快速地铁列车荷载下软土地基沉降数值模拟研究

地铁列车荷载作用下软土地基会产生沉降,如工后沉降和不均匀沉降等,影响其使用性能和使用寿命。为研究不同速度地铁列车荷载作用下软土地基的沉降特性,采用有限元软件ABAQUS建立三维动力有限元模型,对比分析了常规时速(80 km/h)和较快时速(120 km/h)下土体的沉降规律,并结合理论经验修改公式预测地铁运营工后沉降量。研究结果表明:列车运行速度越大,隧道下卧土体的波动越大,沉降曲线轮轨分布现象越明显,地表沉降槽的横向影响范围也越大,约为隧道轴线两侧各4.5倍隧道直径,但其工后沉降随地铁行车速度的增大而减小;在快速地铁列车荷载作用下土体竖向沉降的影响范围为3倍隧道直径;线路运营后一年沉降量约为57mm,占累积沉降量的30%,20年后的累计沉降量约为190 mm。     

封顶块位置对地铁隧道管环力学性能影响研究

在盾构隧道施工和运营期,封顶块位置对盾构隧道的整体结构受力及变形有显著影响,因此对其位置的合理选择进行研究非常必要。采用ABAQUS有限元软件建立壳—弹簧模型,对封顶块不同软土不同埋深及在不同位置下盾构隧道通用管片结构力学行为进行研究分析。结果显示:同种软土中,通用管片整体结构弯矩随着埋深增加,弯矩增大;同种埋深下,随着软土由坚硬到软弱,弯矩逐渐增大。通用环封顶块在拱顶和拱底时,结构弯矩最大,对结构安全最不利;其次为两侧拱肩位置;封顶块在两侧拱腰以上,拱肩以下时结构弯矩值最小,对结构安全最有利,其次为两侧拱腰偏下位置。研究结果可以对施工阶段封顶块点位选择提供指导,同时还能为设计阶段的管片优化设计提供理论参考。     

火灾下复合管片钢板厚度对温度场分布的影响

火灾对运营期盾构隧道管片衬砌安全性影响巨大,本文使用有限元分析软件建立盾构隧道复合管片三维实体模型,模拟火灾下复合管片温度场分布,分析复合管片不同钢板厚度对复合管片温度场的时空分布规律的影响。结果表明:在5 mm～40 mm范围内,钢板厚度越大,火灾时复合管片温度上升速率与下降速率越慢,达到最高温度的用时越长,在整个过程中达到的最高温度越低,高温的持续时间越短;厚钢板复合管片比薄钢板复合管片在管片内形成的温度差较小,温度场分布相对均匀,温度差应力较小,利于防止复合管片失效破坏;在隧道内气体降温阶段某一时刻开始,复合管片内表面温度低于复合管片内部温度,出现"高温夹层",厚钢板复合管片出现此现象的时刻较晚。     

焊接参数对铁素体不锈钢搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

对4mm厚T4003铁素体不锈钢进行搅拌摩擦焊接工艺实验,研究焊接参数对接头组织特征、硬度分布及常温和低温冲击韧性的影响。结果表明:接头搅拌区和热力影响区由铁素体和马氏体双相组织构成;接头搅拌区组织沿试样厚度方向存在非均质性,且随转速的降低及焊接速率的增加越发显著;转速从150r/min增加至250r/min,前进侧热力影响区组织呈现小梯度过渡趋势,无明显变形拉长特征。焊缝硬度分布相对均匀,其最高硬度为290HV,约为母材的1.87倍。焊接参数和温度对接头的冲击吸收功有较大影响:常温(20℃)下,热影响区为母材的90%～92%,搅拌区为母材的85%～103%;低温(-20℃)下,热影响区为母材的87%～97%,搅拌区为母材的82%～95%,表明焊缝区仍具有较好强韧匹配。     

压电功能梯度层合梁的力-电-热耦合梁单元及最优振动控制

给出了一个压电功能梯度层合梁振动分析的两节点力-电-热耦合梁单元,并将其用于功能梯度层合梁的振动最优控制。在这个多场耦合梁单元中,功能梯度材料的等效力学性能用Voigt或Mori-Tanaka模型表征;梁的位移场用Shi改进的三阶剪切变形板理论描述;压电层的电势场用Layer-wise理论分层表征,且呈高阶非线性电势场的压电层可离散成数个子层。用Hamilton原理推导了压电功能梯度梁的力-电-热耦合单元列式,用拟协调元法给出了多场耦合梁单元的高计算效率的显式单元刚度矩阵,以及采用线性二次型(LQR)最优控制算法进行压电功能梯度层合梁的最优振动控制。使用所得力-电-热耦合梁单元进行了压电功能梯度层合梁的静力和动力分析。数值算例表明,所得力-电-热耦合梁单元可靠、准确和高效,LQR最优控制算法得到最优控制电压可有效抑制功能梯度梁的振动且实现控制系统能量的优化。     

筑坝堆石料抗剪强度间接测定模型与实用计算公式研究

筑坝堆石料的质量是堆石坝快速施工和安全运行的基础,坝料分区填筑前须进行大量堆石料物理力学性能基础试验,抗剪强度便是其中的一个关键指标。为提高积累数据利用率和节约试验成本,本文依托室内大型试验数据库和数据驱动方法,提出一种筑坝堆石料抗剪强度间接测定数学模型及其实用计算公式。首先收集源自世界各地的典型堆石料剪切试验资料,通过相关性分析和综合性成本型指标选取公式自变量;进而利用进化算法优化神经网络连接权重和阈值,结合hold-out泛化验证,构建最优多元非线性回归模型;最后根据神经网络理论提取回归模型关键参数,经推导得到堆石料抗剪强度计算公式,同时考虑工程应用特性,结合Garson算法建立一种兼具准确性和鲁棒性的公式简化应用方法。将上述模型方法应用于实际工程,结果表明所提公式对堆石料抗剪强度的推算准确率达到90%以上,可为筑坝堆石料抗剪强度测定提供一种有效辅助手段,从而减少部分重复性测试工作。     

云制造环境下板材余料资源的服务匹配方法

在云制造环境下,针对中小型企业加工后的板材余料造成极大资源浪费的问题,提出了一种基于语义相似度算法同时融入QoS（quality of service,服务质量）信息的分层次资源描述模型。首先,建立板材余料和板材加工设备资源的本体模型;然后,基于语义相似度算法对板材余料和板材加工设备的各个属性参数进行匹配,得到初选服务集合;最后,通过模糊QoS匹配算法将描述用户需求的自然语言转化成三角模糊数,得到服务设备的优选集合。实例仿真结果表明,所提出的方法将板材余料作为制造资源接入云制造平台,以服务的形式进行共享,增强了服务匹配过程的准确性和可靠性,实现了对板材余料和闲置的板材加工设备资源的合理调度和使用。研究结果可为云制造环境下余料和加工设备资源的匹配优选提供一种新思路。     

正交异性钢桥面板肋-面板焊缝疲劳验算的应力分析模型评估

以天津塘沽海河大桥的正交异性钢桥面板为例,建立钢箱梁节段的有限元分析(FEA)模型、简化FEA模型和基于钢箱梁节段的子模型进行肋-面板焊缝疲劳应力分析模型的评估。计算结果表明:对于远离纵腹板处的肋-面板焊缝,通过提高简化FEA模型中横隔板高度和约束横隔板底部翼缘的方式可减小与钢箱梁节段FEA模型结果的误差;对于靠近纵腹板处的肋-面板焊缝,所有简化FEA模型的应力计算结果均低于钢箱梁节段FEA模型的结果,且误差超过23%。基于钢箱梁节段的三跨子模型可以准确地给出钢桥面板任意位置的肋-面板焊缝的疲劳应力。它具有钢箱梁节段FEA模型的计算精度和简化FEA模型的计算效率,因此它可作为正交异性钢桥面板任意位置处肋-面板焊缝疲劳应力分析的准确和高效计算模型。