Mechanical properties of rock under coupled static-dynamic loads

Rock drilling machine,INSTRON testing system,and SHPB device are updated to investigate the characteristics of rocks at great depth,with high loads from overburden,tectonic stresses and dynamic impacts due to blasting and boring.It is verified that these testing systems can be used to study the mechanical properties of rock material under coupled static and dynamic loading condition and give useful guidance for the deep mining and underground cavern excavation.Various tests to determine the rock strength,fragmentation behavior,and energy absorption were conducted using the updated testing systems.It is shown that under coupled static-dynamic loads,if the axial prestress is lower than its elastic limit,the rock strength is higher than the individual static or dynamic strength.At the same axial prestress,rock strength under coupled loads rises with the increasing strain rates.Under coupled static and dynamic loads,rock is observed to fail with tensile mode.While shear failure may exist if axial prestress is high enough.In addition,it is shown that the percentage of small particles increases with the increasing axial prestress and impact load based on the analysis of the particle-size distribution of fragments.It is also suggested that the energy absorption ratio of a specimen varies with coupled loads,and the maximum energy absorption ratio for a rock can be obtained with an appropriate combination of static and dynamic loads.

Prediction of Static Strength of Tubular T and X Joints Subjected to Axial Compression

-The formulation of ring analogy method for the prediction of static strength (ductile collapse) of tubular T, X joints under axial compression based on the limit analysis of the ring with some assumptions is presented in this papaer. The regression formula for the effective length of the chord based on test results is established by means of the least square method. The results computed by the present semi-analytic formula are compared with previous results and test data. They are quite close to each other. The accuracy of the present formula depends on the reasonable selection of the effective length of the chord, which requires numerous test data.

粉煤灰改良粉砂土动静力学特性研究

为探究不同粉煤灰掺量粉砂土的动力特性和粉煤灰改良粉砂土的改性机理,以绥化—大庆高速公路路基填土为研究对象,开展无侧限压缩试验和动三轴试验,分析粉煤灰掺量对粉砂土静力学特征影响情况,以及围压、动荷载加载次数和粉煤灰掺量对改良粉砂土动强度的影响规律。结果表明:围压相同的情况下,土体的无侧限压缩强度和动强度,均随粉煤灰掺量增加先升高后降低;加载次数相同时,围压越大,土体动强度越大;选取加载次数为100次动强度进行拟合分析,得出粉煤灰掺入量与动剪切强度对应关系的经验公式。为改善路基强度,加快粉煤灰综合利用进程,结合试验结果与数据分析,建议在粉砂土路基掺加质量比15%粉煤灰进行路基施工。15%粉煤灰掺入量的改良粉砂土对比素土,存在颗粒紧凑,孔隙更小,结构相对致密,骨架更强等优点,可为东北地区粉砂土改良等工程建设提供参考。

并联导弹挂架结构减重优化设计

为实现某新型并联导弹挂架的减重需求,以并联挂架的转接梁为典型对象,利用有限元进行了转接梁的强度分析,确定了最大应力位置和应力分布。通过等效静态载荷法和子模型技术相结合的方式,进行了转接梁子模型的多工况拓扑优化,获取了材料最佳分布。对几何重建模型进行了尺寸优化,在同时考虑质量、变形和应力的基础上,实现了转接梁结构的详细设计。结果表明,优化后的结构在满足强度条件下,重量减少了43.1%,最大应力下降了13.1%,可为同类产品的减重设计提供参考。

塑性材料拉伸时加载速率对屈服强度影响的分析研究

通过对塑性材料在常温下进行不同加载速率的拉伸试验,分析加载速率与材料屈服强度之间的关系,并通过最小二乘法拟合、指数函数拟合、对数函数拟合、幂函数拟合和拉格朗日插值拟合进行加载速率与材料屈服强度之间的曲线拟合。曲线拟合结果表明:屈服强度关于加载速率增加而增大,屈服强度从最小值283.67KPa,增大至303Kpa,增大值所占比例为6.38%~6.81%;六阶曲线拟合图最能反映屈服强度与加载速率的关系。

基于大变形加载及精确测量的轻质机翼静强度试验技术

针对轻质柔性机翼在静强度试验中载荷量级小、受载变形大等特点,本文提出了一种大变形轻质机翼静强度试验的加载与测试方法,制定了包括试验件支持与约束、试验载荷分配、试验加载及控制、试验测量与采集的试验技术方案。通过应用预偏加载技术、伺服电机协调加载控制技术和MPS实时工业摄影测量技术等,实现了对轻质柔性机翼的静强度试验验证,满足试验要求,可为后续同类试验提供借鉴与参考。

某车型钢板弹簧纵向受力工况分析

在商用车悬架中,钢板弹簧是应用最广泛的弹性元件,在日常设计中,开发人员往往更关注垂直载荷对钢板弹簧的影响,而忽视了极限工况中纵向冲击对钢板弹簧的影响。文章通过实例,分析车辆在受到纵向加速度时钢板弹簧的纵向受力,并计算其强度,以及钢板弹簧在纵向扭曲工况下的设计注意事项。在日常设计中,针对钢板弹簧在垂直工况的设计应力在400~500 MPa,但纵扭工况下,从结果可以看出,前簧的应力达到了510.2 MPa,比垂直工况下的应力还大,因此,其纵向受力所产生的应力不应被忽视。

多工况下卸船机钢结构的静载强度分析

针对卸船机钢结构进行技术分析,依托卸船机的实际结构和载荷条件,构建条理清晰、结构合理的有限元模型,对卸船机钢结构静载强度设定相应的输送量与螺距,以预测其在不同工况下的性能表现。结果表明,卸船机钢结构在外部作用力的影响下,钢结构静载强度在不同工况下呈现明显的差异。进一步进行了有限元仿真结果分析和静载强度检测结果分析,对卸船机钢结构的静载强度进行了全面评估。本研究为相关领域的工程实践以及设计和优化卸船机钢结构提供了参考。

细木工板横向静曲强度测试中加载受力位置与最大载荷关系探讨

为探讨在细木工板横向静曲强度检测中加载辊不同施加压力位置对试件最大载荷的影响,依据GB/T5849—2016《细木工板》中的静曲强度和弹性模量测定方法,进行了对比试验。结果显示,加荷辊施加压力在拼缝隙处的测试数据比避开芯条侧面缝隙加载方式测得的最大载荷偏低约14%,从而要求相关检测人员操作时需要严格按照相关标准要求进行试验。

贝雷桥在青山冲水库工程中的设计及应用

青山冲水库工程为贵州省重点水源项目之一,是一座以灌溉、供水为主的中型水利工程。青山冲水库工程进水口交通桥承担着金属结构及机电设备安装通行的重要作用,具有跨度大,承受荷载大等特点。工程中使用的贝雷桥是使用高强度钢材制成的轻便标准化桁架单元结构,由横梁、纵梁、桥面板、桥座及连接件等组成,安装便捷,节省工期。通过贝雷桥的设计、施工、试验、验收及备案等方面全面阐述贝雷桥在青山冲水库工程中的设计及应用情况,具有一定的经济效益及推广价值。

基于ANSYS Workbench的机柜静强度分析与仿真

针对板材结构机柜静强度校核的问题,首先通过理论计算了常用托板承载时的剪力和弯矩,分析了危险截面处的应力情况。然后利用Ansysworkbench有限元软件得到的仿真数据与理论值进行了对比并探讨了托板的载重极限值。最后,对柜体施加惯性载荷工况用以模拟真实环境条件。结果表明,应力的理论计算值与有限元仿真之间的误差为0.19%,2.5 mm厚的板材结构柜体及托板能够承受标准地球重力下150 kg的静载荷和纵向加速度0.2 g、横向加速度0.2 g、垂向加速度1.2 g的惯性载荷。

A new model for evaluating the dynamic shear strength of rocks based on laboratory test data for earthquake-resistant design

The dynamic shear strength of rocks is required for the earthquake-resistant design of nuclear power plants in Japan.This research aims to propose a mathematical model for estimating the dynamic strength and to validate the model.Two different types of specimens were prepared for the model validation,and the monotonic and cyclic loading tests were conducted to obtain the mathematical model parameters.Subsequently,multistep cyclic loading tests were performed,followed by simulations using the mathematical model.The test results demonstrated that the dynamic shear strength exceeded the static shear strength,which agreed with previous researches.Furthermore,the dynamic shear strength calculated using the mathematical model was generally consistent with that obtained from the experimental data.

高强钢丝布-聚合物砂浆加固混凝土楼板的静载试验研究

基于中国建筑东北设计研究院老办公楼改造项目,为研究高强钢丝布-聚合物砂浆加固法在楼板加固中的受力性能,模拟老办公楼楼板制作了同跨度、近似等强度的钢筋混凝土试验基板,进行了试验基板(B1类)、试验基板板底采用高强钢丝布-聚合物砂浆加固(B2类)、试验基板板底采用高强钢丝布-聚合物砂浆和板顶采用钢筋混凝土叠合层加固(B3类)的3类实比例楼板的静载试验。试验结果表明:在试件挠度达到L/200之前,跨中正筋拉应力未达到屈服,荷载主要有高强度钢丝承受;在跨中挠度达L/200时、产生相同裂缝宽度0.200 mm时和极限承载破坏状态时,加固后的楼板承载能力均有大幅度提高;板边支座形式对承载力影响较大,采用连续板相比简支板形式,能较大提高承载力。

大型水陆两栖飞机起落架静强度试验高载多压缩量加载技术研究

大型水陆两栖飞机主起落架结构复杂,静强度试验工况多、垂向载荷高,且缓冲支柱压缩量多,为典型的小空间内高载多压缩量试验模拟技术问题,试验设计难度较高。该文提出杠杆分载与压缩量调节结合、优化试验工况顺序的技术方案,并设计可升降等强度等比例杠杆加载系统和多压缩量便捷调节装置,形成大型飞机起落架静强度试验高载多压缩量加载技术,具有便捷、高效、安全和可靠的优点,有效解决小空间内的垂向高载和多压缩量模拟技术问题,已成功应用于大型水陆两栖飞机起落架部件的适航验证试验。

民用飞机全机静力试验前机身工况配平载荷设计

民用飞机全机静力试验中加载方案复杂,为了简化试验加载数量,传统的配平方案主要保证考核区的加载准确性,而将非考核区的载荷简化到若干加载点上。通过试验数据发现传统的配平方法对飞机机身这种薄壁结构,非考核区的配平对考核区影响较大,即使非考核区距离考核区很远;以某飞机前机身严重工况为例,基于飞机全机有限元模型,研究静力试验的载荷配平方案;通过对比分析态载荷与传统试验态配平载荷方案下的内力解,对传统全机静力试验载荷配平方案进行优化。结果表明:优化后的试验态内力解与分析态内力解基本吻合;对于飞机机身薄壁结构,圣维南原理并不适用,全机静力试验的载荷配平要与真实工况受力情况吻合,才能达到试验验证目的。

基于静力等承载强度的T型接头角焊缝焊脚尺寸确定及疲劳特性

传统的角焊缝在焊脚尺寸设计时出于安全考虑,经常出现“过设计”现象,针对AWS D1.1《钢结构焊接规范》,GB50017—2017《钢结构设计规范》及DIN 18800《钢架结构》焊脚尺寸设计相关标准对比分析,各标准中关于不同板厚推荐的焊脚尺寸范围基本一致,但都仅推荐最大和最小焊脚尺寸,其选择范围较宽泛。基于上述分析,提出了一种基于静力等承载强度的焊缝尺寸确定方法。以一种T型接头为例,分别采用标准和静力等承载强度方法进行焊脚尺寸确定和计算。分析表明,对照标准确定的T型接头的焊脚尺寸为12 mm,而基于静力等承载强度计算确定的焊脚尺寸为9.91 mm,相比标准确定的尺寸减小了17.4%。通过ABAQUS和Fe-safe软件分别对接头进行静力计算和疲劳仿真分析,结果表明,与标准推荐的焊脚尺寸相比,通过静力等承载强度得到的焊脚尺寸承受的最大静力、疲劳寿命和失效位置均无明显变化,表明该焊缝尺寸确定方法具有合理性。

市域快线钢弹簧浮置板静载强度试验研究

城市轨道交通以其巨大的社会效益和经济效益在国内得到了迅速发展。同时,它还面临着一些亟待解决的关键技术,如列车提速、列车诱发振动对轨道结构和周围环境的影响等。因此,钢弹簧浮置板受到广泛关注。基于此,设计一种适用于时速160 km市域快线的新型钢弹簧浮置板轨道,通过在实验室开展足尺模型静载试验,研究2倍列车轴重荷载作用下新型钢弹簧浮置板轨道的静载强度和承载能力,包括钢轨和浮置板的变形,浮置板应力及裂缝发展规律。研究结果表明:1)钢轨相对垂向位移随静载增加呈非线性增长,浮置板垂向位移随静载增加呈线性增长,且在650 kN之后增长速率有所提升,双倍轴重750 kN荷载作用下分配梁处钢轨最大相对位移为1.524 mm,浮置板板中最大位移为1.135 mm;2)浮置板受力以纵向应力为主,应力随静载增加呈线性增长,650 kN后,应力变化加剧,达到750 kN时,板边底面纵向拉应力为5.33 MPa,超过C50混凝土轴心抗拉强度;3)荷载达到750 kN时,浮置板跨中底面产生裂缝,最大裂缝宽度为0.14 mm,荷载达到1 100 kN时,最大裂缝宽度为0.28 mm。研究结果表明,新型高速钢弹簧浮置板在不利的支承和加载条件下能发挥良好的承载能力,且具有充足的安全储备空间。

一种模拟原状泥岩动力打桩与静载试验装置的研制及应用

针对泥岩地基打入桩贯入困难、承载力不足现象及软岩易扰动难以制备模型地基的特点,通过原状软岩约束单元、锤击贯入单元、导轨支架单元、静载单元4部分的设计与联系,初步研制了基于原状软岩的模拟打桩与静载试验装置,进行标定及验证性试验、应用试验,验证装置的可行性、稳定性,分析打入桩的沉贯与承载特性,明确桩周泥岩力学特征,提出进一步研究展望与工程应用建议。研究表明:(1)验证性试验、应用试验结果与现场试验结果一致,沉贯特性、承载特性与现场试验相同,验证了试验装置的可行性;(2)荷载传递相关因子α稳定性好,进一步证实了试验装置的荷载传递稳定可靠;(3)泥岩软硬互层严重,每10 mm贯入度通过锤击数表征的贯入阻力差异性大,低强度软夹层发生的静载破坏呈现出沉降急剧增大的陡降特征;(4)打桩对桩周2d(d为桩径)范围内的泥岩造成不同梯度的损伤,每间隔0.5d,强度损失66.0%、40.5%、17.0%、7.0%,弹性模量损失80.5%、54.5%、26.5%、11.0%;(5)完善取样技术,加强泥岩软硬互层的勘察判定,增强控制贯入度的施工措施,泥岩地基打入桩承载力的理论分析、数值计算及设计施工,应按损伤梯度合理选取原状力学参数折减后的数值。试验装置具有稳定、可靠、可控等优点,可为泥岩地基动力打入桩的相关研究提供支撑。

小模数塑料齿轮静态强度试验台研制与实验研究

为获取小模数塑料齿轮的静态强度,研发了小模数塑料齿轮静态强度试验台,可以精准测量出不同模数、转速、材料的塑料齿轮的静态强度。重点介绍了试验台的工作原理、构成和工装零部件的设计。试验台由机械系统、电控系统和测量软件组成,主要采用卧式结构,结构紧凑,占用空间小,工装夹具设计简单,便于测量。进行了静态强度的测试试验,测试了不同材料的静态强度。该试验台的研发,解决了小模数齿轮静态强度测试不准、测试装夹困难的问题。研究对塑料齿轮设计有一定的理论价值与实际应用价值。

煤层顶板深孔预裂爆破高效封孔材料及工艺研究

基于传统封孔材料在煤层顶板深孔预裂爆破过程中存在封孔难度大、封孔效率低、劳动强度高等难题,提出了一种高效封孔材料。该材料具有凝结固化时间短、早期强度大、泵送性强等特性,材料初凝时间为3.0 min,固化时间为8.0 min;反应放热温度不高于70℃,低于电雷管引燃温度;并且0.5 h的抗压强度为5.96 MPa,相比黏土炮泥材料的0.232 MPa,提高了近25倍;通过分析注浆材料封孔机理,确定高效封孔材料抗压强度满足封孔要求;为进一步研究高效封孔材料封孔强度,以黏土炮泥材料为对比,在RMT-150岩石力学测试系统测试静载荷作用下高效封孔材料的封孔强度;同时,根据高效封孔材料的特性设计了一套精确的、便于操作的高效封孔工艺并进行现场工程试验。结果表明:封孔材料的抗压缩能力和材料的残余压力随着封孔长度增加而增加,且高效封孔材料的压缩载荷强度远大于黏土炮泥材料;相同的封孔长度时,相比黏土炮泥材料,高效封孔材料封孔强度有了很大的提高;单孔封孔时间15 min,封孔0.5 h可以爆破;爆破后,顶板完整性相对较好,CO体积分数为5×10-6~20×10-6,符合爆破安全要求。高效封孔材料爆破封孔不但具有很好的封孔效果,还实现了爆破封孔机械化作业,解决了顶板深孔封孔难题,大幅提高爆破封孔效率,相比传统封孔工艺取得了很大的进步。