早龄期混凝土路面板非线性温度场下温度应力的计算

给出了一种早龄期混凝土路面板非线性温度场下温度应力的解析计算方法。模型将路面板厚度方向的非线性温度分成平均温度、线性温度和非线性温度三个分项,每一分项温度引起应力分别计算,最终总应力为三部分应力的叠加。此外,由于徐变对温度应力发展具有很大影响,因此该文也对混凝土徐变对板内温度应力的影响进行了分析。模型预测结果表明:在非线性温度分布下,温度应力沿板厚也是非线性分布的,温度变化产生的最大温度应力可能出现在路面板厚度方向的任何高度上,这依赖于沿板厚方向的温度分布特征。混凝土徐变会显著的降低路面板内的温度应力。     

X65管线厚板控冷残余应力的数值分析

为研究X65管线厚板控制冷却时板厚方向的残余应力,通过开发线性混合热膨胀模型、拓展Avrami相变动力学模型和应用Leblond模型建立了热力耦合有限元模型,用该模型研究了控冷工艺、相变效应对残余应力的影响.结果表明:当上表面层流冷却系数由1 mW/(mm2.K)分别增至2、3 mW/(mm2.K)而下表面维持1 mW/(mm2.K)不变时,上、下表面与心部两侧的平均温差由0℃分别增至9、10℃,上表面一侧的拉应力峰值锐减188 MPa,并使上表面和心部附近的拉、压应力峰向下表面方向大幅迁移,即上下表面的不对称控冷加剧了板厚方向温度和残余应力的不对称分布;实际控冷工艺下,相变效应通过产生拉、压应力峰值分别为779、-454 MPa的应力而显著影响板厚方向的残余应力.     

干燥过程中小径木表层应力的研究

采用连续加热和间歇加热(间歇2h和间歇6h)方式对小径木锯材进行常规干燥,研究了干燥过程中小径木的表层应力(全应力和残余应力)发生、发展变化规律.结果表明,随着试材的含水率降低,其表层全应力最初表现为拉应力,拉应力增大到最大值后,逐渐减小直至消失,然后转变为压应力,压应力达到最大值后,逐渐减小直到干燥结束;残余应力是先逐渐增大,达到最大后又减小;3种加热方式下,试材表层应力的变化趋势基本一致,但是试材的表层应力间歇加热的明显小于连续加热的,间歇6h试材的表层应力最小;同一含水率水平下,表层应力弦切板的比径切板大.     

大型地下厂房开挖爆破振动动力响应数值模拟

针对向家坝水电站主厂房爆破施工诱发振动效应对围岩稳定及相关结构安全性影响,通过动力有限元数值模拟,研究地下厂房在开挖爆破振动荷载作用下动力响应。结果表明,顶拱拱脚处质点振速及拉应力最大,拱脚以上质点振速及最大拉应力迅速衰减;岩锚梁黏结面底部或顶部拉应力最大,与水平向质点振速相关性较好;高边墙质点振速与最大拉应力随高差增加而减小。综合分析数值计算结果与大量爆破振动实测数据,建议围岩及混凝土龄期大于28d的岩锚梁安全质点振速分别取15 cm/s及10 cm/s,且有一定安全储备。     

不同变形状态下变物性梯度功能材料板瞬态热应力

用非线性有限元法分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板的对流换热瞬态热应力问题,与已有文献比较检验了方法的正确性,给出了该材料板在不同变形状态下的瞬态热应力分布,并与常物性时的结果进行了比较。结果表明:无限自由长板内的热应力最小;当无限长板只能伸长、不能弯曲时,板内瞬态拉应力最大;当无限长板伸长、弯曲受限时,板内的瞬态压应力最大;考虑变物性时的最大拉应力比常物性减小48.9%,最大压应力减小39.6%;此外,对流换热系数的变化对不同变形状态下该变物性材料板瞬态热应力场的影响显著。此结果为该材料的设计和应用提供了准确的理论计算依据。     

高强钢焊接构件工字形横截面残余应力试验及统一分布模型研究

为研究不同强度等级高强钢焊接工字形截面残余应力的变化规律,采用分割法对960MPa钢材试件进行测量,得到了残余应力分布。将试验结果与大量其他强度等级(包括235MPa、345MPa、460MPa以及690MPa)钢材焊接工字形截面的残余应力进行对比分析,研究了残余拉应力和残余压应力随钢材强度的变化规律。研究结果表明,焊缝和翼缘焰切边附近残余拉应力与截面几何尺寸无明显相关性,且呈现随钢材强度增大而增大的变化规律,并始终低于钢材强度;翼缘和腹板的残余压应力与钢材强度无明显关系,但随板件宽厚比及板厚的增大而明显减小。基于这一规律及大量试验数据,提出了不同强度等级钢材焊接工字形截面残余拉应力和压应力的计算方法,确定了分布范围,制定了统一分布模型,为不同强度等级高强钢结构的研究提供了基础条件。     

水泥混凝土路面板早龄期徐变效应研究EI北大核心CSCD

基于微预应力-固结理论徐变模型,综合考虑材料、结构以及环境参数影响,建立三维路面板早龄期力学行为仿真程序,开展了路面板三维结构徐变效应研究。研究显示,徐变对路面板早龄期作用是一种松弛效应,显著降低了路面板早龄期翘曲和应力;徐变对路面板早龄期行为的影响量级与温度梯度、板边约束的影响相当;徐变效应受板边约束、温湿度梯度和整体温度条件显著影响,空间位置存在不均匀分布特性,徐变作用下应力最大松弛位置向受约束的板边中部靠近;路面板徐变松弛效应有显著经时特性,前7天徐变效应最为显著,60天后趋于稳定;面板温度梯度与整体温度提高,徐变松弛效应显著增加。理论比较显示,忽略温度对徐变的影响会低估高温、高估低温条件下的徐变效应,工程中可基于徐变效应设计降低路面板早龄期初始翘曲与初始应力。     

爆炸荷载作用下腋角对地下连通道的影响

采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析程序,建立土中中等矩形截面地下连通道有限元模型,利用流固耦合算法,模拟土中爆炸荷载作用下通道衬砌结构的动态响应过程,得到结构顶板的横向拉应力、压应力峰值分布以及顶板的最终合位移分布,并得到侧墙上的竖向拉应力、压应力峰值分布。对比分析通道在添加不同尺寸腋角时的响应结果得到结论:对于顶板外侧单元,中部压应力峰值最大,顶板与腋角连接部位的拉应力峰值最大,并且峰值最大值受腋角尺寸的影响都较小,但其他大部分部位的压应力在腋角尺寸增大时有明显减小;侧墙上竖向拉应力和压应力峰值最大值均出现在与腋角连接处,腋角尺寸的变化对内侧影响较大;顶板位移峰值最大值随腋角尺寸增大而减小,并且腋角高度的影响作用随高度增加先增大后减小,宽度的影响作用随宽度的增大逐渐减小。     

退火温度对溅射Al膜微结构及应力的影响

用直流溅射法在Si基片上制备了 2 5 0nm厚的Al膜 ,并在不同退火温度下进行退火处理 ,用X射线衍射和光学干涉相位移法对薄膜的微结构及应力随退火温度的变化进行了研究。结构分析表明 :退火后的Al膜均呈多晶状态 ,晶体结构仍为面心立方 ;随着退火温度由 2 0℃升高到 4 0 0℃ ,薄膜的平均晶粒尺寸由 2 2 8nm增加到 2 5 1nm ;薄膜晶格常数在不同退火温度下均比标准值 4 0 4 96 A稍小。应力分析表明 :随退火温度的升高 ,Al膜应力减小 ,30 0℃时平均应力减小为 2 730× 10 8Pa且分布均匀 ;在 4 0 0℃时选区范围内应力差仅为 3 82 8× 10 8Pa。     

水泥混凝土路面早龄期应力行为试验研究

为了解路面板早龄期应力性状与行为特征,基于福建夏季高温、冬季低温、隧道恒温进行了3种典型环境条件的路面板早龄期行为现场试验.采用无应力圆筒装置去除路面板温湿度无应力应变,基于应变历史结合步进法考虑徐变松弛获得路面板典型监测位置应力性状和时程.同步监测路面板早龄期温度场和整板翘曲,比较路面板早龄期应力与温度梯度、翘曲变形...     

水泥混凝土路面角隅应力分析

鉴于我国刚性、半刚性基层上水泥混凝土路面角隅断裂多发的状况,采用弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型分析其产生的原因。面层角隅在单个矩形荷载作用下,讨论了半空间地基和文克勒(Winkler)地基路面结构应力、弯沉的异同,给出了按应力和弯沉等效时地基参数之间的换算关系;分析了基层超宽对面层和基层自身应力的影响,得到了基层超宽系数的近似回归式;探讨了面层角隅受荷和温度梯度共同作用下面层应力采用叠加方法和耦合方法计算的差异;初步给出了板底脱空(层间接触刚度弱化)、邻板接缝传荷对路面结构应力、弯沉影响的规律。     

火灾下钢筋混凝土简支板力学响应机理

拉力膜理论针对的是板大变形下开裂状态的研究,对于火灾下板发生大变形尚未开裂的机理缺乏合理的解释。为此该文采用合理的材料热工性能和热-力耦合本构关系,应用ABAQUS有限元软件对火灾下钢筋混凝土简支单向板和双向板的温度场和热力耦合场进行了三维实体有限元分析,在实验验证的基础上深入探讨火灾下混凝土和钢筋的应力变化规律以及钢筋混凝土简支板的力学响应机理。分析结果表明：简支板发生了激烈的应力重分布现象,其变形过程经历弹性、弹塑性、塑性以及受拉开裂四个阶段,在弹塑性和塑性阶段板底混凝土双向受压的倒拱效应使得双向板抗火性能优秀;当火灾下钢筋混凝土简支板实验没有达到力学响应的受拉开裂阶段时,板底直接受火区域不会出现开裂现象;与单向板相比,双向板进入塑性与受拉开裂阶段的时间大幅度延长,且塑性与受拉开裂阶段变形速率减缓,因此其抗火性能更优。     

钻环测量水泥混凝土板表面残余应力的试验研究

水泥混凝土在强度形成过程中,水泥砂浆体积变形受到约束后将导致水泥混凝土内产生残余应力。对水泥混凝土路面板而言,板表层水泥砂浆的体积变形受外部环境影响更严重,因此板表面存在较大的残余应力,超过其抗弯拉强度时将导致微观裂缝的出现。目前,根据金属工程中测量表面残余应力的钻孔法,相关学者提出了钻环测量水泥混凝土表面残余应力的方法,并对其可行性进行了分析。该文将在该方法可行性分析的基础上,建立有限元模型对钻环过程进行模拟,确定室内试验时钻环法的相关技术参数,然后浇注水泥混凝土板,考虑加载和不加载两种工况进行室内试验,试验结果表明:钻环能够释放板表面的残余应力,该方法可以用于水泥混凝土表面残余应力测量。     

水泥混凝土路面板早龄期翘曲行为数值分析研究

以1/4面板结构模型程序为基础,考虑基层与面板的摩擦界面作用,开展了足尺路面板结构的三维早龄期翘曲有限元数值模拟研究,并与现场实验进行校验。对比显示,相比1/4面板模型,考虑基层摩擦接触界面的全面板模型程序板角位移计算值减小,日变化量级、趋势与试验监测结果更为接近,面板-基层界面参数对计算迭代收敛性影响较大。不同的工况组合下,由于早龄期的历程效应路面板会产生很多复杂的行为特征,计算仿真显示面板早龄期存在板角-1/4板中-板中的翘曲变形迁移运动,不同条件的边界约束导致演化形成不对称面板翘曲。在夏季28 d的记忆-松弛-记忆多次叠加历程作用下,路面板一般将产生正的固化温度差性状。由于混凝土早龄期行为的复杂性,早龄期数值模拟技术仍需研究模型优化、材料早龄期参数特性以及施工工艺的影响。     

声子晶体平板组合成像特性分析

用多重散射方法分析了声子晶体单平板和多平板的成像特性。发现：在特定频率范围内,引入等效负折射率后,单板负折射成像可用反Snell定律描述;多层声子晶体平板成像服从依次成像规律,可类比传统几何光学中共轴球面系统的成像,引入实物实像、虚物虚像等概念;平板透镜不改变出射波的出射方向,仅使出射位置产生平移;多平板透镜的累加成像与等厚度的单一平板透镜成像具有相同的效果。平板透镜的这些成像特点,使其在成像质量、加工方法、系统组合等方面比球面透镜更具优势。     

Analysis of cracking of lithium tantalate (LiTaO3) single crystals due to thermal stress

Quantitative estimation of failure of a LiTaO₃ single crystal due to thermal stress was investigated. Cylindrical test slabs were heated in a silicone oil bath, then subjected to large thermal stress by pouring silicone oil with room temperature. Cracking occurred during cooling. A transient heat conduction analysis was performed to obtain a temperature distribution in a test slab at the time of cracking, using the surface temperatures measured in the test. Then thermal stress was calculated using a temperature profile of the test slab obtained from the heat conduction analysis. It is found from the results of thermal stress analyses and the observation of the cracking in the test slabs that the cracking induced by thermal stress occurs mainly in the cleavage planes due to the stress component normal to the plane. As for a size effect of failure stress, large-sized cylindrical test slabs show lower failure stress than small-sized ones. Four-point bending tests were also performed to examine the relationship between the critical stress for cracking induced by thermal stress and the four-point bending strength. A useful relation was derived for predicting the critical stress for cracking induced by thermal stress from the four-point bending strength.     

Modelling of creep effect on moisture warping and stress developments in concrete pavement slabs

Abstract

One of the major reasons for the fatigue failure in concrete pavements attributes to the curling and warping deformations and the traffic loads, while creep effect can reduce such deformation and consequently the stress generated in slabs. The literature on the influence of creep effect on slab warping and stress generation is found rare. In this study, a test set-up was designed to measure the flexural creep of concrete beams exposed to sealed and drying conditions. The measured creep properties were then incorporated in finite element analysis to model the creep effect on warping deformation and stress generated in slabs under the conditions of bounded and unbounded with base. It is found that creep effect is significant in slab bonded with base, it reduces warping deformation and stress by 36 and 45%, respectively. The total stress is reduced by 34%. Therefore, it is of importance to take into account creep effect when conducting deformation and stress analysis in concrete pavement slabs.     

Numerical comparison of flexible pavement dynamic response under different axles

A three-dimensional finite element model was utilised to examine the flexible pavement dynamic response under single, tandem and tridem axles at different speeds. Using two different hot-mix asphalt (HMA) layer thicknesses, 15.2 and 25.4 cm, the dynamic effects of moving axles were investigated on critical responses. These responses include the tensile strain at the bottom of asphalt layer, compressive strain on the top of subgrade and tensile and compressive strain on the surface layer. In this study, the HMA layer and other layers were characterised as linear viscoelastic and elastic material, respectively. Since this research focuses specifically on the time and dynamic effects, considering the transient dynamic loading and inertia forces, implicit dynamic analysis was done. The important findings are as follows. (1) Strains induced by tridem axles could be greater than tandem axles or even equal at different speeds. (2) It cannot be stated that axles always induce greater critical response value to road systems at lower speed because at higher speed they can also induce greater critical response value in pavements than that at lower speed. (3) Changing trend and changing rate of strains with speed are strongly affected by pavement thickness. In general, the effects of different axle configurations are strongly affected by moving speed and surface layer thickness.     

桥上CRTSII型道岔板砂浆离缝影响特性研究

水泥乳化沥青砂浆离缝是桥上纵连板式无砟轨道主要伤损型式之一。参考18号无砟道岔的结构形式,简化建立桥梁-纵连板式道岔垂向耦合静力和动力分析模型,应用有限单元法,计算分析了不同程度的道岔板下砂浆离缝对道岔结构变形及受力影响。研究表明,板下砂浆层发生离缝,对道岔板及钢轨的影响较底座板更明显。不同离缝形式对结构的影响程度不同,当离缝发生在板端时,道岔结构受力与变形最不利;发生在板中时,道岔板的翘曲位移变化不明显。依据计算结果得出板底砂浆离缝尺寸对道岔结构的影响规律,同时从无砟轨道稳定性角度出发,初步提出砂浆离缝尺寸限值,道岔板下砂浆离缝垂向高度低于1.8mm,沿线路纵向离缝长度小于0.7mm。