冻土路基温度场有限元分析

在冻土工程领域,国内外已经展开了广泛的基础性研究,取得了丰硕的成果。对冻土路基温度场问题,目前已有理论依据和计算方法,但是,只考虑了第一类边界条件,本文利用有限元软件同时考虑了辐射、蒸发、换热等各种边界条件对冻土路基非稳态温度场进行了计算分析。根据计算结果分析,从而有力地验证了采用有限元计算方法来分析冻土路基温度场的可靠性。     

109国道季节性冻土区路基原始温度场分析

针对青海省2013年需要新建、改建的高速公路等项目,以109国道青藏高原橡皮山附近季节性冻土区公路路基为研究对象,利用ANSYS有限元模拟分析软件建立数学模型,经过分析后得出该区域路基土体原始温度场.分析结果表明：青藏高原季节性冻土区路基土体内部温度低于0℃的月份为每年的11、12月和翌年l、2和3月,最低温度达-15℃,而在地表2m以下地温高于0℃.     

基于Monte-Carlo法的冻土路基随机温度场分析

对青藏铁路沿线岩土热学参数进行统计分析,得出岩土的基本统计值及概率分布模式,采用基于Monte-Carlo法的随机有限元方法计算冻土区的路基随机温度场,得出随机温度场的均值和标准差.结果表明：路基的温度场均值和标准差分布趋势基本相似,且在路基上部和路基边坡面附近,其绝对值较大;温度的标准差在边界附近出现最大值,且沿边界向内而逐渐减小;在边界浅层区域,温度的标准差出现局部变化,到达一定深度后趋于稳定,并随着时间增加而增大,路基标准差区域从边界向内而逐渐扩大.     

冻土路基温度场室内足尺模型试验

取用多年冻土地区代表性土类进行冻土路基室内足尺模型试验,建立伴有相变的路基非稳态温度场的控制方程,在空间域内用采用混合单元的有限元网格划分,在时间域内用有限差分格式划分的混合解法进行有限元分析。通过对观测结果进行数值模拟,验证了数学模型的正确性。进一步分析路基温度场的变化规律与野外观测结果的变化规律,其一致性说明了室内模型试验可以模拟野外冻土路基的真实情况,为研究冻土路基温度场的变化规律提供了可靠依据。     

基于反演参数的多年冻土路基长期温度场预测

利用青藏铁路清水河试验段路基3 a的现场温度场及沉降监测数据,采用模拟退火算法改进的BP神经网络算法反演了冻土路基的热力学参数,并在反演参数的基础上应用有限元法模拟预测了冻土路基在不同保温处理方案下的长期温度场变化情况.结果表明:保温材料路基阴阳坡地的温度场差异小于素填土路基,多年冻土季节性活动层厚度也远低于素填土路基;保温材料路基施工后3 a内仍将发生冻融变形,形成路基病害,但破坏程度低于素填土路基;50 a后,保温材料路基将与青藏高原气候环境达到新的热平衡状态,施工对多年冻土造成的破坏可得到修复,路基稳定性良好,但素填土路基仍存在较厚的季节性活动层,这将会使路基发生严重的变形破坏;保温处理方案可较为有效地减少冻土路基的不均匀沉降.     

109国道冻土路基动力融化固结研究

在冻土路基非稳态温度场控制方程和融化固结理论模型的基础上,以109国道橡皮山地区典型路基土体粉质黏土制做的圆柱体力学模型为研究对象,采用有限元软件ABAQUS建立计算模型,并与室内试验结果对比,提出了土体冻结和融化过程中的温度场和融化沉降的变化规律.研究结果表明:在动荷载作用下,土样变形量随时间而增大,最终达到了稳定形式,而在不同幅值动荷载作用下,土样变形量存在明显差异,在一定的范围内,动荷载幅值大小对冻结土体融化速率作用有限.     

冻土路基主要病害及冻土路基稳定措施研究

本文基于笔者多年从事冻土路基施工的相关工作经验,以冻土路基中的主要病害及冻土路基稳定措施为研究对象,论文以笔者曾经参与建设的某公路冻土路基为背景,探讨了冻土路基的两大主要病害,进而从4个方面分析了冻土路基的稳定措施,全文是笔者长期工作经验基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。     

路基冻结过程中温度场对变形场的影响

为了研究冻土路基温度场及变形场的动态变化规律，基于伴有相变的路基非稳态温度场控制方程和冻土路基变形场二维数值计算模型，对冬季冻土路基温度场和变形场进行了计算分析，得出路基深层土中的温度变化滞后于表层土和气温；对于冻胀冰锋线分布较广的路基，其破坏易在坡脚处产生；冻胀冰锋线分布范围较小的路基，破坏大致发生在竖向位移较大的路基中部。结果表明，冻胀冰锋线的范围是影响路基变形场的重要因素。     

青藏高原多年冻土区路基温度场数值模拟

根据青藏公路沿线近30年的气象资料，考虑太阳辐射、气温、风速、风向、蒸发等第二类、第三类边界条件，结合路线走向、路基高度、路面类型状况，对青藏公路五道梁地区路基温度场进行有限元分析。经验证，计算结果与路基温度场实测资料基本一致。有限元分析表明，在年周期内路基边界处的温度仍然可按正弦曲线较好地加以拟合；路线走向对冻土路基温度场的对称性有着重要影响，东西走向路基阴阳坡效应最为显著，南北走向路基的温度场基本对称；当路基存在坡向差异时，其阴阳坡效应的强弱与季节密切相关，夏季较弱，冬季较强。     

冻土地区路基特点及其治理措施

冻土一直是一个世界性的技术难题.随着青藏铁路的成功建设,使我们对其有了更深入的认识.本文分析了冻土的基本特性、在冻土地区路基的冻害类型及其防治措施,为工程界提供一定的理论参考.     

冻融条件下路基温度场和湿度场分布式感知试验

搭建土体冻融多物理场感知室内试验装置,布设传统点式传感器和分布式光纤,对土体冻融过程中路基温度场、湿度场和变形情况开展试验监测,探究单端冻结、双端融化条件下土体温度场和湿度场的分布式感知特征,验证主动加热分布式光纤技术的监测效果。试验结果表明,-15 ℃单端冻结条件下,土体冻结过程按降温速率分为快速冷却、逐步降温、稳定平衡三阶段,冻结锋面逐渐下移,最大冻深约占土柱高度的35%。孔隙水受冻胀迁移力影响向冻结锋面移动,引起冻融前后土体湿度场重分布,并导致土体冻胀变形,变形量为土体最大冻深的7.8%~10.9%。分布式光纤可准确得到冻融过程中土体温度场、湿度场变化特征,识别土体内冻结区域范围,温度、湿度监测拟合优度R²分别达0.98和0.94。     

人工冻土温度场的智能方法预测

通过对两淮地区新建十几个冻结法施工井筒温度场的实测数据样本分析,较全面地考虑影响人工冻土温度场发展的诸因素,利用智能方法对大量样本的学习,形成了一个大型的能预测温度场的开放式网络结构。并与实测数据比较,表明该方法对未知温度场的发展能进行较好地预测,对井筒开挖时间、开挖方式及井壁结构的确定有重要意义。     

基于有限元法的重卡轮毂轴承单元温度场分析

以重卡轮毂轴承单元为研究对象,确定温度场分析的边界条件,建立重卡轮毂轴承单元与制动鼓的传热模型,利用Ansys Workbench有限元软件对重卡轮毂轴承单元进行温度场分析,得到重卡轮毂轴承在不同径向载荷和转速工况下的温度分布特征以及紧急制动、重复制动、持续制动3种工况下制动鼓对重卡轮毂轴承最高温度的影响。结果表明,重卡轮毂轴承最高温度随轴承径向载荷、转速的增大而升高,且转速的影响更为显著;3种制动工况都会对重卡轮毂轴承温度产生一定影响,但重复制动与持续制动工况对制动鼓与重卡轮毂轴承的最高温度影响显著。     

桥墩混凝土水化热温度有限元分析

根据三维热传导理论,采用大型有限元软件ANSYS,考虑外界气温条件、水泥水化热等热力学参数以及分层浇注(定义单元的"生死"来准确模拟施工中的分层浇筑)对温度场的影响,运用瞬态热分析法进行温度场的仿真计算.通过计算结果与实测结果的对比分析,得出桥墩沿截面厚度方向的温度分布和其随时间变化的规律及特点,为施工提供一定的参考.     

一般壳体温度场的有限元分析

构造了一种适用于壳体温度场分析的壳体温度单元。此种单元可以假设温度沿壳体厚度方向为线性变化或二次函数变化。通过引入壳体内外表面的边界条件，最终只保留壳体中面节点温度为未知自由度；用罚函数法实现了壳体温度单元与实体温度单元的联接。由此建立的有限元表达格式在数据准备和计算机运算时间上都比现行算法节省很多。     

轮胎温度场的有限元分析

综合考虑轮胎胶料滞后热源和摩擦热源的作用,对轮胎非稳态温度场进行计算机仿真,分析轮胎从启动到稳态行驶阶段的温度场的变化。探索引起温度场变化的主要原因,对于指导轮胎的结构的优化设计有一定的指导意义。     

无模拉伸温度场的有限元分析

采用有限元法对具有深透加热时的无模拉伸温度场进行解析,推导出其热传导微分方程式;首次分析了温度场中的热流输出边界条件,并考虑了加热线圈与冷却喷嘴间距的影响。理论解析结果很好地反映了拉伸件内部温度分布,为无模拉伸变形的进一步研究提供了可靠的理论依据。     

旋转对称壳体温度场的有限元分析

提出一种适合于分析旋转对称壳体温度场的壳体温度单元。此种单元假设温度沿厚度方向的变化可以用二次函数表示，从而精确地满足内外壁的各类边界条件；温度沿子午线方向的变化采用一般的插值函数表示、利用多点约束方程实现和旋转对称体单元的联结。由此建立的有限元分析的表达格式在数据准备和计算机运算时间上与现行算法比较都有很大程度的节省。实际算例表明此种单元的精度也是很好的。     

青藏铁路低温冻土区片石路基的温度特征

在青藏铁路五道梁低温冻土区进行了片石护道路基新结构和土护道路基结构的实体工程试验,以确定路基修筑对温度场的影响.对测试断面冻融循环的地温监测资料的分析表明,2004年片石路基左右路肩孔冻土上限处,年平均地温分别低于土护道路基相应位置0.12℃和0.14℃,2005年片石路基左右路肩孔分别低于土护道路基相应位置0.65℃和0.03℃,冻土上限以下地温均呈逐年下降趋势.片石护道和土护道路基冻土上限均存在不对称性,但随着时间发展,片石护道路基最大融化深度位置基本接近或超过天然地面,且冷生过程还在继续.该区域的片石护道路基新结构能够有效发挥降低地温、主动保护多年冻土的作用.     

蒸汽管道外接管座温度场与热应力场的有限元计算

应用ANSYS软件,对火力发电厂蒸汽管道以及与之相连接的接管座处的温度场和应力场进行了有限元数值模拟.采用经验公式拟合法和编程计算法计算的边界条件,可以得到类似的三维温度场和热应力场分布.在现场运行阶段,温度梯度和VonMises等效热应力最大的地方都出现在蒸汽管道与接管相接处,该处的最大热应力已经超过了材料的许用应力,很容易产生热裂纹.经验公式拟合法和编程计算法的计算结果反映了相同的启动阶段热应力变化趋势,但是编程计算法不像经验公式拟合法那样具有经验性,故工程应用性更强.