锚固条件下矿用锚索中纵向导波传播特性的实验研究

实验研究了矿用锚索的锚固段长度对纵向超声导波L(0,1)模态的衰减与群速度的影响。首先,通过简化为细直杆的钢丝中纵向超声导波的频散曲线分析了无锚固矿用锚索中该模态的传播特性。然后采用厚度振动型压电陶瓷片在水泥锚固条件下的矿用锚索中进行穿透法的实验,得出频段20-500 kHz内L(0,1)模态的幅值,确定了该压电陶瓷片对水泥锚固条件下的锚固矿用锚索的最佳导波检测频率为280 kHz。在此基础上,研究了280 kHz附近频率点下L(0,1)模态的幅值与群速度随水泥锚固段长度增加的变化规律。最后,对矿用树脂锚固条件下的矿用锚索进行了穿透法的实验,该实验结果与水泥锚固条件下的锚固矿用锚索的实验结果相符合。这些实验为利用纵向超声导波测量锚固条件下矿用锚索的长度奠定了基础。     

煤巷锚杆支护技术的应用与实践

1.开滦集团唐山矿T3281北工作面运输巷、回风巷和切眼均采用锚杆支护。巷道断面为矩形,宽4.5米,高2.8米。巷道施工起始段或特殊工程段巷道支护使用U29-14m2拱形支架,棚距0.8m。2.锚杆支护设计参数选取(a)巷道采用树脂加长锚固梁网组合支护。锚索进行补强加固。(b)顶锚杆长度:L=(L1+L2)/cosa+L3+L4L-锚杆长度,中间垂直锚杆长度与倾斜锚杆长度相同     

悬索桥缆索钢丝损伤超声导波检测数值模拟

为了实现对大跨悬索桥缆索钢丝损伤的有效检测,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对超声导波无损检测技术进行研究。通过理论求解钢丝中导波的频散曲线,分析频散特性和波结构,选取中心频率为200 kHz的L(0,1)模态进行钢丝断丝损伤检测;利用有限元软件,研究了钢丝中导波的频散特性和波结构,通过二维傅里叶变换技术对钢丝中的低阶导波模态进行识别,进一步分析了缺陷尺寸和角度对L(0,1)模态缺陷反射系数的影响;最后,对L(0,1)模态在两根钢丝和七根钢丝的断丝处的缺陷回波进行了数值模拟。数值模拟与理论分析结果相吻合,说明低频L(0,1)模态可以有效地对缆索钢丝断丝损伤进行远距离检测。     

基于磁致伸缩导波技术的锚杆新型检测方法设计

针对现有锚杆质量检测方法存在检测具有破坏性、检测过程复杂、检测精度不高等问题,提出一种基于磁致伸缩导波技术的锚杆无损检测新方法.在研究磁致伸缩导波检测原理以及锚杆中导波特性的基础上,研制了锚杆检测系统,并利用该系统在锚杆中激励出L(0,1)模态导波,完成了空气中以及混凝土结构中锚杆长度以及缺陷的检测实验,实现了对锚杆的非接触式无损检测.结果表明:该方法检测过程简单、检测精度高,能检测具有隐蔽性的锚杆等,可以实际应用在锚杆质量检测中.     

基于神经网络的超声导波钢杆缺陷识别

利用基于BP神经网络的缺陷识别算法,从不同实验条件下获得的信号样本中抽取特征量,对钢杆中不同深度和位置的径向裂纹进行了识别。首先,采用频率为235kHz激励轴对称纵向模态导波对钢杆中的径向裂纹进行了检测。实验表明,在235kHz时获得的超声导波信号含较单一的L(0,2)模态,避免了用L(0,1)模态检测小尺寸缺陷时检测能力较弱的问题,又减少了用轴对称纵向高阶模态检测缺陷时模态较多不易分辨缺陷回波的现象。其次,利用算法对钢杆中的径向裂纹进行识别。结果表明,在已有实验样本数下,缺陷识别算法从整体上很好地识别不同深度和位置的裂纹,识别正确率稳定在87%。     

岩土锚固吸能锚杆支护材料/结构及其力学性能研究进展

吸能锚杆自20世纪90年代问世以来,有效解决了岩土层的大变形和瞬时高动载荷问题,在深部软岩工程领域中发挥着重要作用。吸能锚杆的传统支护材料一般主要包括杆体、托板、螺母和锚固剂,其中杆体材料一般为圆钢和螺纹钢,在静载和动载条件下表现出了优良的材料性能;树脂锚固剂是最主要的锚固剂之一,分为慢、中、快和超快四种型号,澳大利亚与中国均成功研制了双速树脂锚固剂。目前,已有几十种吸能锚杆被研制出来,例如锥形锚杆、D形锚杆、Garford锚杆、Yield-Lok锚杆、Roofex锚杆等,这些锚杆可分为杆体可延伸型和构件可滑移型两类。例如,锥形锚杆主要依靠杆体上的锥形体在锚固剂中的滑移来吸收和转移围岩膨胀变形能; D形锚杆主要依靠杆体上桨状或波纹状的锚固单元屈服变形来吸收和转移围岩膨胀变形能; Garford锚杆和Roofex锚杆均依靠拉力载荷迫使锚杆杆体从滑移元件(套筒状,要求内径小于锚杆直径)中被挤压出,从而吸收和转移围岩膨胀变形能。对于上述吸能锚杆,其所受拉力载荷(工作阻力)随位移而变化,延伸率有限,当围岩膨胀变形能足够大时,锚杆支护系统易被冲击破坏,难以满足大变形控制要求。鉴于此,何满朝院士首次在岩土锚固领域中提出了负泊松比(NPR)材料/结构的概念,并成功研发了具有独特负泊松比效应的吸能型NPR锚杆。NPR锚杆在抗剪、抗动载荷和吸能方面比传统材料锚杆更具优势,有利于岩土锚固领域向更深部的软岩支护方向发展。随着采掘深度的不断加大,软岩体所表现出的非线性物理力学现象也更加复杂,吸能锚杆仍需在新材料和新结构、与围岩间的协调工作机制、多场耦合下的锚固机理、杆体腐蚀问题及信息智能化设计方法与工艺方面继续开展深入研究。本文分别对传统支护材料和负泊松比材料/结构吸能锚杆的材料性能、结构形式、工作原理及力学特性等进行介绍,分析了吸能锚杆面临的科学问题,并展望了其研究前景。     

钢花管中低频纵向超声导波传播特性的试验研究

钢花管是管棚支护结构中的核心承力构件。将超声导波技术应用于钢花管的无损检测显得十分重要。首先优化选取了适用于钢花管检测的压电陶瓷片尺寸以及激励频率为30kHz的L(0,2)模态。为研究钢花管管体上的孔对低频纵向超声导波检测能力的影响,试验研究了钢花管孔数与检测信号特征之间的变化关系。结果表明:钢花管孔数的增加对频率为30kHz的L(0,2)模态回波信号幅值几乎没有影响,表明低频纵向超声导波具有对长距离钢花管无损检测的潜力;而频率为30kHz的L(0,2)模态的群速度随钢花管管体中孔的增加呈线性下降的趋势。该研究结果为基于低频超声导波技术的钢花管无损检测奠定了一定的基础。     

管结构导波频散曲线绘制与试验验证

从理论上分析了管道结构中三种模态簇导波的传播特性。根据推导出导波的频散方程,通过数值方法绘制出了导波的频散曲线。利用试验验证了所建立的频散曲线的有效性。在两种不同截面尺寸的管道中进行激励70kHz-200kHz范围内的纵向模态试验,结果表明L(0,2)在管结构中传播速度与理论值较吻合,对利用超声导波对管道进行无损检测具有一定实际指导意义。     

CFRP筋在RPC中锚固性能的理论分析及试验研究

静载试验详细研究了碳纤维增强塑料CFRP筋在活性粉末混凝土RPC的锚固性能。试验结果表明:对于抗拉强度不大于3000MPa的表面压纹CFRP筋在抗压强度130MPa的RPC中的临界锚固长度为20倍CFRP筋直径;多根压纹CFRP筋的合理筋间距为1倍CFRP筋直径。平均粘结强度及其对应滑移量的公式具有较好的适用性。平均粘结应力与滑移之间的预测曲线与试验曲线吻合较好,验证了提出的粘结滑移本构关系。理论推导了锚固变量沿锚固长度分布的表达式,算例验证了有效性。分析表明:距离自由端约为0.6倍锚固长度位置处的粘结应力等于平均粘结应力。对于压纹CFRP筋,当锚长≤12.5倍筋材直径时,粘结应力沿埋长分布较为均匀,其不均匀性系数在1.02―1.05之间;当埋长>12.5倍且≤20倍筋材直径时,粘结应力沿埋长分布较为不均匀,其不均匀性系数在1.05―1.14之间。     

基于Qt的锚杆锚固质量检测仪的应用软件设计思路

改革开放以来,我国的基础设施建设发展迅猛,人工隧道和人工高边坡工程大量涌现,锚杆锚固技术作为各类地下工程(隧道、洞室等)及边坡护理的重要手段,已在水电站、公路、铁路等工程施工中得到广泛应用,但这些锚杆是否达到了工程设计要求并对工程岩体起到了锚固作用,被锚固的岩体是否处在稳定的运行状态之中等一系列的检定问题并没有得到很好的解决,因而有人认为高速公路两边的锚杆是高速公路的定时炸弹。显见,锚杆锚固质量的检测工作在锚杆锚固工程中具有十分重要的地位和作用。     

基于裸光纤光栅传感技术GFRP抗浮锚杆荷载传递机制的原位试验研究

基于3根全螺纹GFRP抗浮锚杆现场拉拔破坏性试验,成功地将植入式裸光纤光栅传感技术应用于抗浮锚杆拉拔试验中,研究了全长黏结GFRP抗浮锚杆在各级荷载作用下的承载特性、荷载传递特征及破坏机制。研究表明:植入式裸光纤光栅传感技术有其独特的优越性,不会对锚杆自身造成损伤;GFRP抗浮锚杆破坏以杆体基体材料剪切破坏为主,锚固长度为5.0 m,ϕ28 mm锚杆极限抗拔承载力为400 kN,能够满足工程需求;锚杆的轴向应力主要集中在距孔口约3.0 m的区域,且随着锚固深度的增加迅速衰减;剪应力峰值出现在距离孔口以下约0.8 m的位置,随着荷载的增加,剪应力曲线的峰值逐渐增大并向深部移动。在此基础上,进一步分析论证了GFRP抗浮锚杆的破坏机制,为GFRP抗浮锚杆的工程应用提供了理论依据。     

具有自修复行为的智能材料模型

根据生物体损伤愈合的原理，设计了具有自修复行为的智能材料模型，分别以环氧树脂和水泥为基体，制作了具有自修复功能的智能材料样品，损伤试验表明，材料具有良好的自动修复能力。     

碳纤维/树脂复合材料多钉连接钉载系数测试方法

为解决由于碳纤维/树脂复合材料多钉连接结构中钉载分配状态和测试方法不同导致的钉载系数测试分散性不明确的问题,针对应变片和钉载矢量传感器两种测试方法,提出基于不确定度理论的钉载系数相对测量不确定度的计算模型,并计算两种测试方法对碳纤维X850/树脂复合材料单剪、双剪连接结构钉载系数的相对测量不确定度。结果表明,应变片测试方法中,单剪结构钉载系数无法准确测量,双剪结构钉载系数相对测量不确定度通常超过2.8%,且随结构中螺栓数目和应变片贴片角度偏差的增加而增大;钉载矢量传感器测试方法中,单剪、双剪结构钉载系数均可测试,且针对任意螺栓数目结构,其钉载系数相对测量不确定度最大不超过1.5%。      

螺栓断裂原因与抽检结果分析

采用断口宏观形貌观察、化学成分分析、显微组织检验、力学性能测试及腐蚀产物的X射线衍射分析等手段，对断裂与部分抽检的卡瓦螺栓进行了综合试验分析。结果表明，断裂螺栓为应力腐蚀断裂。而从抽检的螺栓中发现，有的化学成分不符合要求，有的热处理工艺不合理，有的存在表面淬火裂纹等，螺栓质量的不合格率约10％。在质量分析的基础上，提出相应的改进措施。     

光纤模斑传感器应用于在线监控复合材料工艺过程

复合材料的固化有着复杂的内部过程, 传统的工艺条件难以保障产品的质量, 发展智能化的在线监控技术是个有效途径, 在线监控系统需要有先进的传感器。研制了一种新型光纤传感器, 提出通过测量光纤末端近场模斑谱反映光纤埋置周围树脂折射率的变化。给出了利用这种传感器进行复合材料固化监测的实验结果。发现这种光纤传感器的信号能反映固化凝胶点、固化结束点及树脂粘度的最低点, 又由于光纤与复合材料的兼容性好以及装置简单、廉价、可靠性高, 因此可以应用于复合材料固化过程的在线监控系统。     

汽车螺栓断裂失效分析

对汽车上某一连接发动机和车身的高强度级别螺栓在使用过程中发生的断裂进行了分析.结果表明,螺栓的化学成分和金相组织均正常,其断裂为多源疲劳断裂.经对螺栓使用过程中的受力情况分析,认为螺栓断裂主要是由于该螺栓在安装时预紧力不足或汽车在运行过程中,发动机自身振动和汽车行进中颠簸而使螺栓产生了松动,从而受到交变载荷而在应力集中最为严重的螺纹根部发生疲劳断裂.     

吐丝机螺栓断裂的失效分析

采用化学成分分析、宏观扣微观检验、金相组织分析和力学性能测定等方法分析了吐丝机用高强度螺栓发生断裂的原因。结果表明,由于机加工不当而在螺纹根部产生表面缺陷,并且这些表面缺陷周围在随后的热处理过程中发生全脱碳,大大降低了螺栓的疲劳强度,导致螺栓在使用过程中早期疲劳断裂。     

Analysis of anchor bolt pull-out tests by a two-domain boundary element method

Mixed-mode crack propagation in anchor bolt pull-out tests of concrete is analysed, based on the maximum circumferential tensile stress criterion of linear elastic fracture mechanics. Analysis is carried out by implementing a two-domain boundary element method for the plane stress condition. Automatic remeshing of the boundary is accommodated with the increment of crack growth, and the prediction of crack trajectory is accomplished by generating new boundaries. In a parametric study, results are presented for five such cases as combinations of two embedded depths of the anchor bolt, different distances from the edge of the anchor bolt head to the reaction supports, and two lateral support conditions. A simplified formula for the estimation of pull-out capacity is derived from the analytical results, as a function of given geometric and material parameters.     

超高强度螺栓断裂失效分析

材质为35CrMnSiA钢的M56超高强螺栓在装配过程中,其螺帽与螺杆的R过渡处发生断裂。经检查,未装配的同批螺栓在螺帽与螺杆的R过渡处也存在微裂纹。借助化学分析、金相检验、扫描电镜和力学性能测试等手段对超高强度螺栓的显微组织、力学性能、宏观和微观断口形貌等进行了研究。结果表明,螺栓在表面处理过程中,表面富氢而产生氢致裂纹,在应力作用下,发生氢脆断裂。     

20MnTiB钢螺栓断裂失效分析

应用扫描电子显微镜、光学显微镜、显微硬度仪和电子探针X射线显微分析仪，对发射架20MnTiB高强度螺栓断裂件的金相组织、显微硬度、断口微观形貌和合金元素分布状态进行了分析。结果表明，断裂螺栓金相组织正常，力学性能符合技术要求；螺栓断裂失效是由于在螺栓根部存在因加工不当产生的初始裂纹，在初始裂纹尖端的应力集中和露天使用环境中水介质的共同作用下，螺栓发生应力腐蚀开裂。应力腐蚀开裂的方式是阳极溶解型。