细长桁架臂卸载反弹动力学行为仿真及实验

细长桁架臂是桁架臂起重机的关键工作部件,卸载反弹冲击是威胁细长桁架臂起重机结构安全的重要工况。为研究细长桁架臂在卸载冲击下的动力学行为,采用刚柔耦合多体仿真方法和起重机卸载冲击实验方法探讨了桁架臂卸载反弹条件下动应力的变化规律,推算了细长桁架臂卸载冲击动载系数。以装备细长桁架臂的动臂塔机为对象,采用刚柔耦合方法建立了包含载荷模型和结构动态特性模型的动臂塔机精细化仿真模型,分析了桁架臂反弹振动引起的动应力变化,发现了桁架臂卸载反弹动应力的分布规律。根据不同臂长的起重机起升性能表,研究了仰角-动应力关系曲线与起升性能曲线之间的关系,发现起重臂的臂中出现最大动应力所对应的起重机突然卸载工况。根据起重机卸载冲击仿真结果,建立了基于仿真预测的起重机卸载冲击实验方法,实施了细长桁架臂系列载荷卸载反弹实验。桁架臂动应力实验值与仿真值之间的误差小于13%,证明精细化模型仿真是求解桁架臂卸载冲击响应的有效工具。通过模型仿真进一步预测了极限工况下细长桁架臂卸载冲击动载系数,发现起重机设计规范中关于卸载冲击动载系数的相关规定存在缺陷,探讨了桁架臂的长细比对卸载冲击动载系数的影响,为细长桁架臂的结构优化设计提供依据。

A thermal stress loading technique for large-sized hot dry rock mechanical tests

Testing of large-sized specimens is becoming increasingly important in deep underground rock mechanics and engineering.In traditional mechanical loading,stresses on large-sized specimens are achieved by large host frames and hydraulic pumps,which could lead to great investment.Low-cost testing machines clearly always have great appeal.In this study,a new approach is proposed using thermal expansion stress to load rock specimens,which may be particularly suitable for tests of deep hot dry rock with high temperatures.This is a different technical route from traditional mechanical loading through hydraulic pressure.For the rock mechanics test system of hot dry rock that already has an investment in heating systems,this technology may reduce the cost of the loading subsystem by fully utilizing the temperature changes.This paper presents the basic principle and a typical design of this technical solution.Preliminary feasibility analysis is then conducted based on numerical simulations.Although some technical details still need to be resolved,the feasibility of this loading approach has been preliminarily confirmed.

加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应变及渗透率试验研究

为探究瓦斯水合固化及加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应变及渗透率变化规律,采用自主设计的应力–渗流–化学耦合作用煤体三轴试验装置,测量瓦斯水合物生成前后煤体渗透率及升轴压卸围压条件下煤体(3种粒径:0.425~0.850(20~40目)、0.250~0.425(40~60目)、0.180~0.250 mm(60~80目);3种饱和度:40%、60%、80%)应变及渗透率,获取加卸载条件下应力–应变曲线确定煤体变形特征,分析瓦斯水合物生成、水合物饱和度及偏应力对煤体渗透率的影响规律,通过渗透率损失率、变形角公式对煤体渗透率影响程度、体积膨胀效应进行量化表征,基于渗透率模型初步探讨水合物分布模式对煤体渗透率的影响机制。研究表明:①饱和度对煤体渗透率变化规律影响较为复杂,总体而言,随着饱和度增加,渗透率降低百分比越大,堵塞程度越显著。瓦斯水合物生成后,煤体渗透率明显降低,降低幅度为58.3%~83.3%(20~40目)、61.5%~95.0%(40~60目)、81.8%~90.9%(60~80目),随着饱和度增加,煤体渗透率整体呈降低趋势,下降幅度为55.6%~86.1%。②煤体轴向应变随着时间增加呈现出稳定增大、缓慢增大和快速增大3个阶段,煤体渗透率与应变具有一定相关性,并随着偏应力增加呈二项式函数增大、先减小后增大、先增大后减小3种趋势,二项式函数可较好预测采掘应力扰动下瓦斯水合固化后煤体渗透率变化规律。③引入渗透率损失率,在相同水合物饱和度下,随着偏应力增加,煤体渗透率损失率整体呈增大趋势。④引入体积膨胀变形角,在相同偏应力差下,随着饱和度增加,煤体体积膨胀变形角由19.0°~63.9°降至0.2°~38.2°,说明水合物饱和度越低,煤体体积膨胀效应越显著。

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。

卸荷条件下岩爆机理的试验研究

岩体卸荷和加荷条件下的力学特性有本质区别，高地应力地区地下工程开挖过程中发生的岩爆是一种典型的开挖卸荷现象。对粉砂岩试样进行了保持轴向变形不变的卸围压试验，在试验结果分析研究的基础上，对卸荷导致的岩爆进行了研究。研究表明。处于三轴应力状态下的岩体，如果某一方向的应力突然降低造成的岩石在较低应力水平下破坏，那么原岩储存的弹性应变能会对外释放，释放的能量将转换为破裂岩块的动能，进而町能引起岩爆。采用提前钻孔释放能量的方法。将工作面前方围岩中的能量提前释放，在即将开挖的围岩四周形成一个低应力的保护壳，能够减缓或降低岩爆的发生。

细粒砂岩在循环加、卸载条件下变形实验

通过对细粒砂岩在不同位移速率、不同载荷水平时循环加、卸载条件下变形的演化规律的实验研究发现,细粒砂岩在循环加、卸载条件下的卸载曲线与加载曲线不相重合,将形成一封闭的塑性滞回环,且该塑性滞回环从第2次循环起几乎不发生变化。同时还发现,从第2次循环起,每次循环加、卸载完成后所产生的残余位移量也几乎接近于零。另外,对实验结果的综合分析还发现,随着位移速率的增大,载荷-位移曲线的斜率有逐渐增加的趋势,随着载荷水平的提高,第1次循环加、卸载完成后所残余的位移量将有所增加。

岩石卸荷破坏与岩爆效应

对粉砂岩试样进行了保持轴向变形不变的卸围压试验,在对岩样的破坏分析基础上,将岩石卸荷破坏与岩爆特征联系起来.研究表明,随着卸荷初始围压值的增加,卸荷破坏状态逐渐从中等岩爆过渡到强烈以上岩爆;三轴应力状态下的岩体如果某一方向的应力突然降低,造成其在较低应力状态下破坏,那么原岩储存的弹性应变能将对外释放,进而可能引起岩爆;通过调整施工速度可以减缓或降低岩爆的发生.

循环载荷条件下岩石塑性滞回环的演化规律

通过对循环载荷条件下细粒砂岩在不同载荷水平、不同位移速率时的变形特性及其塑性滞回环演化规律的分析发现:1)循环载荷条件下岩石的加、卸载曲线不重合,将形成一封闭的塑性滞回环,该塑性滞回环从第2循环起将趋于稳定;2)不同载荷水平和不同位移速率下第1循环时的各拟合参数值与第2循环相比存在有较大变化,但从第2循环曲线起,各拟合参数均将逐渐趋于恒定;3)随着位移速率和载荷水平的变化,其拟合参数将随之而发生变化;4)在相同位移速率和相同载荷水平条件下,同一次循环时岩石变形曲线的加载段与卸载段的相应拟合参数值不同.

煤岩卸荷变形损伤及声发射特性

深部开采引起的煤岩卸荷损伤破坏的机理与连续加载机理不同,从卸荷的角度研究煤岩动力灾害成为研究煤岩动力灾害问题的一个新的发展方向。利用MTS815岩石力学测试电液伺服试验系统和8CHS PCI-2声发射检测系统,对煤岩卸荷变形损伤及声发射特性进行了研究。研究表明,煤岩卸荷破坏表现为强烈的脆性破坏,且具有突发性,多呈张剪复合型破坏形式;煤岩卸荷的累积声发射振铃计数演化曲线可反映煤岩卸荷损伤的演化过程;煤岩卸荷破坏过程可分为3个阶段:损伤弱化阶段、损伤稳定发展阶段、损伤加速发展阶段;在煤岩开采过程中,围压被卸除,煤岩体迅速进入到煤岩卸荷损伤破坏的第3阶段,损伤迅速累积并发生突发性断裂破坏,煤岩动力灾害随即发生。

横向减振器对机车平稳性能的影响

基于机车车辆-轨道耦合动力学理论,运用TTISIM(Train/Track Interaction Simulation)仿真软件,以横向减振器为研究对象,以机车运行平稳性指标为依据,系统分析了机车横向减振器的阻尼参数、工作状态、卸荷速度和悬挂位置等参数对于机车平稳性能的影响。仿真计算与分析结果表明:选取适当横向减振器的结构阻尼参数,对提高机车的平稳性有利;采取适当的减振器卸荷速度可以达到提高乘车舒适性的目的;横向减振器是否正常工作对机车的运行品质有较大影响,必须严格确保所有减振器的正常工作;横向减振器的悬挂位置,对于车体的运行平稳性几乎没有影响。

排水条件下卸荷土体变形特性的真三轴试验研究

在真三轴仪上模拟基坑开挖周边土体的应力路径,进行了排水与不排水两种卸荷试验,通过对试验结果的对比分析可知,土体在不同排水条件下应力-应变关系有着显著的差异,说明排水条件对土体的变形性状有一定的影响。进一步研究了排水条件下卸荷土体广义剪应力与广义剪应变的关系,证明土体广义剪应力与广义剪应变关系曲线呈明显的非线性,并根据土体实际应力路径定义了中主应力系数,推导出了土体卸荷剪切模量计算公式。

高应力硬岩开挖扰动的能量耗散规律

基于离散元PFC 2D软件建立的深部岩体模型,根据巷道围岩的可释放应变能、岩石耗散能以及岩石颗粒总动能的能量,描述深部硬岩的能量耗散和释放规律,揭示深部能量演化机制。研究结果表明:所建立岩体离散元模型及微观参数能有效反映深部开挖应变能释放规律;当侧压系数λ=2.1时,高地应力作用下巷道围岩的破裂形式以集中于巷道顶底板位置的拉伸破裂为主,破裂区域随采深增加而增加,破裂面积以圆形断面最小;开挖卸载后的能量演化是一个动态调整的过程,巷道附近围岩的应变能积累较动能释放有约2.5 ms的滞后;开挖后岩体后续应变能的积累量远大于巷道围岩总释放动能与总耗散能之和,约为两者之和的10倍,这也是开挖扰动容易引起围岩破裂的重要原因之一;岩体的总耗散能主要用于岩体颗粒间裂纹的萌生、扩展及贯通,裂纹总数和岩体总耗散能表现出极好的线性相关关系。

粉砂岩卸荷破坏全过程的试验研究

对粉砂岩试样进行了常规三轴加载后保持轴向变形不变的峰前、峰后卸围压试验，得到了峰前、峰后卸围压全过程曲线。在此过程中，试验机不再对岩样压缩做功，岩样的破坏是通过自身储存的变形能来实现的。对岩样破坏特征、强度和变形特性的分析结果表明：对于峰前卸围压，岩样表现出脆性剪切破坏的特征，而对于峰后卸围压，则表现出张剪破坏的特征，峰前卸围压破坏比峰后卸围压破坏更具有突发性；对于峰前、峰后卸围压，岩样都表现出明显的侧向扩容现象；岩样破坏时的轴向承载能力对围压都很敏感，这实际上是破裂块体之间的镶嵌组合，反映了试件沿破裂面摩擦滑动的结构效应。

考虑冲角影响的改进脱轨准则

根据轮对的准静态平衡方程确定车轮脱轨的临界条件。定义横向蠕滑力与法向力之比为等效摩擦系数,研究冲角和摩擦系数对脱轨临界状态时等效摩擦系数的影响规律。结果表明:轮缘接触侧和踏面接触侧的等效摩擦系数均与冲角呈现明显的反曲函数特征。通过以Boltzmann反曲函数拟和等效摩擦系数与冲角及摩擦系数的关系,提出了考虑冲角、摩擦系数及轮缘角影响的改进脱轨系数判别公式和轮重减载率公式。改进的脱轨系数判别公式不失Nadal脱轨准则的简洁性,改进的轮重减载率公式能够考虑作用于轮对上的横向力和垂向力的影响。改进公式的准确度受轮缘角和摩擦系数的影响不大,对不同的轮轨踏面配合及不同摩擦系数均可提供满意的脱轨判别限值。

卸载工况下盾构隧道结构承载能力的试验研究

在盾构隧道运营过程中,隧道侧部出现的侧压力卸载会对隧道结构的变形产生影响,进而影响到地铁盾构隧道的正常运营。为解决此问题,必须对卸载工况下的盾构隧道的极限承载能力及管片结构的受力状况进行研究。研究的首选方法是足尺试验。对卸载工况下盾构隧道结构承载能力进行了足尺试验,记录了试验现象及相关破坏形式,并分析得到了盾构隧道结构在卸载工况下的受力机理及关键性能点。

不同卸载条件下粘钢加固梁的研究

在受拉区表面粘贴钢板是加固钢筋混凝土梁的一种有效方法。结合试验结果 ,对粘钢加固混凝土梁在不同卸载条件下的受力机理进行解析分析 ,推导相应计算公式 。

岩石卸荷破坏特征与岩爆效应

岩爆是在地下洞室开挖卸荷过程中发生的，岩爆特征与岩石卸荷破坏特征密切相关．本文设计了模拟洞室开挖过程的三轴卸荷实验。

干燥与饱水状态下炭质板岩蠕变特性研究

采用分级增量循环加卸载方式,对兰渝铁路木寨岭二期隧道炭质板岩进行干燥与饱水状态下的蠕变试验。结果表明:无论干燥状态还是饱水状态,在各种应力水平作用下,岩石试件均产生了可恢复的瞬时弹性应变、不可恢复的瞬时塑性应变、可恢复的粘弹性应变以及不可恢复的粘塑性应变;水对岩石瞬时变形的影响主要表现在瞬时塑性应变方面,对瞬时弹性变形的影响不大;在蠕变变形方面,水对岩石黏弹性影响显著,对粘塑性应变的影响较小。根据岩石蠕变特点,选用Burgers模型描述炭质板岩流变特性,蠕变试验曲线与理论曲线吻合较好。

软黏土卸荷变形特性室内试验研究与数值模拟

利用在常规三轴仪的基础上改制而成的应力控制式三轴仪进行了加(卸)荷作用下软黏土变形特性的室内试验研究,得到了以下的结论:(1)在加荷载和卸荷载大小相同的情况下,卸荷过程中的变形量比加载过程中的变形量小,约为加载过程中的变形量的十分之一;(2)当卸荷比例比较小时,试样的回弹变形量非常小;(3)当卸荷比例达到某一定值以后,试样的回弹变形量会显著地增加;(4)当卸荷比例超过另一定值以后,试样的回弹变形量将会趋于稳定。应用有限元分析软件ABAQUS对试验过程进行了数值模拟,得到了以下的结论:(1)在加荷载和卸荷载大小相同的情况下,软黏土加(卸)荷过程中的位移-时间关系曲线相似;(2)在分级卸荷的初始阶段和分级卸荷的最后阶段,用修正剑桥模型计算的变形增量要比试验得到的变形增量稍大,在中间阶段,用修正剑桥模型计算的变形增量与试验得到的变形增量可以较好地吻合;(3)在每一级的卸荷过程中,位移随时间的变化关系与试验结果吻合的很好。

广义塑性力学的加卸载准则与土的本构模型──广义塑性力学讲座(3)

首先介绍了广义塑性力学的加卸载准则，该准则能准确判断各应变分量的加卸载状态，可以方便地应用于数值分析。然后提出了基于广义塑性力学的土本构模型。通过试验，给出了硬化压缩土和硬化剪胀土的屈服条件与计算参数，并由算例说明了其合理性。