标优化数学模型;比较不同元模型精度,选择GWO-BP神经网络,搭载自适应第三代非支配排序遗传算法(A-NSGA-Ⅲ)获得最佳参数组合,实现托盘轻量化、不同工况应力最小化。研究结果表明:以铁路RTKD款卷状货物运输托盘为例,进行多目标优化设计,发现托盘仿真分析与实际试验值误差均少于11%,仿真应力分布趋势与实测基本吻合;优化后,托盘质量减少27.97 kg,2种工况最大应力分别减少23.01 MPa和37.21 MPa,符合铁路货物安全运输需求。研究结果为同类型运输托盘的设计、改进提供了工程参考,对铁路卷状货物运输发展有重要促进作用。

不同温度-冲击载荷下煤的渗透率演化规律研究

为了探究不同温度-冲击载荷复合场下煤孔压裂后渗透率变化规律,基于分形理论和经典模型,分析极限冲击载荷和温度引起煤的静态应变和动态应变,推导复合场煤的渗透率模型,利用不同温度-冲击载荷下冲击-压裂渗流实验,了解煤孔压裂时渗透率随温度和冲击载荷变化规律情况。结果表明:当压力<1.0 MPa时,受温度-冲击载荷影响,渗透通道变窄,煤渗透率随冲击载荷升高逐渐降低,随温度升高逐渐下降并趋于平缓;当1.0 MPa≤压力<10.0 MPa时,受冲击载荷作用,导致渗透通道变宽、数量增多,渗透率随冲击载荷增加呈近似指数上升趋势;当压力≥10.0 MPa时,冲击载荷达到极限抗压载荷,煤发生压裂破碎,冲击能量释放,裂隙结构稳定,致使渗透率趋于稳定;复合场作用下,煤孔冲击压裂经过敏感温度渗透和敏感冲击载荷渗透2个阶段;新模型计算数值与试验值基本相同,较好呈现不同温度-冲击载荷下煤孔压裂渗透率变化规律;煤孔压裂煤在较小冲击载荷作用下,渗透率降低,产生滑脱效应;冲击载荷达到煤极限抗拉载荷后,煤内部发生径向和环向破裂,滑脱效应减弱,渗透率增加。

35 T敞顶箱专用卷钢座架静态荷载强度检测及冲击试验

以35 T敞顶箱为例,在通过soildworks机械设计软件对CRTZJ01型卷钢座架进行造型并对其受力进行理论分析的基础上,进行卷钢座架的静态荷载强度检测和冲击荷载试验研究。试验结果表明:试验前后座架整体状态完好,试验后未发现任何肉眼可见的座架变形、焊缝开焊、座架破损损伤等情况,座架相对于车体无明显位移,因此,35T敞顶箱专用卷钢座架满足卷钢铁路安全运输的要求。

动静组合加载条件下煤体失稳破坏能量阈值判定方法及工程应用

以某矿7305工作面地质及开采条件为研究背景,通过研究动静组合加载条件下煤体失稳破坏过程吸收能对煤体破裂的影响规律,提出利用吸收能比率ξ表征煤体存储能量的能力,进而确定动静载作用下煤体失稳破坏能量阈值,并利用该值提出了煤体冲击危险等级评价新方法,并在7305工作面进行工程现场验证,对比7305工作面CT反演监测结果,发现利用煤体失稳破坏能量阈值对7305工作面冲击危险区进行划分,效果较好,判定结果较为吻合。

多因素耦合高静载窄短工作面防冲管控对策

冲击地压是巨野矿区灾害防治的重点,彭庄煤矿地处巨野矿区,属埋深超千米的冲击地压矿井。大埋深工作面多因素耦合高静载工作面冲击风险高,治理难度大。矿井按照“强卸压、强支护、强监测”的防冲技术路线,在3307工作面采取高密度大直径钻孔卸压、顶板爆破预裂、增加被动支护密度等针对性防冲措施,有效降低了采空区三角煤柱应力集中程度,解决受大埋深、采空区、巷道切割、断层等多因素影响的高静载窄短工作面安全推采的问题。

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。

动静组合加载下冲击倾向性煤声发射特性试验研究

采用DTAW-8000型岩石高压动力学试验系统及声发射技术,通过施加不同动载扰动频率的单轴压缩试验,研究了冲击倾向性煤在动静组合加载下的破裂特征与声发射特性参数的关系、分析了冲击倾向性煤受压损伤全过程并建立了损伤演化模型。研究表明:动载扰动频率增强,冲击倾向性煤岩主破裂角呈现先减小后增大的变化趋势,且应力、应变均呈降幅现象;冲击倾向性煤岩内部裂缝的发育、扩展过程与声发射信号紧密相关,煤岩受压全过程的声发射振铃累计数变化趋势可大致分为稳定阶段、突增阶段和缓慢增长直至破坏阶段;煤岩损伤演化模型趋势与试验数据趋势一致;动载扰动频率是煤岩损伤的缓增-急速增长阶段影响煤岩破裂时程的主要因素。

FGQ-600型潜孔锤钻头冲击应力作用下强度可靠性分析

潜孔锤反循环跟管钻头是破碎岩石的主要工具,同时是实现反循环钻进的重要部件之一,广泛应用于地质灾害防治工程中。钻头在钻进过程中承受交变的冲击载荷,易产生应力集中和疲劳破坏。活塞碰撞钻头后产生的应力波传播至钻头与岩石接触面后发生反射引起应力波叠加,使得钻头受力增加。为保证跟管钻头的正常工作,本文利用ABAQUS对不同冲击载荷下FGQ-600型大直径潜孔锤跟管钻头进行模拟及强度分析。结果表明:(1)钻头应力随冲击功增大而增加;(2)在潜孔锤2500 J的冲击功下,钻头体最大等效应力为808.9 MPa,小于材料屈服强度,满足强度要求;(3)起下钻时销轴应力随直径增大而减小,40 mm时销轴最大应力为383.66 MPa,低于材料屈服强度785 MPa,满足强度要求;(4)当销轴直径为16 mm时,销轴发生塑性变形,建议销轴直径≮20 mm。

竖向拼接条板隔墙平面外抗震性能研究

层高较大的条板隔墙竖向往往采用条板拼接的构造形式,竖向拼接条板隔墙平面外强度和刚度较弱,在地震作用下有可能出现平面外破坏或垮塌的情况,为研究拼接预制条板隔墙的平面外抗震性能,进行了4个条板隔墙试件的平面外静载和冲击试验,4个试件分别为:凹凸槽条板隔墙,燕尾槽条板隔墙,凹凸槽条板开洞隔墙,燕尾槽条板开洞隔墙,用于对比不同槽口和是否开洞对条板隔墙平面外力学性能的影响。试件条板之间使用灌缝砂浆连接,在隔墙的一侧和上部使用钢制U型卡件将条板与混凝土框架连接,另一侧和下部使用灌缝砂浆和框架连接。对4个试件进行了气囊施加平面外均布荷载的静载试验和砂袋施加平面外冲击荷载的冲击试验。试验结果表明:接预制条板隔墙满足抗震设防烈度为7度地区条板隔墙的安全性要求,且其平面外抗冲击承载力超过了《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》的相应限值。后续的冲击试验结果显示条板隔墙能承受超过300J冲击能的冲击荷载,静载试验结果显示条板隔墙满足8度区罕遇地震的抗震安全要求。

基于等效静态载荷法的电动自行车车架冲击强度优化

为提升电动自行车车架的冲击强度且保证其轻量化,首先依据标准对车架开展了冲击仿真,获取车架的动态响应;然后利用等效静态载荷法计算得到的静态载荷,对车架进行静态仿真,并与动态仿真下车架的应力和变形进行对比分析,对比结果一致性较好,验证了静态载荷具有等效性;最后采用等效静态载荷,对车架冲击强度进行优化。结果表明,车架的冲击强度得到明显提升且质量降低,实现了车架冲击强度的优化设计。该研究为电动自行车车架的设计提供了参考。

基于静动载试验的预制装配式T梁桥承载能力

为评价新建预制装配式桥梁的结构性能和工作状态,对遂德高速公路九龄岗大桥40 m T梁段进行单梁静载试验、全桥静动载试验以及有限元仿真分析。通过静载试验测试了单梁与成桥阶段控制截面的应变、挠度,并结合有限元计算结果对比分析,采用脉动试验和行车试验获得了桥梁的自振特性、不同行车速度下的动力效应和冲击效应。研究表明:单梁与全桥静载作用下结构应变及挠度校验系数均满足规范要求,卸载后相对残余应变及位移远小于规范规定的20%,结构承载能力良好;边梁在各级加载下的挠度、应变值与荷载横向分布系数均大于中梁,总体上变形、应力分布较均匀,结构抗扭刚度与强度有一定安全储备;脉动试验实测阻尼比为1.139%,小于规范规定的5%,该桥动力特性良好,在结构体系振动过程中具有较好的能量耗散性能;行车试验中随着车速增加,结构动力效应越显著,动挠度、动应变与冲击系数有明显增大的趋势,实测冲击系数为0.065~0.133,表明该桥面平整度良好。

基于震波CT探测的工作面冲击危险性评价及防治

为了提高工作面冲击地压防治效率,鉴于集中静载荷在冲击启动过程中的基础作用,以陕西某矿为工程背景,采用震波CT对工作面开展集中静载荷原位探测和冲击危险性评价,划分冲击危险区域,制定针对性防治方案。结果表明,煤层强冲击倾向性、开采深度大、上方厚硬顶板以及相邻工作面采空区顶板悬而不垮使工作面冲击危险性升高;工作面探测区域内煤层总体处于中等冲击危险等级,并准确划分了冲击危险区域。采用顶板爆破、煤层帮部及底板大直径钻孔卸压技术,切断力源,转移应力,由原来的“防治全巷道”转变为“防治重点危险区域”,提高冲击地压防治效率,得以保障工作面的安全回采。

铁路桥梁缆索锚具参数化设计及试验研究

基于缆索锚具构造要求和设计方法,开展锚具后端椎体内径、锚杯椎体长度、锚杯锥角、冷铸填料摩擦角、锚杯平均厚度等设计参数对锚具的冷铸填料椎体压应力和锚杯环向应力两项受力指标的影响分析,并设计试验索体进行静载和疲劳试验验证。结果表明:与锚杯环向应力相比,冷铸填料椎体压应力是锚具结构设计的主要控制因素;锚具各设计参数存在最优值;通过本文方法设计的锚具,索体静力和疲劳性能均满足相关规范要求。

基于有限元的动力电池系统机械性能仿真分析与研究

为了探究动力电池系统箱体及其内部结构的安全性能,结合企业某款纯电动汽车动力电池系统的几何模型,对其进行仿真分析。基于有限元分析软件对其进行模态分析、静载荷惯性力分析、机械冲击、模拟碰撞以及挤压分析等,多维度进行仿真分析来综合评判其机械性能。通过仿真分析,可验证该动力电池系统机械性能的安全性和可靠性。该结果也表明了该动力电池系统设计的合理性,对后续该动力电池系统的进一步研究奠定了一定的基础。