排桩支护下颗粒介质水平拱效应研究

排桩支护体系中水平拱效应是土体发挥自身抗剪强度所产生的一种应力重分布现象,其对工程设计和安全评价有着重要意义。水平拱效应在实际工程中是三维空间结构,但目前土拱效应研究侧重于截取三维结构中某一剖切面将其简化为平面应变问题进行分析,而忽视了拱效应的三维几何特征。将三维空间结构切成若干水平面,对不同水平面施加不同的初始应力,利用自制大尺寸光弹试验设备从二维角度分析排桩支护体系中土拱形态演化以及水平拱效应三维几何特征,并利用颗粒流PFC2D软件对模型试验结果进行重现,同时运用数值模拟手段进一步探究土拱厚度随深度的演化规律。研究结果表明:排桩在受到远场荷载作用下,其水平拱效应经历了一个发展-稳定-破坏的过程,土拱效应破坏后支挡效果显著下降;不同深度处的土拱效应存在显著差异,差异体现在桩后成拱区沿桩底方向分为未形成段、形成段、稳定发展段和破坏段,成拱区影响范围在2倍桩径范围内;成拱区厚度为成拱区上拱顶点与下拱顶点的差值,上拱顶点为沿排桩方向出现第一个σx和σy相交的点,下拱顶点为靠近排桩的σy的极大值点;成拱区厚度沿桩底方向表现为先增大后减小的趋势。

深部巷道围岩分区破裂化的三维光弹试验

为研究深部巷道围岩分区破裂的形成机理,采用三维光弹应力冻结试验法研究深部巷道围岩的应力分布。光弹试验模型在径向约束条件下分别沿巷道轴向施加5、30、50、70和90 kN的荷载,光弹切片直观地呈现分区破裂围岩应力场。结果显示:当轴向应力达到一定水平时,巷道围岩应力分布呈现与巷道同心的完整圆环形,巷道附近围岩应力最大。随着巷道轴向应力的增大,与巷道同心的圆环形应力圈数增多,应力水平提高,且最大应力有远离巷道表面的趋势。研究表明:巷道轴向应力决定了分区破裂产生的破裂圈数,是影响巷道分区破裂的主要因素。随着轴向应力的增大,高地应力“绕过”巷道。三维光弹试验法为分区破裂力学研究带来方法上的进步。研究成果可为巷道围岩稳定性控制提供新的思路,为巷道的开挖和支护设计提供理论基础。

桩承式路堤中土拱效应产生过程可视化分析

"土拱效应"在提高桩承式路堤承载能力方面发挥着重要的作用。现今关于"土拱效应"的研究主要采用现场原型试验和数值模拟及其在此基础上的理论计算。借助于传统的光弹试验技术,研制出一种直径3 mm、透明度较高的聚碳酸酯光弹颗粒,用于近似模拟桩承式路堤中的土颗粒,通过自制的加载装置和光测力学图像处理系统,实现多种条件下路基内部应力分布的可视化,重点观测模型内部力链网格的产生、分布及变化规律,试验结果表明:填土高度会对土拱的形成及形状产生极大影响,填土高度太小,斜向力链会因缺乏扩展空间无法闭合而不能形成拱结构,随填土高度增加,土拱由三角拱向半圆拱或梯形拱过渡;荷载的大小变化不会影响土拱效应的出现,但会对土拱的结构形状产生较大影响;随桩距比的增大,土拱由三角拱向半圆拱或多拱演化,当桩距比大于3∶1时,土拱效应开始减弱直至消失,路堤承载能力大幅下降。

两介质接触处光弹性贴片试验及数值模拟研究

为了研究界面黏结力对两介质接触面力学性能的影响,用砂浆和混凝土构造了宽度方向一致的规则接触面模拟工程体和地质体的相互作用.采用压剪荷载下的光弹性贴片试验以及有限元数值模拟分析了一体两介质和两体两介质试件的破坏状态和应变场分布.结果表明:界面黏结力对两介质接触面的力学性能有很大的影响;低强度介质与高强度介质的强度之比是影响两介质试件剪切力学行为和破坏模式的重要参量;试验和模拟结果相吻合.

分阶式双渐开线齿轮的光弹试验与弯曲强度试验研究

采用冻结切片三维光弹试验方法，对双渐开线齿轮的弯曲应力进行研究，试验结果与有限元计算相吻合；在高频疲劳强度试验机上完成软、硬齿面轮齿的弯曲疲劳强度试验，结果表明轮齿的断裂位于齿根处30°与40°之间，当齿厚变位系数为0.08时，双渐开线齿轮的弯曲强度大约提高了16%。

承船厢吊耳的局部应力分析研究

承船厢是升船机系统中的一个重要结构物，该结构物中的关键结构吊耳是否有足够的强度，应力分布是否合理将直接影响升船机系统工作的可靠性。在对吊耳进行光弹性试验基础上，对吊耳的光弹性模型进行有限元分析，通过结果的分析比较。

舰船上层建筑端部及舷侧大开口应力集中分析和光弹性实验

建立了××型舰艉部分段详细的有限元模型,应用M SC.N astran软件进行了分析计算,给出了艉部分段整体应力分布状况;分别对比分析了上层建筑端部过渡和舷侧开口的两种设计方案,并计算了上层建筑端部和舷侧开口处的应力集中系数。同时对××舰做了光弹性实验,实验与有限元结果吻合较好,表明了两者结果的有效性。文中还讨论了船舶结构应力集中分析中基准应力的选取问题,所建议的基准应力可以使相应的应力集中系数符合设计人员的思路,便于设计参考。

焊接残余应力的光弹性模拟分析

提出一种分析焊接残余应力的模型试验方法，用光弹性塑料焊模型来模拟分析低碳钢焊件的残余应力。并讨论了方法的原理和特点，提供了实验验证。

纤维树脂基复合材料微观界面性能表征方法的进展

纤维树脂基复合材料中界面微观结构和性质对材料的宏观性能起着关键性作用。为了能够准确地测试纤维树脂间的界面粘结力,表征纤维与树脂之间界面剪切应力传递效率,人们一直试图找到一种方法能够真实全面反映界面性能,以及纤维断裂、界面脱粘、树脂横向断裂等因素对界面性能的影响。为此作者对现有微观界面表征方法进行介绍与分析,包括:微珠试验、单纤维拉出试验、压入试验、单纤维断裂试验、激光拉曼(或荧光)色谱法、光弹分析法,全面剖析它们的适用范围。

硅橡胶阴模密封方法研究

针对传统密封方法在浇注光弹性模型时容易导致浇注液泄漏和模型尺寸误差大的问题，提出一种新的硅橡胶阴模密封方法。该方法采用与阴模相同的密封材料和固化工艺进行密封。齿轮光弹性模型的浇注实例表明。相同材料和固化工艺的采用使密封层与阴模成为一个整体，在不同温度和气压环境下均不会出现分离．有效避免了浇注液的渗漏；密封层厚度为阴模壁体最薄处的0．5-1．5倍，紧固力小，使模型各方向收缩膨胀均匀，降低了模型的附加变形。采用新密封方法浇注得到的光弹性模型无缺料现象，制造的齿轮内圆直径和高度的最大误差均小于2％。模型尺寸精度满足光弹性试验要求。

基于新型动光弹试验装置关键设备抗冲击性能的研究

本文改进了传统动光弹试验装置,引入高速摄影系统和数字光弹图像处理系统,组成了一种新型动光弹试验系统。该新型系统应用到某关键设备的抗冲击强度研究中,得到了关键设备在不同冲击载荷作用下的内部应力分布规律、应力集中等动态测试结果,验证了该新型系统的可靠性。

基于颗粒介质的桩承式路堤土拱效应试验分析

土拱效应的形成和荷载传递机制是进行桩承式路堤中桩土相互作用分析的关键性技术问题。为了探究宏观土拱效应形态的演化过程,借助于传统的光弹试验技术,研制出一种直径为3 mm的聚碳酸酯颗粒,通过自制的加载装置和光测力学图像处理系统,实现了桩承式路堤内部应力分布的可视化,直接观测到模型内部力链网格的产生、分布及变化,求得不同高跨比下桩土应力比变化,并与数值模拟的对比分析。结果表明,随着高跨比的减小,土拱形状由三角形变为半圆形,桩土应力比逐渐减小,当填土高度与桩间距的比值H/S?1时,可以形成完整的土拱;当H/S?1时,土拱效应开始消失。

开小孔钢筋混凝土简支梁的受力性能试验研究

开小孔的钢筋混凝土梁(孔径d与梁高h比小于0.3)具有节省空间和材料等优点,在土木工程中被广泛运用。其受力性能不同于无孔钢筋混凝土梁,孔洞的形状和位置对钢筋混凝土梁的受力性能有明显影响。运用光弹试验研究在集中荷载作用下,对各种形状孔洞在不同位置时的孔洞周边主应力分布,从而得出孔洞的合理形状和位置。再通过承载试验,研究了不同孔洞直径和孔洞位置条件下,梁破坏裂缝的开展,孔边箍筋以及跨中部纵筋的应变分布、挠度变化。根据本次试验结果以及文献资料,提出开小孔钢筋混凝土简支梁在集中荷载作用下的斜截面承载力计算公式。

光弹性等倾线的图像滤波提取

为了从光弹性图像中提取出等倾线的轮廓,并在此基础上推演出其准确的空间位置,提出了一种运用小波技术进行光弹性等倾线与等差线分离的图像分解技术。利用小波函数的多尺度分辨的时频特性,对原始的等倾线与等差线混合图像进行频域分解和过滤,并结合图像形态学算法,可以将等倾线图像直接分离出来。这样的处理过程,避免了实验操作过程中因加入四分之一波片进行光场变换而带来的误差和间接性,能够简化实验过程,并提高实验效率。

光弹性应力计率定试验的数值模拟研究

应用ANSYS软件对矿岩体内埋设的光弹性应力计率定试验进行了三维有限元数值模拟研究 ,分析了应力、位移等分布的规律性 ,同时模拟得到的各种压力比的光应力计条纹级数云纹图 。

改良杆卡式附着体与不同可摘局部义齿对支持组织应力分布的研究

目的探讨改良杆卡式附着体义齿与RPI卡环组、联合卡环组可摘局部义齿修复单侧游离缺失对支持组织的应力分布。方法在下颌47、46单侧游离缺失的环氧树脂模型上分别以改良杆卡式附着体、RPI卡环组、联合卡环组3种固位形式的可摘义齿修复,用三维光弹应力冻结切片技术测试义齿加载后对基牙和缺牙区牙槽骨应力分布。结果对基牙牙槽骨的应力:改良杆卡式附着体义齿>RPI卡环组>联合卡环组(P<0.05);附着体义齿对基牙的近、远中应力无显著性差异(P>0.05);RPI卡环组义齿有支托处的应力大于无支托处的应力(P<0.05);联合卡环组对远中的应力大于近中(P<0.05)。对缺牙区牙槽骨应力:改良杆卡式附着体与RPI卡环组均小于联合卡环组(P<0.05);附着体义齿、RPI对缺牙区牙从近中到远中的4个切片应力无显著性差异(P>0.05),联合卡环组远中大于近中(P<0.05)。结论改良杆卡式附着体义齿有应力中断作用,各点应力分布较均匀。RPI固位的活动义齿应力主要分布在基牙上,缺牙区应力稍小。联合卡环组义齿对失牙区的应力最大,基牙上应力较小。

深部矿井卸压开采的光弹试验与模拟研究

为了解决某矿深部开采地压控制难的问题,进行了卸压开采实验室模拟研究。通过对卸压开采的物理模拟,得到环氧树脂光弹试验模型在不同模拟载荷和不同模拟卸压方案下的应力分布光谱图,并通过对各组应力光谱图的分析,综合比较了几种最常见卸压开采方案各自的优缺点,得到了适用于卸压开采的方案。

空腹式刚架拱桥梁拱节点三维光弹性试验研究

福州市尤溪洲闽江大桥是国内首座在拱肋(圈)上不设立柱和斜撑的空腹式刚架拱桥.作为空腹式刚架拱桥受力关键部位——梁与拱的连接部位,受力及构造复杂.通过三维光弹性试验,研究该梁、拱结合部的内力传递、应力集中、局部应力分布规律,为空腹式刚架拱桥节点设计、施工提供依据.

髌骨的生物力学实验研究

用三维光弹实验方法和有限元分析法,分析髌骨在正常单足站立位屈膝15°、30°、45°、60°、75°、90°等状态下的应力分布规律。结果显示:随着屈膝度增加,髌骨明显变为一受弯构件,其表面中部承受拉应力最大,髌底髌尖次之,髌骨后部承受压应力。屈膝90°时拉压应力均最大。额状面上髌骨的主拉应力迹线略呈“V”形,且受Q角影响而不同程度地向外偏移,屈膝30°时偏移最显著。

虚拟光弹性力学实验研究

为了实现虚拟光弹性力学实验,提出并采用了一种基于有限元计算和理论分析确定虚拟应力条纹图的反演方法,对巴西圆盘径向压缩实验的光弹性实验结果进行了模拟,并将反演获得的应力条纹图同真实实验获得的条纹图进行了对比分析。结果表明,反演获得的应力条纹图同实验结果一致,该方法实现了在虚拟光弹性力学实验中的定量分析。该方法对虚拟光弹性力学实验研究具有可参考价值。