锚杆锚固质量无损检测理论研究与应用

基于锚固体系的锚杆动力学及应力波运动学理论,研究了锚固体系的振动特征和锚固体系中瞬态应力波传播的能量衰减规律,进而提出瞬态应力波法是检测锚杆锚固质量的一种快速、便捷、可靠的无损检测方法。它是通过锚杆锚固质量检测仪接收瞬态应力波反射信号,通过数据信号分析,从而获得表征锚杆锚固质量的一系列参数,即锚固长度、波速及密实度。文章论述瞬态应力波法的基本原理及传播特征,并结合工程实例总结检测规律。     

锚固系统弹性波传播的能量特性研究

锚固系统各个组成部分是一个极其复杂的体系,尤其是在研究其振动特性时,外界激励往往与各个部分之间是相互影响相互制约的,因而非常有必要对锚固体系振动特性进行研究。通过理论推导,研究了理想状况下弹性波在锚杆中传播的各次谐振频率能量分配规律;分析得到了与振动波形相关的重要物理参量-能量之间关系;并依据波在锚杆-锚固介质中的传播机制以及衰减规律,对吸收衰减规律进行了相应的分析,重点计算了在一次行波周期散射衰减影响下,固端反射各次谐振频率所含能量,从而为建立固端反射振动波形和能量特性之间关系提供有利条件。定量分析的计算,可为振动信号分析提供较强的理论指导,同时为进一步研究低端反射能量特性奠定基础。     

考虑横向惯性效应非线性粘弹性杆的应变波

基于D′Alembert原理和虚功原理推导了考虑横向惯性效应下三次材料非线性粘弹性杆的基本控制方程,在有限小振幅的前提下利用多重时间尺度法及行波法,导出了反应应变畸变的MKdV-Burgers方程,在此基础上进一步推广应用双曲正切函数法得到了应变MKdV-Burgers方程激波形式的精确解,结果表明:该杆在软非线性材料的条件下可能存在激波,其传播速度与阻尼系数的平方成正比,与色散系数成反比;波宽则与阻尼成反比,与色散系数成正比,并且该种波的传播速度低于线弹性波速.     

不同围岩级别和锚固介质下锚杆动测波形特征分析

基于应力波反射法,通过不同围岩级别和锚固介质中锚杆的瞬态动力响应实验研究,对锚杆的加速度响应曲线的波形特征进行分析.结果表明,随着龄期的增长,固端反射信号非常强烈,而底端反射信号越来越微弱,甚至很难识别;围岩和锚杆介质均匀密实的锚杆其信号相对平缓一些.     

冲击地压巷道锚杆-围岩系统复刚度特性

为探讨冲击载荷作用下锚固围岩体动力失稳机理与能量耗散机制,基于振动力学理论,建立锚杆-围岩在冲击载荷作用下的三维轴对称力学模型,获得了冲击载荷作用下锚杆-围岩系统复刚度的解析表达.从抵抗变形与能量耗散两个方面,分析了冲击地压发生时锚杆-围岩系统的动力响应特征.结果表明:在相同频率的冲击载荷作用下,随着围岩黏性阻尼、围岩强度以及锚固长的增加,锚杆-围岩系统复刚度越大,抵抗纵向变形能力越强,应力波能量耗散越快,系统吸能特性越好;随着冲击载荷频率的增加,围岩强度与黏性材料阻尼对锚杆-围岩系统复刚度影响更为明显;全长锚固条件下,锚杆-围岩系统抵抗纵向变形能力几乎不受冲击载荷频率控制.采用数值分析验证了理论分析的正确性.建议采用围岩注浆改性与锚杆全长锚固方式,提高冲击载荷作用下锚杆-围岩系统抵抗冲击变形能力与增强系统阻尼耗能性能.     

大跨越导线微风振动波的色散关系分析

为探索大跨越导线微风振动特性,在合理假设的基础上建立了导线横向微风振动的一般方程,从振动波的角度,分析了典型导线结构模型的复波数、相速度与频率之间的色散关系以及弹性刚度和阻尼对振动波的影响特性。研究结果表明:弹性刚度决定了激励频率能否引起导线振动波的传播,当激励频率大于临界频率时,弦模型导线的振动波为两列方向相反的传播行波;传播过程中各阶频率相速度主要由结构参数张力和线密度确定,弹性刚度使振动波中低频波传播速度快而高频波相速度基本一致,具有明显色散现象;阻尼决定了振动波在传播过程中的衰减特性,对结构的色散现象影响不大。     

瑞利阻尼物理本质及参数对动力响应的影响

为了研究瑞利阻尼模型的物理意义及模型参数对动力响应的影响,基于虚功方程推导瑞利阻尼的质量相关部分和刚度相关部分,利用解析和数值方法对比分析不同瑞利阻尼系数下的一维黏弹性杆件的动力响应.结果表明,瑞利阻尼质量相关部分反映了外部环境因素对振动体系的能量耗散作用;刚度相关部分反映了材料对动力响应的阻滞作用,表现为应力不仅与应变有关,而且与应变率相关.一维黏弹性振动响应解析解和有限元数值解对比分析表明,常规有限单元软件应力计算时,没有考虑应变率的贡献,导致计算应力和实际应力存在差异,计算应力不满足力边界条件.有限元应力计算误差随着瑞利阻尼系数和激励频率的增加而提高.     

瑞利阻尼物理本质及参数对动力响应的影响

为了研究瑞利阻尼模型的物理意义及模型参数对动力响应的影响,基于虚功方程推导瑞利阻尼的质量相关部分和刚度相关部分,利用解析和数值方法对比分析不同瑞利阻尼系数下的一维黏弹性杆件的动力响应.结果表明,瑞利阻尼质量相关部分反映了外部环境因素对振动体系的能量耗散作用;刚度相关部分反映了材料对动力响应的阻滞作用,表现为应力不仅与应变有关,而且与应变率相关.一维黏弹性振动响应解析解和有限元数值解对比分析表明,常规有限单元软件应力计算时,没有考虑应变率的贡献,导致计算应力和实际应力存在差异,计算应力不满足力边界条件.有限元应力计算误差随着瑞利阻尼系数和激励频率的增加而提高.     

夯筑土遗址中基于PS-(F+C)浆液的木锚杆锚固性能

基于室内物理模型试验和原位锚固试验,对基于PS-(F+C)（高模数硅酸钾溶液-（粉煤灰+粉土））浆液的木锚杆锚固系统在夯土介质中进行了拉拔测试与杆体-浆体界面应变监测,研究了该锚固系统的锚固性能与破坏模式、杆体-浆体界面剪应力分布与传递特征。试验结果表明该锚固系统室内试验极限锚固力（24KN~33.49KN）远大于现场试验值（2.54KN~8KN）;锚固系统具有低弹性强塑性的特征,表现出极强的延性;在荷载进程中杆体-浆体界面的应力分布与传递特征具有多峰值分布、高值往往出现在锚固末端、压应力出现等特征,表明本锚固系统兼有拉力型和压力型全长黏结性锚固系统的特点。该系统适合于夯筑土遗址锚固,与遗址具有良好的物理力学兼容性。     

AZ80镁合金弹性应力波传播特性测试分析

根据一维有边界介质的长细圆柱杆弹性波理论,采用构建的自由式Hopkinson压杆装置,测试了AZ80镁合金弹性应力波传播特性,并分析了应力幅值衰减规律.结果表明:弹性应力波在AZ80合金杆中传播时,应力波幅值随子弹速度的增加而增大,随传播距离的增加明显减小,不同位置处的应力波幅值差值随子弹速度的增加而增大;测试范围内,AZ80合金的应力衰减系数在2.79~5.91 m-1之间,应力幅值减小13%~27%,随应力水平的提高呈现衰减增强的趋势.所得出的传播特性规律可以为镁合金材料的设计应用提供参考.     

磁流变阻尼器被动隔震振动台试验研究

目的检验磁流变阻尼器应用于结构被动隔震控制下的减震效果．方法对1：4缩尺比例的结构模型进行橡胶垫与磁流变阻尼器联合控制下的振动台试验，试验采用对磁流变阻尼器施加零电压和最大电压控制。来模拟结构在阻尼器被动摩擦阻尼和被动粘滞阻尼两种控制方式下。隔震上部结构和隔震层的的动力响应．结果应用磁流变阻尼器对结构进行的两种被动控制，均能起到很好的减震效果．其中被动摩擦控制可对隔震结构在大震下的隔震层位移起到限位作用；被动粘滞阻尼控制可对隔震结构小震下上部结构的加速度反应进行很好的控制．结论采用橡胶垫联合磁流变阻尼器对结构进行被动隔震控制，控制方法简便易行，控制效果良好．     

海洋深水钻井锚链的动力特性探讨

在深水及恶劣环境海域,锚泊系统作为平台或钻井船定位装置,显得至关重要.在深水钻井中,锚泊系统的锚链长,尺寸大,对应的强度也大.锚链的受力越来越复杂,随着水深的增加,动力学分析显得越来越重要.考虑了锚链工作时最小运动与最小系泊力之间矛盾的要求,即锚泊系统要求最适宜的刚度,选择合适的连续模型.并对深水钻井锚链的动力特性进行了计算分析,得到锚链的特征频率和振型,由此分析其动力响应的上限和下限.在设计和施工中应特别注意锚链的动力特性,以避开与海浪产生共振的频率.     

Damping performance of Cu-Zn-Al shape memory alloys in engineering structures

The stress strain curves of two CuZnAI shape memory alloys which have the martensltic transformation temperatures of 50℃ and-10℃ respectively, were measured by using electronic material tester after treated by different heat-treatment conditions. The results show that the area enclosed by hysteresis loop of the CuZnAI shape memory alloy in martensltic state is much larger than that of the alloy in austenltic state with super-elasticity at room temperature. Therefore, the former has better vibration attenuation effect. After being oil-quenched, waterquenched, and step-quenched, the CuZnAI alloy takes on more stable shape memory effect, better super-plasticlty and superelasticity (pseudoelasticity). A CuZnAI shape memory alloy damper was designed, produced and installedto a 2-layer frame structure. In addition, the vibration experiments were made by dynamic data collecting analysis meter. The velocity of vibration attenuation of frame structure with CuZnAI shape memory alloy damper is much faster than that without it. And with the help of CuZnAI shape memory alloy damper, the attenuation period reduces to 1/10 of the original.     

行星轮式月球车动力学分析

为减小行星轮式月球车车身在垂直方向的振动加速度,需要确定月球车悬挂系统的扭杆弹簧刚度和减振器阻尼的合理数值范围．因此建立了七自由度月球车的振动系统模型,并给出了月球车振动系统的振动微分方程和频率响应函数的计算方法,在确定月球车的路面输入谱密度的基础上推导了车身在垂直方向位移输出的二阶导数均方根值的计算公式,用Matlab软件编写的计算程序计算了车身在垂直方向位移输出的二阶导数的均方根值,从而确定了悬挂系统的扭杆弹簧刚度和减振器阻尼的合理数值范围．     

车辆半主动隔振系统减振分析

履带车辆半主动悬挂是车辆悬挂系统的发展方向，磁流变可控阻尼器的出现，使车辆悬挂系统实时阻尼控制成为车辆减振的有效方式．基于磁流变体本构关系的Bingham模型，在对自行研制的双出杆剪切阀式磁流变减振器进行实验研究的基础上，对影响磁流变减振器阻尼力的各种因素进行了综合分析．将半主动悬挂系统看成是一个智能材料与结构，其中驱动元件采用磁流变阻尼器，并通过传感元件采集振动信息，依靠信息处理单元对采集到的信息进行分析、处理，进而实时改变磁流变阻尼器的阻尼力，使悬挂系统的工作性能得到改善．建立了四自由度车辆悬挂系统的动力学模型，并应用非线性随机振动理论，在对模型输入进行过滤白噪声简化的基础上。探讨了用FPK法解方程的可能途径．     

粘滞流体阻尼器在高层建筑减振设计中的应用研究

介绍了所研制的双出杆型粘滞流体阻尼器的耗能原理，且由试验研究表明，该阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器，阻尼器的阻尼力与活塞的运动速度近似呈线性关系，是一种性能优良的减振阻尼器．文章还阐述了工程结构采用粘滞流体阻尼器的减振设计原理，并通过对高层建筑应用该研究成果的介绍，进一步阐明采用粘滞流体阻尼器的结构减振设计方法．     

Vibration Characteristic of Anchoring System of Bolt and Elastic Wave Propagation Law

Atpresent,theanchoringtechnologyiswidely usedinthefieldofmineraldiggingandrocksoilengi neering,anddevelopsquickly.Thereinforcement techniquesforboltcanreasonablystrengthenrock strengthandloadability,improvethestressstateof rock.Asaresult,itisappliedinthefieldofmining androcksoilengineeringonalargescale.Mean while,thereisanurgentneedforamethodtotest boltbondingquality.Atpresent,acommonlyused methodintheengineeringfieldispulloutexperiment andover coring,whichbelongstodestructivetestal thoughitha…     

锚固系统的质量管理与检测技术研究

岩石声波测试技术应用于锚固工程的无损检测中,其基本原理是采用动力瞬态激振使锚杆引起弹性振动,通过测定锚杆的振动响应来估计和推断锚杆中的缺陷。波动方程的有限元数值解表明,在锚杆灌浆体内部缺陷的探测中可用声速、幅值、波形等声参数作为判断的依据。人工神经网络这类非线性动力学系统运用于该灰色系统的质量预测可取得良好的效果。     

Design and Verification of High Attenuation Vibration Isolation Damper in Remote Sensing Satellite Transport

遥感卫星运输中高衰减率隔振阻尼器设计与验证

傅浩1,2, 张伟1, 刘俊良1, 潘尚洁1

（1.北京卫星环境工程研究所,北京 100094

2.哈尔滨工业大学 机电工程学院, 哈尔滨 150001）

摘要：为了解决遥感卫星在火车和汽车运输过程中不可预知的动载荷问题,设计了一套高衰减率隔振阻尼器(以下简称隔振阻尼器)。隔振器在最优阻尼比下能够极大地降低系统的振动传递率,同时,结合对卫星结构的静载、动载和模态分析,完成了工程样机设计,并通过了隔振阻尼器的公路和火车运输试验,验证了该模型和隔振阻尼器的有效性和可靠性,有效地解决了遥感卫星在运输过程中受振动和冲击的干扰问题。

关键词：结构模态,隔振阻尼器,动态分析