大型压剪试验机结构设计

大型压剪试验机是建筑抗震领域重要的试验设备,主要用于足尺试件检测。以某一压剪试验机的性能和功能要求为目标,详细研究并设计了一50MN大型压剪试验机的主体结构和主要结构构件,该试验机由竖向加载系统、水平向剪切加载系统两部分组成。设计过程中对于出现的局部结构问题进行了研究,并提出了针对性的解决方法。利用有限元分析软件Abaqus对试验机主体结构和主要结构构件进行建模和加载分析,得到了试验机强度和刚度等整体结构性能满足要求的安全可靠结果。该试验机具有出力大、量程大、稳定性和安全性好等优点,可主要用于原比例试件的压剪试验和相关特殊试验。     

用能量准则分析试验机-试样系统的稳定性

采用经典稳定性理论中的能量准则，分析了试验机-试样系统的稳定性，得出了获得试样的荷载-位移全过程关系曲线的条件，认为试验机的刚度及加载条件对试验结果具有重要影响。进一步分析认为，在普通的压力机上，针对上述条件采取适当措施，也能获得试样的荷载-位移全过程关系曲线。     

岩样直剪应力-应变全程曲线研究

基于直剪试验机–岩样系统加载过程中各组成部件不同受力特点,运用功能原理,建立联合作用下的一维剪切实测应力–应变曲线全过程的参数方程,推导岩样失稳破坏判据和系统回跳条件,指出试验机–岩样系统弹性区段的存在是造成实测剪应力–剪应变曲线与岩样真实直剪本构曲线不一致和产生岩样失稳破坏、系统回跳现象的主要原因。通过算例分析剪切带宽度和试件高度对实测直剪应力–应变全程曲线的影响关系。分析结果表明,加载系统弹性受力区段越长,局部化剪切带宽度越小,实测软化段曲线就越陡,加载系统就越不稳定,越容易出现系统回跳现象,且在加载过程中岩样就会越早发生脆性破坏。     

10000kN大型多功能结构试验机系统加载性能检验试验和分析

设计一个悬臂柱试件,对同济大学建成的“10 000kN大型多功能结构试验机系统”的各项加载性能指标进行了检测和分析。试验结果表明,该试验机系统的加载性能良好,各加载点具有很好的联动性能和随动性能。     

柔性边界加载试验机研制

现有的土力学试验机都是刚性边界加载，也就是等位移边界加载。这种试验机基本上是以研究均匀材料为目的，并且，它主要用于研究材料内部一点的应力-应变状态和强度准则。而实际的土石混合体和破碎岩体内部包含有结构面和节理面等，它们是非均匀、非连续的，在外力的作用下其内部的应力分布是不均匀的。对于这种材料，其真正的受力条件是等应力边界条件。为此，介绍了一种自行研制的三轴试验机——柔性边界加载试验机。该试验装置可以更好地从均匀加载的角度研究非均匀、非连续介质的变形及破坏规律。对这种试验机的原理和设计作了说明；推导出了轴压、围压、半衡压之间的协调关系：同时，还介绍了超声波位移测量系统以及压制试样的装置和压制过程。     

微型单轴煤岩试验机的研制及试验研究

 针对较小煤岩试件单轴抗压强度的测定和破坏规律研究的不足,设计针对f 5 mm×10 mm的微小试件单轴试验的微型试验机,对煤岩破坏过程中的裂纹扩展规律及破坏机制进行研究。该试验机主要由预应力装置、主加载应力装置、试件腔和液压传输系统组成,与现有试验机相比,有如下特点：(1) 能够在煤岩试件加载过程中,与三维显微CT耦合使用,观测内部裂纹裂缝的产生、发展和对试件破坏的影响;(2) 可以绘制出与普通试验机相类似的煤岩全应力–应变曲线,通过尺度效应换算系数a得出任意大小煤岩试件的单轴抗压强度,并且能够如实反映微型煤岩试件加载过程中的各个变形阶段;(3) 与之前对煤岩破坏研究的数值模拟方法相结合并比较其结果的异同点,得出的结论可以深化煤岩破坏规律的相关理论。装置操作性和便携性较强,为了使其应用范围进一步扩大,还将对各部件进行改进,提高加载装置的刚度和加载对试件产生的最大应变值,使其能够测定更高强度的岩石试件。初步的试验结果证实试验机研究的可行性,试验机的研制弥补普通试验机和大型试验机对煤岩破坏规律研究的不足,对岩石力学学科的发展起到一定的推动作用。     

压力试验机变形阻尼器的研制及应用

在普通试验机上进行水泥基复合材料的荷载—位移关系全曲线试验,因试验机刚度不能满足试验的要求,需要采取措施增强试验机刚度。本文设计制作了一套压力试验机变形阻尼器,按照该压力试验机变形阻尼器设计原理,可设计出满足不同承载能力及变形能力要求的试验机刚度增强装置。在普通试验机上安装上这种压力试验机变形阻尼器来研究水泥基复合材料的荷载—位移关系全曲线,保证了试验试件在受力过程中实现可靠、稳定的加载过程,从而获得反映材料真实特性的荷载—位移关系全曲线。     

岩石破裂过程失稳的尖点灾变模型

本文针对岩石在加载系统作用下破裂过程的非稳定性问题,提出了一个简单的力学模型,用尖点灾变(Cusp)模型研究了失稳过程的机制.从理论上阐明了试验机与试样的刚度比在失稳过程中的重要作用,得到了灾变时试样的突跳量与能量释放量的简单表达式,研究结果表明,加载系统的稳定性取决于系统内部的刚度分配,失稳的条件是其刚度比不大于1.本文的讨论从整体上深化了对加载系统失稳的认识.     

Williams肘形刚架非线性分叉失稳问题分析及试验研究

在总结各类稳定问题基本特征的基础上对稳定问题进行分类,将非线性分叉问题列为与分支点失稳、极值点失稳、跳跃失稳并列的第四类失稳。并将4种经典稳定判别准则中的初始缺陷准则应用于非线性有限元分析,提出了研究非线性分叉失稳的初始微小缺陷法。Williams肘形刚架为结构非线性分析的经典算例,为此设计了一点加载肘形刚架和三点加载肘形刚架,并对其进行了稳定性试验。理论计算和试验结果均表明,肘形刚架存在非线性分叉现象,揭示了初始微小缺陷是实际结构存在非线性分叉失稳的真正原因,也证明了初始微小缺陷法是可行和正确的。     

球铰装置对混凝土材料轴拉全过程试验的影响

采用MTS322电液式伺服试验机,进行了试验系统轴拉刚度律定试验以及混凝土材料轴拉全过程试验,分析了球铰装置对混凝土材料轴拉全过程试验的影响.结果表明:球铰装置大大降低了加载系统的刚度,且试验机作动头位移与试件本身的变形间不遵循线性规律;用作动头位移控制加载,有限提高球铰装置刚度并不能使混凝土材料稳定断裂,只有采用试件实时最大应变控制加载,才有可能得到稳定的混凝土材料断裂,从而获得混凝土材料轴拉应力-应变全曲线.     

岩石类材料试验系统的一些力学特性

本文从系统稳定理论的观点出发,推导出了Ｈｕｄｓｏｎ提出的试验发生条件;推广传统的塑性公设,提出了临界加载率准则,并将推广的塑性公设,应用到低周循环加载试验中,建立了循环加载试验破坏准则;从能量的观点出发,推导出岩石发生稳定破坏后区仍有局部失稳破坏发生的条件;文中提出的一些观点得到试验的论证。     

动力失稳判别准则在非自治系统中的推广

通过假设,将结构动力失稳能量判别准则推广到非自治系统中,总结出在非自治系统中,结构动力失稳的能量判别准则,以此可判断出结构在外部激振荷载作用下(如简谐荷载,脉冲荷载,地震波等)的动力稳定性.     

Filtration performance of non- woven geotextiles with internally-stable and -unstable soils under dynamic loading

In many applications, geotextiles are subjected to dynamic loading conditions, for example, below roads and railways, for which a Gradient Ratio (GR) test is often used to assess filtration compatibility of soil-geotextile systems. This paper presents results from GR filtration tests with internally-stable and -unstable soils under dynamic loading conditions. In the tests, four non-woven geotextiles were used with varying types of soils under a hydraulic gradient of 5. Test results were interpreted in terms of GR values, permeability values, and mass and gradation characteristics of the soil before/after testing as well as the particles passing through the geotextiles. The test results show that the dynamic loading resulted in an increase of soil migration within the soil as well as an increase in the quantity of soil passing through the geotextiles. The available criteria for evaluating the internal stability of soils are evaluated based on the experimental data. Based on the test results, improvements to filter retention design criteria are suggested which take into account the internal stability of soils under dynamic loading.     

综合式液压试验台负载传感系统

文章介绍一种能对各类被试液压元件实行液压驱动、液压调速和液压加载的综合式液压试验台。其结构合理、布置紧凑、技术先进、性能可靠。为了节省能源,试验台的液压系统采用负载传感控制。通过计算机数字仿真和台架试验,对试验台负载传感回路的静、动态特性进行了深入分析。仿真和试验结果表明,采用负载传感控制的节能效果显著,能有效地减少液压系统中的热负荷。从而可以大大缩减油箱容积并提高试验质量。所设计的负载传感阀具有满意的工作性能且构造简单,适用于液压试验台及其他液压机械的定量系统。     

不同TBM掘进速率下洞室围岩开挖扰动区研究

 在不同卸荷速率下三轴加卸载室内试验成果的基础上,以Hoek-Brown经验强度准则为依据,拟合出在不同卸荷速率下板岩的力学参数(黏聚力和内摩擦角)。在分析TBM掘进特点的基础上,提出能反映其特点的数值模拟方法,并在FLAC3D程序中引入加卸载准则,对不同掘进速率下隧洞围岩的开挖扰动效应进行数值模拟研究。结果显示：掘进速率越快,围岩开挖扰动效应越小,围岩越稳定;隧洞围岩在开挖后变形较为均匀;在隧洞的径向,位移和应力变化较为明显的呈现为3个区域,即强变化区、弱变化区和平稳区;最大主应力随着洞径方向逐渐由单向应力状态向二向应力状态和三向应力状态转变,第二偏应力不变量在隧洞轴向方向形成一闭合的应力集中区域,称为“应力墙”,该区域在TBM掘进过程中对刀头切割岩体达到破岩的效果极为有利;隧洞围岩开挖扰动区随TBM掘进速率变化较大,当掘进速率增加一倍后,其扰动区由1.1 m降低到0.4 m,减小了64%。     

高地应力真三维加载模型试验系统的研制及其应用

为模拟深部岩体在高地应力条件下的非线性变形破坏特征,研制出一种高地应力真三维加载地质力学模型试验系统,该系统主要由高压加载系统、智能液压控制系统和反力装置系统组成。高压加载系统用于给试验模型施加三维高地应力荷载,主要包括加载板和大吨位液压千斤顶。为解决相邻加载板因三维加载引起模型体压缩而出现的相互妨碍,即"打架"现象,在试验模型体外设置了中空的正方体导向框。通过前后加载板上设置的导洞盘保证了模型洞室在轴向地应力状态下进行开挖,解决了地下洞室试验模型轴向加载开挖的难题。智能液压控制系统用于试验模型的自动加载与稳压,主要包括试验控制台和智能控制传感器。反力装置系统用于给试验模型提供加载反力,主要包括模型反力架、法兰盘和反力传递板。通过工程应用,有效模拟出深部巷道围岩分区破裂–的非线性变形破坏现象。     

静力沉桩的室内模型试验装置研发

砂土中静力沉桩是一个复杂的过程,可以通过室内模型试验的方法对其机理进行探究。研制了一套功能完备的自动压桩仪。该设备通过伺服系统控制,具有恒力加载和匀速加载等特点,增加了控制精度。为试验提供了较为稳定的条件。     

管网渗流系统对含碎石粘性土边坡的稳定作用

坡脚开挖或坡面堆载时,含碎石粘性土边坡经常发生滑坡。此类滑坡的发生机理不仅与边坡力学条件的改变有关,还与水文地质条件的改变有关。在含碎石粘性土边坡中常常发育有地下水管网渗流系统,它对控制坡体地下水位上升有重要的作用,是保持边坡稳定的重要因素。当坡脚开挖或坡面堆载引起坡体局部破坏时,原有的地下水管网渗流系统可能遭到破坏,从而导致坡体地下水位明显上升而产生滑坡。通过滑坡地质调查和稳定性计算分析,揭示了管网渗流系统的发育特点及其对边坡稳定性的影响,并通过物理模型试验再现了地下水管网渗流系统的形成过程及其对边坡渗透性的作用。     

黏弹性阻尼器大变形性能试验研究

通过对黏弹性阻尼器缩尺试件进行不同应变幅值、加载频率和环境温度下的基本力学性能试验、老化性能试验以及低周、高周疲劳性能试验，研究试件在不同工况下的剪切存储模量、剪切损失模量和损耗因子等力学参数，及其力学性能的变化规律。其中，力学性能试验的应变幅值100%~420%；低周疲劳试验最大应变达300%。试验结果表明：黏弹性阻尼器力学性能与加载频率相关性较小，与温度相关性相对明显，随应变幅值的增加阻尼器表现出软化特征，但其损耗因子始终保持在比较高的水平；阻尼器在小位移和大位移下都有稳定耗能能力，可用于风振控制和地震响应控制；阻尼器表现出良好的变形能力，在200%大应变下仍保持稳定的力学性能，应变420%时仍未破坏。