P-Z模型在堆石坝应力特性应用研究

首先建立三维模型,然后运用广义弹塑性模型对面板堆石坝应力应变特性进行研究。计算分析结果表明,高面板堆石坝的坝体沉降、面板挠度、面板顺坡向和坝轴向应力的数值符合实际工程要求。     

高韧性混凝土拉伸荷载下的裂缝控制能力研究

通过分析纤维在水泥基体中的界面连接应力,建立了高韧性混凝土的多缝开裂模型。基于开裂模型分析了摩擦粘结强度、化学粘结强度、基体开裂强度和纤维弹性模量单独变化时对高韧性混凝土多缝开裂区结束时的应变和裂缝宽度的影响。分析结果表明:随着摩擦粘结强度的增加,多缝开裂区结束时的应变和裂缝宽度减小;随着化学粘结强度的增加,多缝开裂区结束时的应变增加而裂缝宽度减小;随着基体开裂强度的增加,多缝开裂区结束时的应变和裂缝宽度均增大;随着纤维弹性模量的增加,多缝开裂区结束时的应变和裂缝宽度减小。通过对带切口试件的直接拉伸试验,研究了高韧性混凝土在存在初始缺陷情况下的裂缝控制能力。试验结果表明,初始缝高比为0.2时,试件切口处的极限应力为5.3 MPa,非切口处的极限应力为4.3 MPa,整个试件范围内出现了多缝开裂,且裂缝宽度控制在0.1 mm以内。初始缝高比为0.4时,试件切口处的极限应力为5.8 MPa,非切口处的极限应力为3.5 MPa,裂缝面上的纤维未能有效控制裂缝的发展,试件仅在切口附近出现了多条围绕切口的弧形裂缝。     

有挤压墙面板堆石坝的面板温度应力分析及改善措施研究

该文在综合考虑挤压式边墙、面板、坝体相互作用的基础上开发了面板堆石坝面板温度应力的数值模拟方法并验证了其合理有效性,然后重点分析了挤压式边墙这种结构对于面板堆石坝面板温度应力的影响规律.分别采用沈珠江双屈服面弹塑性模型和清华弹塑性损伤模型描述堆石料和土与结构接触面,结合三维有限元分析方法计算了设置挤压式边墙以及面板与挤...     

浅议水电站混凝土面板堆石坝止水措施

本文以某水电站混凝土面板堆石坝工程为例,采用有限元计算的方法,分析面板坝垂直缝止水失效后的渗流场,研究垂直缝失效后等势线和水力坡降的分布规律及失效缝的几何尺寸对其影响情况。本文计算中面板裂缝宽度假定为mm量级,计算成果详尽、精确,既有定性分析也有定量指标,具有工程代表性,可以为同类工程参考。     

面板堆石坝震动响应及变形规律的试验研究

采用Parkfield波作为地震动输入,在清华大学50g-t土工离心机振动台上中进行了一组面板堆石坝动力离心模型试验。试验在50倍重力加速度条件下完成,采用加速度传感器测量了模型不同位置动力响应的加速度时程并且采用应变片测量了面板的应力-应变,通过改变地震波输入的幅值和是否蓄水分析研究了面板堆石坝的震动响应及变形规律。结果表明面板坝自下而上存在地震响应放大现象,靠近上下游坝坡位置的加速度响应要大于同高程处坝轴线附近的加速度响应;地震作用下面板产生较明显的压应力,最值发生在面板中上部;面板中部出现较明显的弯矩;改变输入地震波的幅值大小对坝体加速度响应的分布规律、坝体位移变化的分布规律以及面板应力变形的分布规律没有影响,但地震波输入幅值的增加会减弱地震波的加速度放大效应;竣工期的地震加速度响应比蓄水期的要大,说明蓄水可以削弱地震波对坝体的加速度响应,但蓄水会导致坝体和面板的变形增加。     

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。     

拉压异性纤维增强树脂基复合材料弹塑性问题的有限元分析

为了对复杂的非线性问题进行便捷求解,首先提出了考虑拉压异性的纤维增强树脂基复合材料统一非线性本构模型;然后,在此基础上进一步导出了本构模型的三维表现形式,以适用于非线性有限元分析工具的开发;随后,利用有限元软件ABAQUS提供的用户自定义子程序UMAT,自编了在二维和三维情况下的弹塑性应力分析程序;最后,应用程序对复合材料单向板和复合材料斜交板在偏轴拉伸/压缩下应力-应变曲线的预测与测试结果进行了比较,探讨了复合材料悬臂梁的弹塑性问题,并分析和比较了有无考虑拉压异性情况下应力分布和挠度响应的差异。结果表明:运用所提出的本构模型对考虑拉压不对称问题的弹塑性变形分析十分有效,这一本构模型有望成为实用数值分析工具,进而指导工程实践。     

桥式射频MEMS开关上电极薄膜的残余应力改进模型

桥式射频(RF)微机电系统(MEMS)开关的上电极薄膜残余应力影响开关的响应时间、下拉电压等性能参数,降低了开关的可靠性.在分析传统拉伸线模型的基础上,提出了一种改进的残余应力静力学模型,将残余应力扩展到压应力的情况,并可应用于非对称均布载荷.选取了一组典型的开关参数,计算了双轴残余应力对两端固支MEMS薄膜均布载荷下拉挠度的影响.结果表明,在选取的参数条件下,拉应力增大到1 MPa时,薄膜的最大挠度减少7.95%,压应力增大到-1 MPa时,薄膜的最大挠度增加9.47%,与传统模型的计算结果相比,改进模型消除了非线性叠加产生的约0.3%的误差.采用迭代方法计算下拉电压,对两组实验测试数据与模型计算结果进行了验证,模型计算结果与实验数据基本相符.     

钢轨接头轨缝对轮轨接触应力的影响

利用有限元软件ANSYS建立了钢轨接头端处轮轨弹塑性接触有限元模型,分析计算钢轨材料弹塑性接触应力和变形随轮轨接触点到轨缝距离变化的情况,数值结果并与Hertz接触理论的结果进行了比较。数值结果表明:Mises等效应力、最大主剪应力、塑性区和变形越靠近轨缝越大;最大等效应力和最大主剪应力的位置随接触点到轨缝距离的减小而接近轨面;在靠近钢轨接头处,钢轨几何形状突变,已不满足Hertz接触理论的假设条件,所以Hertz接触理论不适合轮轨接触应力和变形分析。     

纸芯数量对蜂窝纸压溃强度的影响

在蜂窝纸压溃的相关理论分析的基础上,在有限元软件MARC中创建了4个代表性的模型;以屈曲理论和准静态分析为基础,完成了轴向载荷的非线性压溃过程分析。在有限元分析时,将该过程分为4个过程,即线弹性、弹塑性、塑性坍塌和密实化过程。结果表明:在纸芯数量较少的情况下,随着纸芯数量的增加,等效应力和剪应力不断提高。压溃过程通过实验得到了初步验证。     

双孔台阶延期爆破效应的数值模拟研究

为了研究孔间延期对台阶爆破效果的影响,基于ABAQUS进行双孔双坡面台阶精确延时爆破的数值模拟研究,分析不同延时爆破条件下双孔台阶结构的应力波传播规律、拉伸与压缩损伤发展和振动效应.结果表明:越接近于自由表面,岩体中的质点应力峰值和振速峰值越大,损伤区域越明显;在台阶顶面,随着爆心距的增加,各测点Y向(水平)振速峰值呈现出先减小后增加之后再减小的趋势,同时最大Y向(水平)振速测点位于150 mm(1.25倍孔距)处,Z向(竖直)振速峰值随爆心距的增加逐渐减小;随着孔间延时的增加,岩体损伤单元体积(D>0.6)在小范围内降低后不断增大,并于孔间延时为60μs时达到峰值,且随着延时的进一步增加,损伤体积逐渐降低并趋于稳定值;同时,岩石内两孔间测点应力在孔间延时为60μs时达到峰值,台阶顶面处振动效应逐渐降低并于50μs时趋于稳定;孔间延时为60μs,也即是0.5 ms/m(孔间延时与孔距比值)为本模型最佳爆破孔间延时.     

高面板堆石坝面板地震动力反应特性大型振动台模型试验研究

混凝土面板是面板堆石坝整个防渗体系的核心结构,其结构安全性是整个大坝系统正常运行的基本保障。强震作用下,面板产生动应力应变反应与静力作用效应相叠加,可能会对面板的结构安全性产生重大影响,故面板的地震动力反应特性一直都是大坝抗震设计关注的重点问题。通过高面板堆石坝大型地震模拟振动台模型试验,研究面板在地震作用下的各向动应变反应过程及其极值空间分布规律,再根据面板动应变反应过程和材料力学理论分析面板的动应力反应过程及其极值空间分布特性,并利用振动台模型试验成果推求研究原型坝混凝土面板的动力反应特性。研究表明:振动台模型试验实测面板三向应变反应过程及其推求的主应变、主应力过程符合对面板动力反应特性的一般认识,振动台模型试验可作为研究面板动力反应特性的重要手段;沿竖直方向上,面板的大、小主应变极值均出现在0.6倍坝高左右的高程上;和应变分布规律基本对应,面板的大、小主应力和最大剪应力极值同样分布在0.6倍坝高左右的高程上;面板在地震中所受动拉应力水平总体低于动压应力。     

部分结合式双层水泥混凝土道面板的计算

双层水泥混凝土道面板根据上下板的结合程度,通常分为分离式、部分结合式和结合式三种型式。目前国内外对部分结合式双层道面板的计算尚无理论计算方法。本文应用有限元位移法,考虑双层板和地基的共同作用,并在上下板之间增加一个夹层单元,可以求解部分结合式双层水泥混凝土道面板的荷载应力和挠度值。     

单向围压作用下切缝药包爆破爆生裂纹扩展规律的研究

为了研究单向围压作用下切缝药包爆破爆生主裂纹的动态力学行为,采用新型数字激光动态焦散线实验系统开展多组爆破光测实验,同时使用LS-DYNA有限元软件分析初始应力对爆炸应力场的影响。结果表明:裂纹的扩展方向和延伸长度受控于切缝角度和压力的共同作用,当压力垂直和平行切缝方向时,分别能够抑制和促进爆生主裂纹的萌生及演化,降低和提升扩展速度及动态应力强度因子,当压力与切缝成一定角度时,主裂纹偏向压力方向扩展,动态力学参数减小。数值分析结果显示,当压力分别垂直和平行切缝方向时,初始围压静加载在环向形成压缩和拉伸预应力,能够降低和提高爆炸冲击在环向的拉伸作用,从而削弱和增强爆炸荷载的冲击致裂能力。     

热喷涂层残余应力影响因素的研究

采用盲孔法测量了Ni Cr Fe Mo涂层的残余应力,得出Ni Cr Fe Mo涂层的残余应力分布规律,并且从涂层的厚度与到边缘的距离两方面分析影响残余应力的因素。发现Ni Cr Fe Mo涂层的残余应力主要为压应力,应力值从中间向边缘处减小,而在涂层的边缘附近残余应力又增大;Ni Cr Fe Mo涂层的残余压应力随涂层厚度的增加而先增加后减小,在其中间的某厚度压应力达到最大值;试件尺寸的大小影响残余应力的变化范围。     

考虑应力重分布的深埋圆形透水隧洞弹塑性解

引进应力调整系数考虑岩体应力重分布的影响,针对渗流作用下深埋圆形隧洞求得了塑性半径和弹塑性应力解析解。通过该解答与考虑及不考虑渗流影响的弹性解进行实例对比表明:应力重分布的影响不能忽略。应力重分布使得环向应力增大,径向应力减小。渗透作用使得应力比不考虑渗透时减小,且在远离隧洞一定距离处径向应力超过环向应力。当内水水头较小时,塑性半径比不考虑渗流时略大,且塑性半径随着内水水头的增大而逐渐减小直到塑性区消失。     

冷弯薄壁型钢组合楼盖振动性能及静力挠度研究

对冷弯薄壁型钢-压型钢板楼盖和冷弯薄壁型钢—石膏基自流平砂浆组合楼盖足尺模型进行了人行荷载和激励锤冲击下的振动试验以及1 kN集中荷载作用下的静载试验,研究楼面板形式以及钢丝网布置对组合楼盖自振频率、阻尼比以及跨中竖向挠度的影响。研究表明：在压型钢板上浇筑石膏基自流平砂浆会降低组合楼盖的自振频率、阻尼比以及跨中竖向挠度,而在石膏基自流平砂浆中加入钢丝网并不会显著增加楼盖的动力特性以及减小楼盖的竖向挠度。采用ABAQUS有限元软件对试验模型进行模态分析,并对验证后的有限元模型进行了变参数分析,研究表明：增大楼盖梁腹板高度、楼盖梁板厚以及楼盖面板厚度,加强楼盖端部约束会提高冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频、减小楼盖跨中挠度。理论计算时,可将楼盖等效为具有均匀质量和刚度的简支梁模型用于预测冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频;推荐使用加拿大木楼盖挠度计算公式用于预测冷弯薄壁型钢组合楼盖在1 kN集中荷载作用下的跨中挠度。     

镍基单晶合金切口圆棒试样三维晶体弹塑性应力场的数值模拟

建立了镍基单晶切口试样的三维晶体弹塑性有限元模型,研究了不同尺寸的"U"型和"V"型切口试样的应力分布和滑移系开动特性,给出了八面体分切应力沿切口截面径向和周向的分布情况.结果表明切口尺寸对分切应力有显著影响:对于这两种类型切口,随着切口半径的减小,最大分切应力增加,并且切口半径越小,分切应力沿切口截面周向波动的幅度越大;相应的开动滑移系也不同.     

环向切缝药包爆破块度分布特征及其机理研究

为研究环向聚能作用对爆破块度的改善效果,采用标准混凝土试块开展了环向切缝药包爆破与常规爆破试验。对两种不同爆破方式得出的爆破块度进行了筛分统计,试验结果表明：相同装药量下环向切缝药包爆破得到的平均块度和大块率较低;与常规爆破相比,环向切缝药包爆破平均块度可降低2～15 mm,大块率可减少0.66%～30.74%。针对环向切缝药包爆破时,其减小平均块度的程度随装药量的增加出现先增加后降低现象,选取3种典型药量(4、10和14 g)构建了数值模型进行裂纹扩展特征分析,对比了切缝药包爆破时切缝处孔壁爆破压力与常规爆破时相应位置的爆破压力。结果表明：常规爆破时孔壁裂纹均匀向外发展,且裂纹长度基本相同;环向切缝药包起爆后,在切缝与非切缝交界处先形成裂纹并扩展,其他位置的裂纹后形成且长度较短。对切缝处孔壁的爆破压力进行模拟分析,结果表明：3种不同药量情况下环向切缝药包与常规爆破的压力峰值之差分别为0.62、1.25和0.41 GPa,从应力分布角度解释了环向切缝药包可通过改变爆破能量在被爆体内的分布规律进而降低爆破块度的作用机理。     

粗粒土路基循环荷载试验及累积变形模型研究

为了探讨粗粒土路基在往复列车荷载作用下产生的累积变形和动力特性,开展了粗粒土的室内动三轴试验,分析了不同循环应力比、不同围压对粗粒土路基累积变形的影响。根据动三轴试验结果,提出了考虑围压和循环应力比影响的粗粒土路基累积变形模型。研究结果表明:循环应力比为0.3时是加载次数-累积动应变曲线由稳定型向破坏型演化的起点,随着循环应力比的增大,软化指数不断增大;当循环应力比小于0.3时,软化指数随着围压的增大而减小,当循环应力比大于0.3时,软化指数随着围压的增大而增大。累积变形模型反映循环应力比和围压对累积动应变的影响,能较好地预测累积动应变的发展趋势,且模型参数有明确的物理意义,能为粗粒土路基的设计和养护提供参考。