连续箱梁桥不同厚度铺装层的力学响应分析

应用ABAQUS有限元分析软件整体建模研究了不同厚度铺装层的力学响应变化规律。结果表明:水平荷载对层底剪应力水平影响较大,较厚的铺装层能在一定程度上降低层底剪应力水平。车辆超载、铺装层模量的变化、温度荷载对各不同厚度铺装层力学响应的影响效果接近。较薄的铺装层应提高粘结层的抗剪性能,较厚的铺装层应提高铺装层材料的抗拉强度。桥梁内部最大主应力与最大Mises应力均随着铺装层厚度的增加而呈线性增长,薄层铺装能够在一定程度上改善桥梁受力状况。在实际决策过程中,需要综合考虑力学响应指标与材料实际性能,以达到经济性与功能性双重目的。     

水泥砼路面不同沥青加罩方案的力学响应分析

传统的多层弹性体系理论路面的力学计算方法难以全面地分析水泥砼路面沥青加罩结构的力学响应.利用三维有限元计算工具,分析了水泥路面上不同的加罩结构以及各自不同的层间接触条件、不同的基础处理方法、不同的结构计算参数,在荷载作用下的力学响应,并得出了一些很有意义的结论.     

板底脱空对水泥混凝土路面板动力响应分析

为了分析板底脱空对水泥混凝土路面板的动力响应,基于流固耦合原理建立了考虑板与板相互作用的9块水泥混凝土路面板脱空有限元模型,分析在行车荷载作用下,车辆参数(均布质量、作用面积和运动速度)、路面板参数(路面板厚度、纵横缝分布钢筋等)以及板下地基脱空(不同脱空面积、不同位置以及脱空处不同含水量)对路面结构作用力的影响;探讨了接缝处布设钢筋的9块板水泥混凝土路面结构的动态弯沉、最大弯拉应力和水压力的变化规律.结果表明:无论脱空与否板角隅处脱空区域水泥混凝土路面板顶的表面弯沉、弯拉应力明显大于纵缝脱空区域;弯沉和弯拉应力随着脱空面积的增大而增大;脱空区域不同含水量对板弯沉和弯拉应力影响不大.随着脱空面积的增大,基层脱空区域底面受水压力呈线性增长的趋势,其中板角隅处脱空区域水压力明显大于纵缝脱空区域.     

智能感知道路主动除冰雪系统及实验技术

为解决道路冰雪的问题,研制了智能感知道路主动除冰雪系统。介绍了导电橡胶复合材料的制备方法,通过室外试验确定了融雪效果,而且构建了相应的有限元模型,将主动融冰雪系统用于工程且确定了智能感知系统的阈值。结果表明,14 V电压和-8°C条件下导电橡胶在3.17 h融化路面20 mm雪厚,可以实现低电压下快速融雪。室外试验验证了有限元模型的准确性,感知系统表明智能感知主动除冰雪系统能及时除去道路冰雪。     

重载动力荷载下水泥砼路面的力学响应分析

为研究动力荷载下水泥砼动力响应的规律,在修筑的试验路段上,以重型运输车辆为加载设备,通过在混凝土板中埋入应变传感器,获得行驶车辆荷载作用下板内测量应变,分析实际车辆荷载作用下水泥混凝土路面板内的应变状态,对动态多联轴车辆荷载作用下的路面板内的力学响应做初步探讨。     

考虑层间不同状态的沥青路面力学响应分析

目的为了定量研究层间滑移条件下沥青路面结构力学响应．方法通过定义滑移系数来准确模拟层间不同的连接状态，分析了同一沥青路面在优、中、差三种接触条件下力学响应的变化，以及分析在不同滑动条件下基层回弹模量变化对沥青路面受力的影响．结果层间连接条件由优良转差后，弯沉和最大剪应力增长了近20％、沥青层层底由受压状态变为受拉状态．基层回弹模量增加，均能有效减少沥青层层底拉应力，但同时导致沥青层内竖向压应力和剪应力过大增长。使出现车辙的概率增加．结论在沥青路面设计和施工时应做好黏结层，避免层间滑动的出现．同时将基层模量控制在合理的范围1000～1200MPa内．     

不同轮压分布形式对半刚性路面结构力学响应的有限元分析

针对轮胎接地形状的不规则性和轮压分布的不均匀性,运用三维有限元方法分析了轮压在圆形均匀分布、矩形均匀分布和矩形非均匀分布3种轮载作用形式下半刚性路面结构的力学响应.计算表明,轮压作用于路面的形状和非均匀性均对沥青路面的力学响应有显著的影响,尤其是超载时,圆形均布假设和矩形均布假设均不能正确反应半刚性结构层内部的剪切指标,只有矩形非均布假设能够很好地反应.研究提出,欠载及标准轴载时,可以采用圆形均布假设进行路面结构力学响应的分析;超载时,鉴于剪切指标对轮压非均匀性分布的敏感性,建议采用矩形非均匀分布荷载形式进行路面结构力学响应的分析及模拟仿真.     

层间粘结失效后桥面沥青铺装层细观力学行为分析

首先,通过室内单轴压缩试验、劈裂试验和斜剪试验及其数值仿真标定了沥青上面层、下面层及防水粘结层细观参数;然后,通过施加滚荷载和设置层间粘结失效区域,对各结构层材料的应力、位移、速度等力学行为进行监测。结果表明,沥青面层间的粘结失效会显著影响上面层与下面层顶部颗粒的应力和运动状态,且下面层颗粒横向应力响应明显变大;沥青面层与桥面板间的粘结失效导致下面层底部颗粒横向应力增大,层间出现横向移动趋势。通过监测层间粘结失效后不同结构层材料的力学状态变化可以预测桥面铺装层病害的发展,为桥面沥青铺装层预防性养护提供参考。     

单丝复合体系界面力学行为的表征

界面是纤维增强树脂基复合材料的重要细观结构,极大程度地影响着该材料的宏观性能以及破坏模式.单丝复合体系是界面力学性能表征的主要研究对象.从细观力学实验,细观力学模型以及数值模拟3个方面出发,全面地阐述了单丝复合体系界面力学行为表征的手段和方法.细观力学实验是建立细观力学模型以及发展数值模拟方法的基础,应充分利用三者的关系,建立完善的界面性能表征体系,以便更加准确的预报复合材料的力学性能,满足各个行业的要求.     

层间结合对半刚性沥青路面力学响应影响分析

基于弹性层状体系理论,引入古德曼模型接触面单元理念反映层间结合条件,针对国内典型的半刚性基层沥青路面结构,分析不同层间结合条件下路表弯沉、层底弯拉应力、沥青面层剪应力等力学响应.层间结合条件影响了路面结构的力学响应,层间完全光滑使得集中于面层内的剪应力增大.应从设计、施工及运营管理等方面严格控制层间结合条件.     

基于板底脱空的水泥混凝土路面动水压力试验研究

为了分析板底脱空对水泥混凝土路面板的动力响应,基于流固耦合原理建立了考虑板与板相互作用的9块水泥混凝土路面板脱空有限元模型,分析在行车荷载作用下,车辆参数（均布质量、作用面积和运动速度）、路面板参数（路面板厚度、纵横缝分布钢筋等）以及板下地基脱空（不同脱空面积、不同位置以及脱空处不同含水量）对路面结构作用力的影响;探讨了接缝处布设钢筋的9块板水泥混凝土路面结构的动态弯沉、最大弯拉应力和水压力的变化规律.结果表明：无论脱空与否板角隅处脱空区域水泥混凝土路面板顶的表面弯沉、弯拉应力明显大于纵缝脱空区域;弯沉和弯拉应力随着脱空面积的增大而增大;脱空区域不同含水量对板弯沉和弯拉应力影响不大.随着脱空面积的增大,基层脱空区域底面受水压力呈线性增长的趋势,其中板角隅处脱空区域水压力明显大于纵缝脱空区域.

     

FWD动载下的横观各向同性路基动力响应分析

利用有限元分析原理,建立基于横观各向同性路基的三维仿真模型,分析在落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer,FWD)脉冲动载作用下路基表面的弯沉,及不同深度处力学指标的变化,讨论土基材料横观各向同性对力学指标的动力响应影响.结果表明,路基弯沉峰值随距荷载中心点距离的增大而滞后,荷载中心点与距荷载中心200 mm处传感器点的滞后幅度最大(为60%);弯沉值随水平模量的增大而减小,最大减小幅度为21%;路基所受应力随深度的增加而减小,最大减小幅度为67%;水平模量的增大也会减小应力值,最大减小幅度为28%.落锤式弯沉仪能较好模拟车辆移动荷载状况,反映实际路面受力情况,基于横观各向同性的土质路基,能有效地预测路基的使用性能.     

不同物性的储层砂岩出砂力学响应分析

储层砂岩是由砂岩颗粒胶结而成的沉积岩,同一区域的物性特征不尽相同,油藏开采时的地层响应和出砂也会有差异.以2种不同的储层砂岩为研究对象,基于柱坐标系的三维颗粒流数值模型,模拟射孔围压和油藏流速一定时的砂岩宏细观力学响应,分析出砂的发生和发展过程.砂岩的宏观应力曲线表明砂岩颗粒间的弱胶结性越弱,胶结物质含量越少,砂岩越容易屈服破坏,出砂越容易.砂岩的黏结应力分布同样说明储层的砂岩颗粒越小、胶结含量和胶结程度越小,离散的颗粒越多,颗粒接触上的受力越大,砂岩破坏越严重,出砂的几率越大;同时,颗粒的位移和旋转也说明胶结物质对储层砂岩力学特性和出砂的影响较大,与上述研究成果一致.储层开采中,不同物性的储层砂岩力学响应不同,出砂特性有差异,需要针对实际的储层物性和赋存环境,采用适宜的出砂预测方法和防砂手段.     

重载交通水泥路面传力杆设计的力学分析和建议

建立了Winkler地基上的双层结构模型,分析了传力杆几何尺寸、空间位置、与混凝土结合状况及布设方式对接缝传荷能力、传力杆内力和面层底部最大应力的影响。结果表明,增加传力杆直径和长度不能有效提高传荷能力;弯沉传荷系数随传力杆竖直偏角的增大线性减小,随传力杆支撑模量的增大呈指数增大,随松动量的增大呈二次曲线下降;传力杆数量相同时,布设在轮迹带上与沿横缝均匀布设的传荷能力相近,达到一定数量后传荷能力不再因布设位置、层数明显变化。     

岩体力学分析的随机有限元方法

本文将岩体弹模、泊松比、比重等作为随机变量,推导了岩体结构分析的随机有限元公式。由随机有限元的结果可以进行大体积连续结构的可靠度分析。算例表明了材料参数的离散性对岩体可靠度的影响。     

导电聚苯胺/橡胶复合材料的制备及力学、电学性能研究

采用溶液法合成的具有较高电导率的盐酸掺杂态聚苯胺(HCl PAn)粉末分别与天然橡胶(NR)和丁腈橡胶(NBR)共混,制备了聚苯胺/天然橡胶(PAn/NR)、聚苯胺/丁腈橡胶(PAn/NBR) 复合材料。用透射电子显微镜和红外光谱表征了聚苯胺的形态结构;研究了聚苯胺用量对复合材料电导率和力学性能的影响。实验结果表明,在天然橡胶中添加50份聚苯胺,复合材料电导率达到10-9 S·cm-1,比未添加聚苯胺时提高了6 个数量级;聚苯胺添加到NBR中,复合材料的电导率无明显变化,只起到一定的补强作用。     

考虑层间接触的旧水泥混凝土路面 加铺厚沥青层的力学分析

基于试验路段省道120线的路面技术状况,利用有限元软件ABAQUS建立旧水泥路面加铺厚沥青层的三维力学分析模型,并考虑了旧路面与加铺层的层间接触和旧路面间接缝.首先计算分析了结构的温度场,然后分析了结构在温度荷载和车辆荷载耦合作用下调平层厚度对结构力学响应的影响及各结构层的功能需求.得出以下结论：在典型高温天气下,面层顶部的温度高于55℃;温度场变化幅度较大的范围在0~30 cm,增加加铺层厚度可降低因旧路面结构引起的温度应力;加铺层承受了较大的竖向变形,上面层和调平层承受较大的拉应力,是路面由上而下开裂和由下向上疲劳开裂的主要原因;上面层承受着较大的压应力和剪应力,同时下面层和调平层也承受了较大的剪应力;增加调平层厚度,可有效降低调平层的拉应力、压应力和剪应力,可以较大降低对旧路面结构的抗拉强度要求,从而增强了结构抗反射裂缝能力和抗疲劳能力;根据力学分析,给出了各加铺层混合料设计建议.研究成果为改善道路材料设计和提高加铺结构耐久性提供力学理论依据.     

基于车辆脉冲响应的路面不平度识别方法

基于车辆脉冲响应,提出了利用车辆动态响应识别路面不平度的方法。首先,以路面不平度为输入,推导了基于脉冲响应函数的车辆响应计算公式。然后,将脉冲响应函数离散为矩阵的形式,建立了基于脉冲响应矩阵的不平度识别线性方程。同时,考虑前、后轮所经历的路程存在一段重合的特点,构建了前、后轮位置相关性矩阵,降低了待识别的未知数数目。接着,鉴于不平度一般为连续函数的特点,利用荷载形函数的思想,进一步降低待识别的未知数数目,并提高对噪声的鲁棒性,实现路面不平度的实时识别。最后,利用数值仿真和试验验证了本文方法的有效性。     

重载交通下水泥砼路面力学机理的影响分析

以水泥砼路面结构与重载交通特性为研究实体,结合南方省份高温的区域性特点,轴载偏重,轴载次数多,接地压强大,采用三维有限元程序对最不利荷载位置的水泥砼路面的动力特性进行了模拟,得到板厚、基层厚度与模量、地基刚度、接缝等重要参数对水泥砼路面结构力学行为的变化规律,为水泥混凝土路面结构设计、路面结构在重载作用下的力学响应提供了理论依据和参考。     

基于有限元的装载机动态特性与瞬态响应分析

以ZL50G型装载机为具体对象,结合三维CAE软件和通用有限元软件,利用两个软件之间的数据接口,建立工作装置三维实体有限元模型,进行结构动态特性与典型工况下瞬态响应分析,由此可发现结构潜在的设计缺陷,为结构优化设计提供科学依据,并大幅度减少解析计算工作量.