WJ-7型扣件系统扣压力与疲劳寿命研究

弹条扣件系统对无砟轨道的稳定性、可靠性起到重要作用,而弹条折断为扣件系统中常见病害.WJ-7型扣件系统是我国客运专线常用,WJ-7型铁路弹条扣件系统中的弹条为W1型,因此对W1型弹条在不同交变载荷下的扣压力进行试验研究.结果表明:W1型弹条扣压力随载荷循环次数呈三阶段衰减;弹条的疲劳寿命与载荷幅值呈反相关关系;W1型弹条断裂性质为弯曲——扭转疲劳断裂.     

DT-Ⅲ型轨道扣件弹条性能分析

为研究轨道扣件弹条失效的原因,以DI型弹条为研究对象,建立DI扣件弹条分析模型,对弹条在10 kN扣压力下的静态强度分析,得到弹条组装后的应力集中点处于后拱小圆弧处.同时,在组装静态预应力下,对DT-Ⅲ型扣件弹条进行不同冲击力下的动态响应分析,得到弹条在动态激励作用下动态力与应力、位移的数值模型.结果表明:静力分析与动力分析中弹条的最大应力均发生在弹条后拱小圆弧后跟端处,且在不同动态激励力(1、2及3 kN)作用下,弹条的应力依次为2 077.4、2 270.2和2 433.3 MPa,远超过DT-Ⅲ型扣件弹条的抗拉强度,因此,在列车周期性冲击作用下,DT-Ⅲ型扣件弹条在后拱小圆弧后跟处将出现疲劳损伤并导致弹条断裂失效.     

高速列车运行下WJ-7型扣件动力分析

采用大型有限元软件分析WJ-7型扣件弹条在列车运行下所引起的铁轨对弹条的冲击,建立详细的扣件系统有限元模型,基于车辆轨道耦合动力学理论下分析WJ-7型扣件弹条在安装过程中的受力,以及列车冲击荷载作用下的受力特性。分析静力与冲击力下的应力大小与位置,在不同冲击力作用下发现弹条的最大应力发生在与铁垫板接触的部位,最大应力为1 853 MPa。10 kN的扣压力下的静力分析,弹条的最大应力同样发生在与铁垫板接触的部位,最大应力为1 765 MPa。弹条与绝缘块接触部位为了实现固定钢轨的作用受到的冲击随着冲击力的增大位移也不断增加,同时两臂向上翘起且变形越来越明显,弹条的弹程随扣压力的增大呈线性增加趋势。随着列车的反复通过,弹条容易在这区域萌生裂纹最终裂纹扩展导致弹条发生疲劳断裂。数值分析结果与现场多处弹条断裂破坏位置吻合,分析结果可为以后弹条的设计、优化、安全提供参考依据。     

基于ANSYS的地铁弹条强度模拟分析

针对地铁弹条的实际工况,采用UG建模,利用ANSYS-10．0仿真手段,对实际工作载荷下弹条中的应力和应变情况进行了计算机模拟．模拟结果显示：在压紧位移值和扣压量分别一定的情况下,改变对应的扣压量和压紧位移等边界条件后获得了弹条内部模拟应力分布和模拟最大应力值,模拟显示最大应力位置出现在地铁弹条的跟端弯曲圆弧位置;在两个影响因素中,压紧位移对弹条中的应力分布和最大应力值的影响更为显著．     

支模架节点半刚性性能对比研究

为了对比各种形式模板支撑架梁柱节点半刚性强弱,本文抽取直角扣件、碗扣式、盘扣式、轮扣式直角节点等工程中常用的模板支撑架形式的梁柱连接进行节点扭转刚度试验,得到并绘制相应的M-θ关系曲线,为各种形式支撑架设计计算提供参考.再搭设这4种不同节点形式钢管支撑架进行单榀试验,根据试验所得位移与SAP 2 000模拟所得的位移计算得到半刚性横向刚度修正系数,进行直观对比.结果表明节点刚度由强到弱依次为:65N·m初始拧紧力矩扣件式节点、碗扣式节点、盘扣式节点、40N·m初始拧紧力矩扣件式节点、轮扣式节点.     

基于砂岩长期蠕变的隧道施工全过程动态模拟

以四面山隧道砂岩段为依托工程,对砂岩试样进行单轴不等距分级加载蠕变试验,研究砂岩长期蠕变特性.根据试验数据,选择ANSYS隐式蠕变11号方程,将其作为砂岩持续变形的本构方程,继而对四面山隧道施工全过程进行动态模拟分析.结果表明:应力加载第一阶段出现典型的减速蠕变阶段和等速蠕变阶段,减速蠕变阶段持续时间较长,应变率随时间增加而变小并逐渐趋于定值,等速蠕变阶段蠕变率保持不变;通过动态模拟获得隧道施工过程水平收敛、拱顶沉降及应力变化曲线,水平收敛和拱顶沉降分别于26和24 d左右变形趋于稳定,其对应值为11.2和11.5 mm,拱腰及拱脚处应力分别稳定于2.26和4.44 MPa;锚杆受最大拉应力为229.97 MPa,衬砌受最大压应力为3.41 MPa,均小于最大允许值,处于安全范围;经验证,模拟结果与现场实测数据基本吻合.     

微动磨损对弹条II型扣件弹条断裂的影响分析

弹条是实现弹条II型扣件功能的主要元件,传统的疲劳分析方法主要从弹条的应力、应变入手,这并不能反映真实情况,因为弹条在工作中与其它构件接触面表面之间存在微小的相互移动,即微动．应用非线性接触理论,采用库仑摩擦模型模拟弹条与周围接触元件之间的摩擦接触情况,计算出弹条各点的剪切应力τ、相对位移δ及二者乘积τ·δ的值;并采用离散裂缝模型来模拟扣件裂纹的生成及扩展．理论分析表明,若微动磨损在弹条疲劳断裂过程中起主要作用,则断口处应位于弹条中τ·δ值最大的点附件．扣件疲劳试验表明,弹条断口处位于弹条尾部与轨距挡板接触处,处于τ及τ·δ最大的点之间且更靠近τ·δ值最大的点．弹条尾部与轨距挡板之间由于微动磨损产生裂纹,形成污染源,反复作用下,裂纹扩展,最终导致弹条断裂．试验证明了弹条微动磨损理论分析的正确性,为改进弹条设计,提高其疲劳寿命提供科学依据．     

部分排水条件下饱和红黏土循环试验研究

为了研究交通荷载作用下路基天然黏土层的长期动力特性,采用GDS循环三轴系统,对赣南地区的路基红黏土开展部分排水条件下大次数循环荷载试验.研究部分排水条件下红黏土的孔压累积和模量变化情况,分析循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比对红黏土累积变形的影响.研究结果表明,红黏土的最终竖向累积变形随循环应力比和初始固结应力比的增大而指数型增大,随平均初始固结压力的增大而线性增大,提出考虑循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比和循环次数的累积应变模型,通过不同动应力状态下红黏土累积应变随循环次数发展曲线的归一化表明了该累积应变模型的正确性.     

冻结层状红砂岩三轴蠕变特性及本构模型研究

为探讨冻结、三轴应力条件下层状红砂岩蠕变失稳规律,采用自主研发的DRTS-500型动力扰动低温岩石三轴试验系统对-10℃,围压为8MPa下不同节理面倾角的层状红砂岩进行三轴压缩试验和三轴蠕变试验,建立了冻结层状红砂岩三维蠕变模型.结果表明:冻结层状红砂岩轴向初始蠕变特性、非线性蠕变特性以及蠕变破坏形式受层理方向影响显著;所提出的新模型可以精确描述冻结层状红砂岩在三轴压缩条件下的轴向、径向蠕变全过程曲线,且该模型在描述初始蠕变阶段和非线性蠕变阶段时优于经典西原模型和改进西原模型.研究成果对西北地区层状岩层中立井冻结法施工时冻结岩壁支护时间、非线性变形预测以及井筒安全性评价具有一定的参考价值.     

考虑初始等距共线微裂纹列影响的Ⅰ型裂纹体的蠕变断裂分析

利用宏观裂纹-微裂纹相互作用模型和蠕变断裂应力强度因子理论,对具有初始等距共线微裂纹列影响的平面Ⅰ型裂纹体的蠕变断裂问题进行了分析.并给出了混凝土Ⅰ型裂纹体的蠕变断裂应力强度因子与裂纹体初始应力强度因子的关系式.     

含初始损伤大理岩的时效变形与破坏试验研究

为研究大型地下洞室在持续的多次开挖卸荷和复杂应力重分布过程中损伤围岩的时效变形和破坏特性,针对现有岩石流变或时效破坏试验研究未充分考虑试样初始损伤的不足,通过预加载的方式对大理岩构造初始损伤,结合声发射对含初始损伤大理岩进行单轴压缩时效变形和破坏试验及裂纹扩展观测分析,同时对比开展含初始损伤大理岩和完整大理岩的蠕变试验研究。结果表明:1)含初始损伤大理岩单轴压缩时效破坏没有明显的应力峰值点;当临近破坏停止加载保持应力恒定后,其环向应变的增长幅度远大于轴向应变的增长幅度。同步声发射监测揭示体应变的拐点是含初始损伤样发生破坏的先兆。2)三轴蠕变试验中含初始损伤大理岩的轴向和径向应变均大于完整大理岩的轴向和径向应变,体应变结果分析显示含初始损伤大理岩在加载初期即出现体积扩容。3)随着围压的升高无损伤大理岩仍发生剪切型脆性破坏,含初始损伤大理岩从脆性破坏向延性破坏转化,最终呈现"X"型共轭剪切鼓胀破坏。试验研究结果有力地表明含初始损伤大理岩的时效变形与破坏特性不同于完整大理岩,其对更加合理地分析地下洞室长期稳定性具有重要的借鉴意义。     

基于一种新型蠕变试验仪的沥青蠕变性能

目的研究温度和应力水平对不同种类沥青蠕变性能的影响规律,促进黏弹性理论及其试验设备与方法在沥青试验测试中的应用.方法利用一种新型蠕变试验仪研究温度和应力水平对5种沥青蠕变总应变、蠕变回复率和蠕变劲度的影响.结果相同应力水平下,随着温度的升高5种沥青的蠕变总应变不断增大,蠕变回复率逐渐减小,蠕变劲度不断减小;20℃较低应力水平下,蠕变总应变与应力水平近似成直线关系,多数沥青的蠕变回复率随着应力水平的增加不断减小,各应力水平下的蠕变劲度曲线基本相同.结论添加SBS和橡胶粉改性剂可以有效减小沥青的总应变,并且提高弹性变形的比例,老化过程可以很大程度的改变沥青的蠕变性能,添加再生剂可以恢复沥青的黏弹性质;在双对数坐标轴下,5种沥青的蠕变劲度与时间具有比较好的线性关系,幂函数能够很好地表征沥青蠕变劲度与时间的关系.     

单相LAZ532-2RE镁锂合金拉伸蠕变性能

试验研究了铸态LAZ532-2RE合金在温度为398K～448K和压力为60～100 MPa的范围内的压蠕变行为.结果表明,在398、423和448K温度蠕变测试时,应力指数n值分别为4.25、4.98和6.23,蠕变激活能Qc值在60、80和100 MPa的应力条件时分别为104、118和134 kJ/mol,其对应的蠕变机制,应力指数在4.25～4.98之间时,蠕变机制是位错攀移型蠕变.当n大于6时,属于受非基面位错运动控制的蠕变,稀土相在高温蠕变过程中阻碍了位错运动,提高了该合金的高温蠕变性能.     

真实水环境下高水材料三轴蠕变特性研究

高水充填材料用于充填开采时,高水材料自身的物理力学性质,尤其是其长期力学和变形特性,对顶底板岩层的活动规律会产生直接影响,同时也决定采空区地表沉降控制的效果。为研究采空区中的高水充填材料的活动规律,利用自行设计、加工、制造的轴压水压联合作用岩石流变试验系统,进行了真实压力水环境下高水材料的蠕变试验。研究结果表明：水环境有利于高水材料强度的保持和发展,水压力可以提高材料的承载能力和长期强度;同时,水压力可以抑制高水材料的蠕变发展,且水压力越大,材料稳定蠕变的极限蠕变量越小;水压力对高水材料蠕变试验的初始应变率有显著影响,并影响进入到稳定蠕变阶段所需的时间长度。     

岩石蠕变的热力学本构模型及应用分析

通过建立一个基于非平衡态热力学的岩石黏-弹-塑性本构模型,用以分析岩石的蠕变变形和蠕变失稳问题.该模型不同于经典弹-塑性模型,从可逆、不可逆能量过程及能量的涨落出发,推导得到了可统一描述岩石黏-弹-塑性行为的本构关系,无需屈服面、流动法则等概念.它通过将应力划分为弹性应力和黏滞应力来描述岩石的黏-弹性行为,而通过耗散流和涨落运动的概念来描述岩石的黏-塑性行为.分析表明,该模型可以反映岩石在高围压下延性破坏、在低围压下脆性破坏的特征,同时也可较好地预测岩石的蠕变变形和蠕变失稳规律,并可较好地阐述其中的物理机制.     

掺砾黏土蠕变性质的三轴试验

为分析掺砾量、围压和应力水平对掺砾黏土蠕变性质和规律的影响,对以不同黏土和砾混合比备制的掺砾黏土进行了不同围压和不同应力水平下的三轴排水蠕变试验。土样掺砾量分别为30%、40%、50%和70％,试验围压50kPa~200kPa,应力水平0.21~1.04。试验结果表明掺砾黏土受荷后发生较明显的瞬时变形和蠕变变形,其蠕变变形将趋于一稳定值;蠕变变形随应力水平和围压的增大而增大,随掺砾量的增加而减小。提出一个三参数经验蠕变方程以表示掺砾黏土的应力水平-轴向应变-时间关系,其中轴向应变-时间关系和应力水平-轴向应变关系以双曲线方程表示,并分析了模型参数的意义和取值。     

沥青砂浆粘弹特性试验与模型参数分析

讨论了20℃时,沥青砂浆在6种加载应力下的单轴蠕变试验。采用Burgers模型对其粘弹性进行分析。利用Origin7.5软件对模型参数进行拟合,得到沥青砂浆粘弹性本构方程的一般表达式。对比模型预测值与试验结果,并分析模型参数对蠕变过程的影响。结果表明,Burgers模型能较好的反映沥青砂浆的粘弹特性,且应力-应变等时曲线表明,沥青砂浆的流变表现出较明显的非线性特征,而模型的弹性参数E1确定了蠕变过程的初始位置(t=0),弹性参数E2控制了第1阶段的曲线范围,粘性系数1η确定了第2阶段蠕变曲线的斜率,粘性系数2η控制了第1阶段蠕变曲线弯曲程度。     

孔隙压力作用下泥岩三轴蠕变实验研究

在具有孔隙压力系统的岩石三轴蠕变仪上,对泥岩进行了考虑孔隙压力作用的三轴蠕变实验.实验中不仅考虑了轴压σ₁和围压σ₃对蠕变的影响,而且考虑了孔隙压力p在泥岩蠕变过程中产生的重要影响.通过不同应力水平下的蠕变实验,对比含孔隙压力和不含孔隙压力的蠕变实验曲线,表明当轴压σ₁和围压σ₃一定时,随着孔隙压力p的增加,蠕变变形量将会减小,在稳态蠕变阶段的应变率也会减小,在一定程度上会延长蠕变三个阶段的蠕变时间.并采用经典蠕变模型对实验结果进行分析.     

FGH95粉末高温合金蠕变裂纹扩展有限元数值模拟研究

对FGH95粉末高温合金标准CT试样在700℃下的蠕变裂纹扩展过程进行了有限元数值模拟研究.FGH95合金假设为弹性-蠕变体,蠕变变形采用Norton模型描述.蠕变裂纹扩展模拟时考虑了两种裂纹扩展速率,分别为3.25×10-2mm/h(快速裂纹扩展)和6.5×10-4mm/h(慢速裂纹扩展).数值模拟结果表明:FGH95合金在700℃下发生蠕变裂纹扩展时,弹性变形引起的标准CT试样加载线位移Vc在总位移中起主导作用,蠕变变形引起的加载线位移Vc很小,加载线位移率比值(·Vc)/(·V)远小于1,蠕变变形被限制在临近裂纹扩展路径的细长条带状区域内,裂纹尖端没有发生大范围蠕变变形.上述结果说明FGH95合金在700℃下为蠕变脆性材料,应力强度因子K可作为FGH95合金高温疲劳裂纹扩展的有效驱动力参数.     

粉砂质泥岩体积蠕变特性试验研究

采用RLJW-2000型岩石流变伺服仪,在三轴压缩条件下进行了饱和粉砂质泥岩蠕变试验.依据试验结果,对岩石体积蠕变阶段进行了划分,分析了岩石的体积蠕变规律.在此基础上,进一步分析了岩石体积蠕变速率的变化规律.研究结果表明:粉砂质泥岩的体积蠕变曲线以及体积蠕变速率曲线可以划分为3个不同的阶段;应力水平9 MPa是粉砂质泥岩从以轴向压缩变形为主转变为以径向膨胀变形为主的临界应力;应力水平15 MPa是粉砂质泥岩体积产生扩容的临界应力.研究成果可以丰富和完善岩石流变力学理论,为岩石蠕变破裂失稳的研究提供科学依据.