级配碎石动三轴试验的数值模拟方法

为了高效、深入地研究级配碎石材料动态特性,开发了级配碎石动三轴试验的数值模拟方法.基于PFC2D构建了级配碎石动三轴试验的数值模型,通过数值模拟分析了试验条件和微力学参数对模拟结果的影响规律,提出了模拟方法的试验条件及其微力学参数标定方法.结果表明:当试件高度大于40 cm、直径大于20 cm时,试件尺寸对其轴向应变模拟值影响甚微,建议模拟试件尺寸为20 cm×40 cm;结合汽车荷载对路面作用规律,确定动载作用和作用间隔时间分别为0.2和1.8 s;失稳偏应力随围压增大而增大,轴向应变随法向刚度、切向刚度和摩擦系数的增大而减小;轴向应变与动载作用次数曲线的模拟结果与室内实测结果基本吻合,证明模拟方法是可靠的.     

级配碎石力学性能的颗粒流数值模拟方法

为了从本质上揭示级配碎石组成结构与力学性能的内在关系,基于2维颗粒流软件提出了级配碎石力学性能的颗粒流数值模拟方法,并通过该方法以安康瀛湖石灰岩碎石为例研究了级配碎石的力学性能.结果表明:不同级配碎石的CBR(california bearing raio)、剪切强度和抗压强度的实测值分别为495%~692%,592~802kPa,1.29~1.54MPa;相应的模拟值分别为525%~736%,636~839kPa,1.34~1.54MPa;平均误差分别为4.50%,5.07%,5.15%.模拟结果与实测结果基本吻合,证明颗粒流数值模拟方法应用于级配碎石力学性能研究中的可行性.     

级配碎石塑性变形特性及其安定

应用颗粒流理论构建了级配碎石动三轴数值试验方法.通过动三轴室内试验验证了数值方法的可靠性,模拟了级配碎石在动荷载作用下的塑性变形规律.通过塑性变形累积方程探讨了级配碎石破坏临界应力与破坏临界应变.结果表明,级配碎石塑性变形数值试验结果与实际安定行为规律吻合;级配碎石的合理破坏临界应变为2.5%,在此临界应变标准下,级配碎石临界应力与围压呈现比例相关关系,比例系数为4.95;提高围压可以显著强化级配碎石的抗塑性变形性能.     

影响级配碎石模量的结构因素敏感性分析

基于KENLAYER计算模型对不同结构层厚度的级配碎石进行计算分析得到的数据,利用灰关联分析法分析了沥青面层厚度、沥青面层模量、级配碎石层厚度、半刚性基层厚度、半刚性基层模量及土基模量指标对级配碎石模量的影响程度.并得出各相关因素影响程度的排序结果.研究结果表明,灰关联分析法用于分析诸因素对级配碎石模量的影响能获得较好的结果;基于灰关联理论的排序结果表明,沥青面层模量是影响级配碎石模量大小的最主要的因素,级配碎石基层下的结构层位对其模量影响程度较小.     

级配碎石回弹变形特性

级配碎石具有非线性的应力-应变特性,回弹模量是有效描述这一特性的参数,通过室内动三轴试验能够得到较好的模拟级配碎石回弹模量的模型。分析了影响级配碎石回弹变形特性的各种因素,并进行了试验验证。通过数据拟合发现,Uzan模型能更好地反映级配碎石的非线性回弹变形特性,且模型中的回归参数与级配中小于0.075mm筛孔的质量分数有一定的关联性。并针对影响级配碎石回弹模量的两个重要参数:级配中小于0.075mm筛孔的质量分数和含水质量分数,提出相应的取值范围建议。     

基于抗变形能力的级配碎石组成设计方法

级配碎石的主要缺陷是易产生较大的塑性变形。在分析现行级配组成设计方法的基础上,根据连续密级配碎石的加州承载比(CBR)试验和利用研制的柔性材料剪切性能测试仪进行的剪切性能试验结果,对基于抗变形能力的级配碎石组成设计方法进行了研究。结果表明:以CBR值和剪切强度为组成设计的性能控制参数,CBR值应不小于180%,剪切强度应大于0.52 MPa;以最大粒径、泰波(Taibol)级配指数n值和基于双指标控制的关键筛孔及其通过率合理变化范围作为级配控制参数,最大粒径宜为31.5 mm,要求不高时可以放宽到37.5 mm;n值控制在0.45~0.50之间,以0.50为宜;4.75、2.36、0.60、0.075 mm筛孔应作为关键筛孔予以控制;通过率应在基于双指标控制的合理变化范围内。由此提出了基于抗变形能力的级配碎石组成设计方法,通过试验路应用表明,该设计方法可以有效控制级配碎石的塑性变形。     

基于智慧集料运动特征的级配碎石剪切破坏机理

为深入了解级配碎石混合料剪切破坏机理,研发了智慧集料传感系统,结合级配碎石三轴剪切试验,进行智慧集料运动特征指标与级配碎石剪切行为的关联分析。基于剪切破坏位置,选择了智慧集料埋设位置;以x、y、z三轴方向加速度和角度指标表征智慧集料运动特征。研究结果发现：智慧集料加速度和角度响应规律与级配碎石剪切破坏三阶段变化规律吻合：级配碎石剪切破坏过程中,智慧集料加速度响应经历了由运动缓慢,运动加快到运动突变稳定的变化;且y、z轴方向加速度变化更快。智慧集料角度响应证明了集料颗粒接触各向异性存在,x、y、z三轴方向角度响应差异性大;颗粒转角运动最终主要体现在x、y轴方向上。     

矿料强嵌挤骨架密实级配的PFC2D数值试验研究

为了充分优化矿料级配,应用PFC2D构建了矿料密实度和加州承载比(CBR)的数值试验方法,在可靠性验证的基础上,分析了合成粗集料、合成细集料、粗细混合集料的密实度和CBR变化规律,提出了矿料强嵌挤骨架密实级配,并对其力学性能进行了室内试验验证.结果表明:19～31.5mm集料、9.5 ～ 19mm集料和4.75～ 9.5 mm集料3种规格粗集料的最佳质量比分别为70∶20∶10、60∶30∶10、60∶20∶20和50∶30∶20,2.36 ～4.75mm集料、0.6 ～2.36mm集料和0.6mm以下集料3种规格细集料的最佳质量比为38.5∶16.5∶45、33∶22∶45、36∶24∶40和30∶30∶40,粗细混合集料的最佳比例为65∶35;由矿料强嵌挤骨架密实级配组成的级配碎石的CBR值和抗压强度分别为规范级配的1.16倍和1.12倍以上,证明该级配具有良好的力学性能.     

级配碎石变形特性的试验

针对级配组成、水的质量分数及密实度等3个因素对级配碎石的影响,采用精密非粘结材料分析仪(precision unbound materials analyzer, PUMA)试验和重复荷载加州承载比(California bearing ratio, CBR)试验方法,研究了级配碎石的抗变形能力.借助累积塑性变形和弹性形变指标,对比分析2种试验异同点.试验结果表明:在荷载作用前期,级配碎石材料抗变形能力受荷载作用的影响显著,随着荷载作用次数不断增大,其影响逐渐减小;PUMA试验与重复荷载CBR试验累积塑性变形结果基本一致,而弹性应变指标存在差异;PUMA试验中弹性应变受级配碎石材料上述3个因素共同影响,重复荷载CBR试验中弹性应变受级配碎石密实度的影响;对级配碎石变形特性精度要求较低时,可选择重复荷载CBR试验研究级配碎石材料变形特性;由于PUMA设备和加载均接近实际工况,因此对级配碎石变形特性精度要求较高时,推荐选用PUMA试验测试方法.     

级配碎石结构材料类型与压实方法

目前,级配碎石的室内试验均采用击实法成型,此成型法不符合振动对无粘结粒料振动压实有效的原则.在自行研制的振动成型设备上,对3种结构类型的级配碎石进行振动压实试验,考察了频率、离心力、振幅对压实效果的影响.结果表明:当频率、离心力保持不变时,存在最佳振幅;振幅对压实的影响存在阈值.总结出各类型级配碎石的最佳振动参数,并根据压实特性及工程实践给出了室内振动压实试验的统一参数.     

基于颗粒流程序的矿区重载下级配碎石分析

为了研究矿区重载作用下级配碎石的细观力学响应,利用颗粒流程序构建了不同厚度级配碎石的矿区道路细观结构,在施加矿区典型矿车荷载条件下,追踪了道路结构内部颗粒的接触力、位移变化情况,并监测了荷载作用下级配碎石底部平均应力、轮胎中间竖向位移.结果表明:施加重载后,细观模型内部的接触力网和位移矢量出现各向异性,主要分布于荷载下方,随着深度的增加,荷载的影响逐渐减小;在厚度为40 cm时测量圆1和测量圆3的配位数最大,测量圆2在45 cm时配位数出现最大值;随着厚度的增加,XX和YY方向平均应力基本呈增加的趋势,在45 cm处出现峰值;最大接触力和平均接触力的最大值所对应的厚度分别为45 cm和40 cm;左右轮胎中间竖向位移在厚度为45 cm时出现最小值;矿区重载级配碎石层的推荐厚度为40～45 cm.     

注水见效时间和影响因素数值模拟研究

压力在地层中的传播是瞬间完成的。基于此。重新定义注水见效时间为受到注水压力影响的采油井产能与弹性开采的采油井产能之差,达到弹性开采的采油井产能的1％时所需的时间。从新的定义出发,运用数值模拟方法研究了5点注采井网系统中,采油井为无限导流垂直裂缝井、注水井为直井的单相流注水见效问题及其影响因素。渗透率对注水见效时间影响很大,尤其当渗透率小于10md时,注水见效时间随着渗透率的减小急剧增加;随着井距的增加,见效时间增加,井距等量增加,见效时间增加越来越大;随着注水强度增加。见效时间减小,注水强度等量增加,见效时间减少越来越小;当渗透率很小时,可以考虑超前注水。适当减小井距、加大注水强度。     

圆盘水漂运动特性数值模拟研究

为研究近水面的起飞再入式运动对飞行器近海面的高机动突防能力的影响,文中基于CFD数值模拟方法,湍流模型选取SST k-ω模型,利用重叠网格技术,将N~S方程与六自由度弹道方程耦合对三维空间内薄圆盘的水漂运动进行了数值模拟,研究了不同工况下水漂的入水特性和运动规律.结果表明:数值模拟计算得到的圆盘从接触水面到离开水面的时间与实验值吻合较好,圆盘的运动轨迹与实验结果相吻合;圆盘在打水漂向前运动的同时由于自身的旋转产生了马格努斯效应,从而使圆盘的运动轨迹产生了一定的侧向偏移以及圆盘自身的姿态发生了侧向偏转.      

铁路基床表层级配碎石配合比的试验分析和研究

分析和研究了铁路基床表层采用级配碎石配合比选定情况,提出了确保大规模填筑质量的相应建议。     

波阻抗梯度飞片超高速发射的数值模拟

研究波阻抗梯度飞片的超高速发射特性.应用LS-DYNA有限元程序对波阻抗梯度飞片超高速发射二级飞片的过程进行了数值模拟,计算了二级飞片的压力剖面和速度曲线.研究结果表明,当梯度飞片被聚碳酸酯(Lex-an)封装时,二级飞片的最终发射速度可以达到波阻抗梯度飞片初始加载速度的1.63倍,并且所设计的波阻抗梯度飞片能够实现对二级飞片的准等熵加载.     

钢筋混凝土双向受弯构件抗剪影响因素分析

基于对钢筋混凝土双向受弯构件抗剪机理的试验研究,应用灰色系统理论的关联度分析方法,对无腹筋钢筋混凝土双向受弯构件抗剪强度的影响因素进行关联度计算. 分析结果表明:在集中荷载作用下()31<相似文献   

拖拉机后壁板拉延成形数值模拟及其影响因素

为了对拖拉机零件后壁板拉延工艺和模具设计提供可靠的判据和合理的工艺参数,介绍了拖拉机零件后壁板拉延成形有限元模拟的动力显式求解算法,建立了拉延成形有限元仿真模型,分析了凹模圆角半径,摩擦因数,压边力等工艺参数对成形性能的影响,本研究结果为后壁板拉延成形提供了理论基础,并对实际生产具有指导作用.     

旋流器内空气柱形成及其影响因素的数值模拟

利用CFD方法,基于RSM雷诺应力模型和VOF多相流模型对旋流器内空气柱进行数值模拟,结果显示在t≈07s,空气柱基本成型,且最终结果与PIV测试结果一致.旋流器内空气柱的空气是从沉砂口吸入并从溢流口排出.在沉砂管上端,空气柱发生大幅度的径向偏摆;空气柱进入溢流管后,产生“喉结”状突起.空气柱确实消耗了一部分不必要的能量,但并不对流场造成明显的额外扰动.给矿速度的变化对空气柱的直径几乎没有影响,而旋流器结构参数的变化,如沉砂口直径、溢流口直径、锥角等,对空气柱直径影响较大.