地下工程管片密封橡胶承受高水压作用的力学分析

水膨胀橡胶是一种新型防水材料 ,具有优良的止水性能。但止水橡胶在深水工程中的受力分析和破坏模式却很少研究。主要阐述了深水条件下膨胀橡胶的止水机理 ,从接面压力和材料力学特征分析了止水橡胶结构失效的 3种模式 ,从而给出了止水橡胶的计算模型。该模型在计算中充分考虑了 3种失效模式 ,并结合工程实例进行了具体的计算分析 ,对指导深水工程防水设计具有较高的参考价值     

橡胶颗粒沥青路面的除冰机理

为分析橡胶颗粒沥青混合料的除冰机理,研究冰的物理力学性质,通过分析橡胶颗粒沥青路面上冰层破坏的断裂力学,提出应变能密度因子准则作为判断冰层破坏的依据;针对不同温度、不同厚度的冰层,分析弹性模量与除冰效果之间的关系,得到不同弹性模量下的路表面最大变形量;研究超载情况下冰层的受力和变形情况以及弹性模量与除冰效果之间的关系;采用车辙仪法进行室内除冰模拟试验.研究结果表明:混合型断裂破坏是冰层破坏的主要形式,表现为复合型裂纹发生失稳扩展,呈一定辐射状分布,在行车荷载反复作用下,区域裂纹充分扩展或者裂纹分布密度达到一定饱和程度,进而引起冰的局部破碎;随着外界温度升高、冰层厚度减少和行车荷载增大,路表最大竖向位移和能够除冰的橡胶颗粒沥青混合料弹性模量逐渐增大,除冰效果越好;室内除冰模拟试验结果与理论分析结果较吻合,证明了理论分析的可靠性.     

反拱水垫塘拱端结构稳定的研究

利用冲击射流理论和重力相似准则及同时满足紊流阻力相似的条件,建立了高水头、大流量作用下反拱水垫塘精细模型。在拱圈底板块止水设施破坏和底板块锚固失效的条件下,研究了拱端轴力的变化规律。试验和分析表明,沿水流方向,拱端力在冲击点上下游各0.1 m附近达到最大,沿流程衰减;拱端力大小随拱圈振动底板块数目的增多而增大;通过转换得到拱端最大受压强度,在试验范围条件下的底板块尺寸,最大径向相对位移小于底板块厚度的70%时,满足抗压强度要求。     

面曝光快速成形制件的拉伸强度

为了研究面曝光快速成形工艺的制作参数和制件放置方式对制件强度的影响,按照国家标准设计了测试件,在不同的制作参数和制件放置方式条件下,对测试件进行了拉伸实验,研究了不同制作参数和制件的放置方式对制件拉伸强度的影响.结果表明,曝光时间在60~360s范围时,随曝光时间的延长,拉伸强度由2.21MPa逐渐增大到15.94MPa;切层厚度在0.05~0.5mm范围时,随切层厚度的增大,拉伸强度由17.33MPa逐渐减小到1.90MPa;放置方式对测试件的拉伸强度有显著影响,沿长度方向放置制件时的拉伸强度最高.     

三索面地锚式斜拉桥静力计算分析

目的研究三索面地锚式斜拉桥在成桥状态、均布车载及偏载、温度作用等情况下,对主梁应力、变形及拉索索力的影响.方法以沈阳市某三索面地锚式斜拉桥为工程背景,以有限元为基础,通过桥梁专用软件MIDAS/CIVIL建立有限元计算模型,对全桥整体进行静力计算分析.结果恒载状态下三索面地锚式斜拉桥的成桥索力变化比较均匀,距离桥塔由近至远呈现由小至大的分布规律;主梁上缘最大拉应力为17.05 MPa,最大压应力为30.04 MPa;下缘最大拉应力为13.29 MPa,最大压应力为20.71 MPa;主梁竖向最大位移为33.36 mm,塔顶水平位移为28.94 mm.结论三索面地锚式斜拉桥在恒载及活载等其他荷载作用下主梁应力变化平缓,且数值较小,最大应力发生在墩塔梁固结处;在非对称活载作用下地锚侧对称位置斜拉索索力差值很小,主塔横向设计时可不考虑此项差值的影响;温度作用时对三索面地锚式斜拉桥主梁应力及位移的影响较大.     

Ⅱ型加载条件下复合材料与管线钢共固化界面有效搭接长度试验

为了确定复合材料与管线钢共固化胶结界面受剪时的有效搭接长度,设计了双搭接胶结试件拉伸试验.对界面在Ⅱ型加载条件下的失效扩展过程进行了试验研究和有限元模拟.试验结果表明,界面的破坏形式为脱粘失效.试验得到了复合材料表面沿拉伸方向上的应变分布规律,胶结界面剪切应力与滑移量之间的关系(Bond-Slip曲线),计算可得Ⅱ型加载条件下复合材料与管线钢胶结界面的临界能量释放率为1062 N/m,界面的有效搭接长度约为15.5 mm.将临界能量释放率应用到有限元模拟的界面本构,模拟得到的复合材料沿拉伸方向的应变分布规律与试验结果对比较好.有限元分析结果表明,裂纹沿着胶结界面由两侧向中间位置逐渐发生与扩展.     

钢管桩防腐护甲的冰磨蚀试验

在处于飞溅区的钢管桩上安装防腐护甲是避免其腐蚀破坏的有效方法.开展室内模型试验对防腐护甲上的冰磨蚀作用进行了研究.试验中首先进行冰速扫描,测试不同冰速下防腐护甲的受力和变形,冰速范围涵盖了冰排在桩前发生延性破坏、交替延性-脆性破坏直至脆性破坏时的特征冰速.试验结果发现防腐护甲上的最大冰力和变形出现在冰排发生交替延性-脆性破坏时,对应的冰速为150,mm/s.而后在此冰速下进行了防腐护甲的冰磨蚀试验.在试验中观察到防腐护甲上冰磨蚀效果明显,并且冰排对防腐护甲存在2种磨蚀作用模式,即冰排正面接触造成的浅层磨蚀和冰排边缘作用下的啃蚀效应.试验结果发现浅层磨蚀造成的划痕影响冰力明显,而啃蚀效应造成的凹痕控制累积磨蚀的增长水平.     

复合变形软体驱动器设计及试验

模拟蚯蚓肌肉特性,设计了一种单气道多气室复合变形软体驱动器。气室由环形气室和线性气室组成。在气压作用下,该驱动器可同时实现径向膨胀和轴向伸长。为提升性能,利用ABAQUS软件仿真分析外形结构参数对变形性能的影响。制作样机并进行变形量与输出力测试。结果表明：在气压作用下,驱动器可实现径向膨胀和轴向伸缩。在0.12 MPa气压下,膨胀区直径为70 mm的驱动器最大径向膨胀率和轴向伸长率分别为19.1%和9.8%,径向力和轴向力分别可达70.0 N和32.8 N。     

基于局部火灾情况下冷弯薄壁型钢货架立柱稳定性研究

为研究冷弯薄壁型钢异型截面货架立柱在局部火灾下的轴压性能,以欧洲规范EN 1991-1-2和EN 1993-1-2为基础,采用有限元分析软件ABAQUS模拟火源在构件底部时的温度场,并对局部火灾情况下冷弯薄壁型钢货架立柱进行轴压稳定性分析。首先通过现有试验结果验证了有限元分析模型的准确性,随后对不同截面、不同长度和不同厚度的货架立柱在不同温度作用下的轴压性能进行数值分析,并在温度场分析模型中考虑了火焰长度、火焰直径和热释放率等3个因素的影响。结果表明:货架立柱的长度和温度对其轴压承载力有较大影响;在局部火灾情况下,货架立柱温度沿长度方向呈现梯度分布,并且这种温度梯度对货架立柱破坏模式有着重要影响。最后,基于数值参数分析结果,给出了冷弯薄壁型钢货架立柱在局部火灾(800℃)情况下适用于整体屈曲的直接强度法(DSM)设计曲线。     

用扭转试验研究淡水冰的剪切强度及模量

引用各向同性线弹性理论对淡水冰进行了扭转试验研究,测定了扭矩作用面平行于冰的晶柱方向;温度为２６３Ｋ,在不同的剪应变速率γ情况下,淡水冰的扭转强度极限τｂ及剪切弹性模量Ｇ．通过试验数据的分析,得到如下结论：在２６３Ｋ温度下,γ在０．０１２×１０－３～２．３００×１０－３ｓ－１范围内,冰的τｂ随γ的增加而略有降低,其平均值为０．７５６ＭＰａ,而Ｇ随γ的增加无明显增大,约成４５°的螺旋面破坏,如同铸铁试样扭转破坏断口一样．     

淡水冰三轴压缩力学特性试验研究

为了能够充分认识三向受力状态下冰体的力学特性,采用TDW-200低温三轴试验机,并在4组温度、7组围压和5组应变速率条件下,对3种不同尺寸淡水柱状冰样进行单轴和常规三轴压缩强度试验,加载方向垂直于冰的晶轴方向.结果表明,在恒定应变速率和较低温度下,当围压在6MPa以内时,柱状冰试样以劈裂破坏为主,当围压大于6MPa时,试样由劈裂破坏向剪切破坏过渡;在试验温度范围内,围压对柱状冰试样强度的影响远高于温度的影响;柱状冰强度、弹模和泊松比均与应变速率呈良好的正线性相关,且应变速率增大使柱状冰由流塑破坏向脆性破坏迁移;柱状冰强度、变形和破坏模式受试样尺寸影响明显,当试样截面尺寸相同时,高径比越大残余强度和偏应力-应变曲线的曲率越小,对应强度、弹模却越大,当高径比相同时,残余强度、偏应力-应变曲线曲率、强度和弹模均随截面尺寸的减小而增大;提出一种新的改进Duncan-Chang模型,并利用实测柱状冰应力-应变曲线对新模型进行验证,取得良好效果.     

嵌入式共固化缝合阻尼复合材料的力学性能

为了提高复合材料的层间结合性能,满足其三维力学性能可设计性的要求,提出了嵌入式共固化缝合阻尼复合材料结构,开发了嵌入式共固化缝合阻尼复合材料的制作工艺,其中阻尼材料的硫化温度和时间与预浸料内树脂的固化温度和时间相同。采用改进的锁式缝合方法缝合铺层后的预成型体,使用热压罐制备出嵌入式共固化缝合阻尼复合材料试件。对试件进行了层间剪切试验、自由衰减试验、拉伸破坏试验,结果表明:阻尼性能与最大拉伸力随着针距的增大而增大,层间结合性能随针距的增大而变差。其中,在阻尼层厚度为0.1 mm的情况下,改变针距,缝合后材料的相对阻尼比为2.16%～2.92%,拉伸强度为412.9～427.4 MPa,层间结合强度为6.12～7.91 MPa。该研究可为对三向力学性能有要求的复杂受载大阻尼复合材料构件的广泛应用提供参考。     

预压缩对挤压态镁合金屈服行为的影响

利用WDW3100电子万能试验机沿挤压态AZ31镁合金试样的挤压方向进行预压缩,研究了在不同施载模式下试样的屈服行为.结果表明:一方面,沿挤压方向的预压缩显著地降低了其拉伸屈服强度,使得其拉伸屈服强度与无预应变的压缩屈服强度几乎相等.造成这一现象的原因是经预压缩后的试样再拉伸时发生了退孪生.另一方面,沿挤压方向的预压缩显著地提高了垂直于挤压方向的压缩屈服强度.在不同施载模式下,分析{10-12}孪生施密特因子表明,孪生体系的最大施密特因子的大小对镁合金屈服强度有重要影响.对于{10-12}孪生主导的塑性变形,如果存在大量相同最大施密特因子的晶粒,则其具有相等的屈服强度,反之则不同.     

不同破坏模式下锥体结构冰力定性分析

采用弹性基础板模型,对锥体结构上冰破坏力随不同弯曲破坏模式而变化的关系进行了定性分析,给出了由2个尺寸比表达的与3种破坏模式相对应的冰荷载表达式和1个由尺寸比定义的破坏模式图.利用这一结果揭示了弯曲破坏冰力幅值与周期大幅度变化的力学机理.板型弯曲破坏冰力是尺寸比k1的减函数;楔梁型破坏冰力是k1的增函数.这预示着最大冰力将在两种破坏模式过渡时出现.冰力周期随冰的断裂长度与其厚度之比k2增大而增长,当k2大于5时,破坏模式由板型过渡到楔梁型.该结果可在现场数据分类识别和冰力速度效应的定性分析等方面得到应用.     

微充气管残留燃料冰对冷冻靶控温过程的影响分析

针对微充气管内残留燃料冰影响冷冻靶控温过程这一问题,建立了基于Boussinesq假设和离散坐标辐射模型的三维数学模型,分析了管内残留燃料冰长度对基准、辅助加热以及快速降温3种工况下靶丸表面温度均匀性以及稳定性的影响。结果表明：基准稳态工况下,靶丸表面最大温差随管内燃料冰长度增长先降低后升高,燃料冰末端与靶丸外表面齐平（长度为0.09 mm）时,最大温差最小,相比于无燃料冰降低31.5%;施加7 500 W/m²辅助热流的瞬态工况下,管内残留燃料冰长度不同时,靶丸表面最大温差随时间变化均表现为先增大后减小直至稳定不变,燃料冰长度较短（≤0.09 mm）时,靶丸表面均匀性恶化程度较轻;以6 K/min进行线性快速降温过程中,管内燃料冰长度为0.09 mm时,降温过程中稳定性最好,降温结束时均匀性最佳;当管内燃料冰长度为0.09 mm时,3种控温工况下靶丸表面温度均匀性及稳定性均较好,可达到较好的控温效果。     

裸眼井中膨胀管外壁胶筒的井眼适应性分析

为了更加合理地对裸眼井膨胀管外壁定型胶筒井眼尺寸进行选择,建立了膨胀管、胶筒、井眼和膨胀锥三维有限元模型并对其膨胀过程进行非线性有限元分析。通过对直径为194 mm的膨胀管在不同井眼下的膨胀过程进行分析后发现:随着井眼直径的减小,胶筒的压缩率、接触压力以及所需膨胀力逐渐增大,井眼直径为218 mm时胶筒前端和末端橡胶体积变化显著,造成该处的密封性能下降。因此,采用的定型胶筒应避免在直径小于218 mm的井眼中使用。在胶筒稳定膨胀阶段,226 mm和230 mm的井眼胶筒所需膨胀力相差不大,波动幅值平稳。同一井眼中,最先膨胀的胶筒压缩率、接触压力及所需膨胀力都高于后膨胀的两个胶筒,但是随井眼直径的增大,三个胶筒的压缩率、接触压力以及所需膨胀力不再受膨胀的先后顺序影响。此外,随着井眼直径的增大,胀后胶筒处的膨胀管残余应力逐渐减小。同时膨胀管内外壁残余应力的波动逐渐减弱,大小趋于相等。可见研究结果为裸眼井中膨胀管外壁胶筒的选型以及膨胀管的井眼适应性提供了理论基础。     

HPFL预制空心楼盖板整体性研究

通过3种工况模拟地震作用下板下墙体的破坏,研究高性能水泥复合砂浆钢筋网(HPFL)薄层作为板的叠合层对预制空心楼盖板整体性加固的效果.试验结果表明,板下不同位置支撑墙体破坏后,试件按空心板横向悬挑板受力,板端部产生向下挠曲,空心板横向悬挑长度为2块板宽(1 000mm),叠合层与空心板未发生剥离;HPFL作为预制空心板的叠合层能有效提高预制空心楼盖板的整体性,使空心板在水平面的2个垂直方向都连续,成为水平面内任意向刚度接近无穷大的横向构件,使得结构的整体性及抗震性能得到保证.     

平纹叠层SiC/SiC复合材料室温和高温拉伸行为与破坏机理

通过单向拉伸试验,对比研究平纹叠层SiC/SiC复合材料在室温和高温(1 200℃)环境下的宏观力学特性,并采用扫描电镜对试验件断口进行观测,以分析其微观损伤模式和破坏机理.结果表明:平纹叠层SiC/SiC复合材料的室温和高温拉伸应力-应变行为均表现为非线性特征,具有较高的轴向拉伸基体开裂应力;两者拉伸强度相差不大,但高温下的断裂应变比室温下的高.从宏观断口分析可知,两者均呈现韧性断裂,但纤维拔出长度和断口平齐程度有所不同.材料内部产生的基体裂纹大部分与加载方向垂直;断面上经向纤维束发生纵向拉伸断裂破坏,内部存在严重的界面脱粘损伤以及纬向纤维束发生轴向劈裂破坏是材料在室温和高温下的拉伸破坏机理.高温下由于纤维与基体间的界面层在一定程度上被高温氧化而退化失效,使界面结合变弱和界面滑移力降低,从而产生较长的纤维拔出长度,所以高温下材料具有较高的断裂韧性.     

温度对高庙子膨润土浸水膨胀特性的影响

对取自内蒙古高庙子地区的GMZ07钠基膨润土在不同温度下进行了浸水饱和引起的膨胀特性试验.在不同温度条件下对不同初始干密度试样在100~600 kPa的竖向荷载作用下进行了浸水饱和的膨胀变形及膨胀力试验.试验结果表明:在初始含水率相同的情况下,浸水饱和引起的变形主要取决于干密度和竖向荷载,对温度也有一定的影响,但不是很显著;在相同干密度和温度的情况下,竖向荷载越大,浸水变形稳定后孔隙比越小,且孔隙比与竖向压力在半对数坐标中呈线性关系;在相同温度和相同竖向荷载情况下,不同的初始干密度试样在浸水变形稳定后的孔隙比相近.此外,随着温度的升高,膨胀力略微减小.     

多场耦合下路面混凝土细观裂缝的演化规律

细观裂缝的演化与空间展布规律是影响路面混凝土耐久性的关键因素.为明确寒冷地区路面混凝土在实际工作环境下结构内部微裂缝的萌生、扩展、压缩等演化规律,基于多场疲劳试验,针对路面混凝土内部结构进行了SEM、CT扫描及图像分割,通过对比分析荷载单场、荷载-冻融双场及荷载-冻融-干湿循环三场耦合下的裂缝面积密度、平均裂缝宽度、最大裂缝长度及盒分形维数特征,从细观尺度揭示了不同荷载水平、耦合方案下微裂缝的动态损伤发展规律.结果表明:单荷载作用下,随荷载次数增加,最大裂缝长度呈萌生-闭合-延伸交替变化,宽度表现为压缩-扩张交替变化,分形维数先增后减;荷载-冻融双场耦合引发的结晶膨胀应力促使裂缝面积密度及最大裂缝长度单调增加,80%荷载水平时,混凝土在较小裂缝长度、宽度下便发生疲劳破坏;荷载-冻融-干湿循环三场耦合下,附加干缩应力沿裂缝方向产生收缩应力,在垂直裂缝方向产生压缩应力,促使裂缝沿长度方向延伸,宽度减小,同时伴随更多微裂缝成核.