不同填土高度下钢波纹管变形与力学性状的数值分析

利用FLAC3D对填土高度1~10 m下的钢波纹管涵进行模拟,研究不同填土高度下钢波纹管的变形和力学性状.研究结果表明:钢波纹管顶部节点竖向位移最大值在路堤中心断面处,且当填土高度大于6 m时,竖向位移沿轴向逐渐减小趋势较为明显;填土高度小于6 m时,钢波纹管水平位移沿轴向变化较小;填土高度大于6 m时,水平位移变化较为复杂,出现两个拐点;同一填土高度下,钢波纹管路堤中心断面上半部分和下半部分60°~90°范围内弯曲应力较大,水平向弯曲应力最小,且上半部分与下半部分受力状态基本一致;路肩断面上半部分弯曲应力值基本不变,下半部分从0°~-90°范围内弯曲应力逐渐增大,且-60°~-90°范围内弯曲应力值较大,最大值出现在管底处;钢波纹管管顶轴向弯曲应力最小值出现在路肩断面处,最大值出现在路肩至管口范围内;当填土高度大于4 m时,水平节点轴向弯曲应力最大值出现在路肩至管口范围内;管底轴向弯曲应力最大值出现在路肩断面处.     

高路堤大管径钢波纹管变形特性研究

为研究高路堤大管径钢波纹管的变形特性,采用环向抗弯刚度等效的方法,运用有限元软件ABAQUS模拟不同填土高度下不同管径钢波纹管的整体变形情况。结果表明:钢波纹管各横断面变形量随着断面与管口距离增大先呈线性增大变化,管径越大,变化速率越大,最后趋近于水平变化,水平变化段起始位置大致位于路肩处;当填土高度一定时,钢波纹管最大竖向变形量和最大水平向变形量受整体变形的影响而增大的部分约为6%,不会随着管径的增大而产生明显的变化。当管径一定时,钢波纹管最大竖向和最大水平向变形量与填土高度成正比例关系,钢波纹管最大竖向变形量和最大水平向变形量受整体变形的影响随着填土高度的增加而增大。     

高填方大直径钢波纹管涵减荷试验

为了研究在钢波纹管涵顶铺设聚苯乙烯泡沫(EPS)板减小涵顶土压力及其调整土压力分布效果,依托四川广巴(广元—巴中)高速公路连接线项目路基工程,对其高填方大直径钢波纹管涵开展现场试验。在设计填方最高处的路堤下沿管涵纵向选取4个特征断面,其中1个为不减荷断面,另3个为涵顶平铺不同厚度EPS板的减荷断面,并对每个断面的特征点位进行应力应变测试,研究钢波纹管涵在减荷与否2种情况下的受力与变形随填土高度的变化规律和EPS板的减荷效果。研究结果表明:在未减荷断面,填土高度在约10m之前的垂直土压力大于土柱压力、约10m后小于土柱压力,最终的垂直土压力系数为0.9左右;在减荷断面,填土高度在约5m之前垂直土压力大于土柱压力、约5m之后小于土柱压力,最终的垂直土压力系数为0.46~0.47;钢波纹管涵两侧填土时,管涵变形表现为横向收敛、竖向拱起,随着填土高度的增加,其变形逐步调整,最终表现为横向挤胀、竖向收敛,且未减荷断面的竖向收敛略大于减荷断面,最终的收敛变形率均在1.0%~2.0%之间;在减荷与否2种情况下,钢波纹管涵顶垂直土压力随着填土高度的增加而增大,但增幅均逐渐减小;未减荷的钢波纹管随着填土高度的增加逐渐表现出柔性管的受力特性,而具有调节土压力的能力;在钢波纹管涵顶平铺柔性材料EPS板具有显著的减荷效果和调节土压力分布的作用;钢波纹管涵顶垂直土压力是影响其最终收敛变形的一个关键因素。     

低填方钢波纹管涵洞受力变形特性及垂直土压力计算

分析了填筑施工动态过程中钢波纹管涵洞的受力变形特性及管涵周围土压力分布规律,基于马斯顿理论,构建了一种垂直土压力的计算公式,结合试验数据和有限元计算对其进行验证.结果表明:应变随填土高度呈波动增长态势,在管侧填土高度为3.6m时,内外部测点应变出现最大值;填土完成后,内部测点存在受拉或受压状态,而外部测点以受拉为主;水平向和竖向变形随管侧填土高度的增加而增加,呈竖向椭圆形;管涵顶部的垂直土压力最大,垂直土压力系数随倾角的增大而增加.     

高填方大直径钢波纹管涵洞力学特性

为研究高填方大直径钢波纹管的力学特性,选取萍洪高速AK0+485处钢波纹管涵洞作为研究对象,通过现场测试以及数值模拟提取管体上部不同填土高度情况下管体的应变、土压力以及管体的横向和竖向变形.通过对数据进行处理分析得出测试数值与模拟数值变化趋势基本一致,管中环向应变以及管顶轴向应变分别大于其他部位的应变.管顶土压力较小,管体下45°位置的土压力较大,主要是由于大直径钢波纹管的柔性以及混凝土支撑的限制作用导致.而对于无混凝土支撑情况下的数值模拟显示,无混凝土支撑可减小应力集中现象以及大部分测点位置的土压力.     

基于SYSWELD的在役焊接径向变形数值模拟

采用焊接模拟软件SYSWELD研究壁厚、管径及熔池尺寸等因素对天然气管道在役焊接径向变形的影响。结果表明:发生烧穿的临界瞬时最大变形有时间效应;发生临界变形的时间随着壁厚的增大而增加,径向变形量减小;随着管径增加,径向变形量在同壁厚下逐渐增大;壁厚为4.5 mm时,小管径管道易达到临界变形量;壁厚为6 mm时,管径的增大降低了临界变形发生的可能性;当壁厚为7.5 mm,管径由254 mm增大到508 mm时,发生临界变形的可能性减小,而管径在508~1016 mm时,管径的增大增加了临界变形发生的可能性;内壁点的径向变形随着热源的靠近而增大,随着壁厚的增大而减小,但当壁厚增大到6 mm后,壁厚的增大对其不再有显著影响;熔池尺寸影响焊接修复同时刻时的径向变形量,达到临界变形量的时间与熔池尺寸成反比,表现出明显的熔池尺寸效应。     

钢波纹管的力学性能分析

提出采用截面参数分析法与有限元数值模拟相结合的方法对钢波纹管受力变形进行计算分析.将截面参数分析法所得计算结果与美国ASTM规范对比,验证了截面参数分析法的有效性.根据截面参数计算结果将钢波纹管道等效为实壁管道,并在此基础上对应不同工况建立有限元数值模型,进一步研究了钢波纹管道在填土施工过程中的变形与内力特性,总结了其力学性能与填土高度、管道规格的对应关系和钢波纹管道设计中的建议管道规格.最终根据钢波纹管道施工现场工况,对管周土体竖向土压力及管道环向应变进行计算,通过与现场实测数据对比,验证了该方法模拟钢波纹管管土相互作用的有效性.研究表明所提出的钢波纹管分析方法简便准确,并能很好地再现钢波纹管道的力学特性.     

深基坑开挖引起的地表竖向变形分析

依托合肥市某深基坑开挖工程,用MIDAS/GTS对基坑开挖及支护全过程进行数值模拟,研究了基坑开挖过程中周围地表竖向位移发展规律,并将模拟结果与监测数据进行对比,监测数据与模拟结果较为吻合。在此基础上深入分析了深基坑开挖引起的地表竖向变形的影响因素。研究结果表明：随着基坑开挖深度的增加,开挖深度对地表竖向变形的影响增大,地表沉降规律呈“凹槽形”;地表沉降模拟最大值约为27.3 mm,监测最大值约为29 mm;地表最大竖向位移点位置对开挖深度不敏感,出现在离墙后约8 m的位置;地表竖向位移随周围荷载减小、土体弹性模量增大、钢支撑直径及钢支撑壁厚增大而有减小的趋势。     

模具结构参数对橡胶介质胀形三通管的影响

采用斜面冲头和斜端面橡胶为介质,非线性显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA为数值模拟平台,建立三通管复合胀形的有限元模型,并研究斜面冲头、普通冲头、斜端面橡胶棒及垂直端面橡胶棒对三通管件成形质量的影响.结果表明:随着轴向斜冲头斜度增加,管件壁厚减薄率是先减小后增大,增厚率逐渐减小;随着橡胶斜度的增加,三通管件支管高度是先增加后减小.因此,当冲头斜度α=10°时,三通管的成形质量最佳;当冲头斜面和橡胶斜面同为8°时,壁厚减薄率控制在11%,则成形支管高度最高为16.37mm.     

纤维增强薄壁注塑件翘曲变形耦合有限元分析

基于耦合有限元分析方法，运用模流分析软件Moldflow和结构分析软件Abaqus进行联合仿真，计算了脱模后薄壁塑件的应力分布和翘曲变形情况，并通过对比验证了该方法的有效性，随后考察了主要工艺参数和壁厚对翘曲变形的影响。研究结果表明：随着翘曲变形的产生塑件内的残余应力随之减小；在考察的工艺参数范围内，壁厚是影响翘曲变形的主要因素，随着壁厚的增加，翘曲变形量减小，而工艺参数对翘曲变形的影响则相对较小；但随着壁厚持续增加，因塑件刚度的增加，壁厚对翘曲变形的影响程度随之减小。该结果与文献结论一致。     

风力发电机组钢筋混凝土塔筒设计研究

目的通过对风荷载作用下的风力发电机组钢筋混凝土塔筒进行计算、分析和对比,研究用钢量和用混凝土量随着塔筒壁厚和塔筒外径变化的规律,解决塔筒优化设计问题.方法根据规范规定的环形截面计算方法,分别计算了塔底外径6 m、7 m、8 m、9 m、10 m、11 m,塔筒壁厚200 mm、300 mm、400 mm、500 mm、600 mm时所需钢筋用量和混凝土用量及其材料总造价.结果混凝土用量随着壁厚和外径的增加而呈线性增加,而钢筋用量和总造价随着壁厚和外径的增加呈非线性变化.结论在满足规范要求情况下,钢筋混凝土塔筒塔底外径11 m、壁厚200 mm时,材料总造价最低.     

某型号汽车波纹管结构参数优化研究

为提高某型号汽车波纹管的服役性能,文章对波纹管的结构参数进行优化。建立波纹管的模态分析和静力学分析有限元模型,基于单因素法研究壁厚、波高、波谷曲率半径、内径对波纹管一阶固有频率及最大应力值的影响规律;基于正交试验设计原理并结合极差分析和方差分析,以一阶固有频率及最大应力值为目标函数,确定各因素对试验指标影响的主次顺序;通过综合平衡法获得最优的结构参数组合,并对优化结果进行验证。研究结果表明：一阶固有频率及最大应力值均随壁厚的增大而增大,随波高、内径的增大而减小,随波谷曲率半径的增大呈先减小后增大的趋势;极差分析和方差分析得出各因素对2个指标的影响主次顺序均为壁厚、波高、内径、波谷曲率半径;最优结构参数组合为壁厚0.25 mm、波高11.6 mm、波谷曲率半径1.30 mm、内径121.0 mm;优化后的波纹管固有频率提高,服役状态下的应力水平降低。     

高地下水位粉砂土路基沉降数值模拟

当路基处于地下水水位较高的区域时,容易受到地下水的毛细上升侵蚀作用.黄泛区粉砂土毛细水对路基稳定性有重要的影响,为此采用GEO-STUDIO软件,对黄泛区毛细水作用下粉砂土路基的变形规律进行了数值模拟.结果表明,地下水位在地表下0.5².0m,填土高度为1m,2m,3m,4m,5m,6m时,路基中心点竖向位移分别为5.132.0m,填土高度为1m,2m,3m,4m,5m,6m时,路基中心点竖向位移分别为5.13⁵.63cm,7.475.63cm,7.47⁸.86cm,9.408.86cm,9.40¹0.07cm,11.6110.07cm,11.61¹2.26cm,13.9712.26cm,13.97¹5.10cm,16.8015.10cm,16.80¹8.03cm.填土高度为118.03cm.填土高度为1⁶m,地下水位由地下2.0m升高至0.5m时,路基中心竖向位移增量达5.6%6m,地下水位由地下2.0m升高至0.5m时,路基中心竖向位移增量达5.6%¹8.6%.水位上升引起的路基沉降增加效应明显.     

内马铁路陡坡路基不均匀沉降及影响因素分析

陡坡路基不均匀沉降影响路基稳定性.以内马陡坡路基为工程依托,通过数值计算,分析不同填筑坡率,填筑高度、路基填筑的压实度等对陡坡路基不均匀沉降的影响.结果表明路堤坡度对路基变形有一定的影响,路堤坡度越大,路基的不均匀沉降量越大、总沉降量也越大.地基坡度对路基沉降有着显著影响,沉降差异随坡度的增大而增大.填土高度对路基沉降影响较大,随填高增加沉降增加量呈增大趋势且填土越高断面差异变形也越大.填土弹性模量对路堤填土总沉降、路堤填土不均匀沉降影响较大,不均匀沉降随着模量增大而逐渐减小.     

自行车U形车架立管扩孔机设计

针对自行车U形车架立管上的鞍管安装孔加工前后壁厚变化率较大,工件容易在加工过程中发生变形并影响成品精度等问题,通过对加工特点的分析,提出了创新设计的夹口平行移动的夹具和转动限制器。采用夹口平行移动的夹具减小了工件的锥状变形;增加工件转动限制器,减小了夹具所承受的扭矩,从而减小了工件变形量,保证了成品的精度。     

高填方大直径钢波纹管涵变形机制与控制技术研究

目的 研究高填方大直径钢波纹管涵变形机制与控制技术,解决其结构变形过大的问题。方法 基于管道压缩变形公式,提出在管涵两侧一定范围内填筑水泥土材料的新技术;通过室内试验确定水泥土材料中最优水泥质量分数,再基于数值模拟和现场试验分析采用新技术施工的管涵结构的受力及变形特征及其上部竖向土压力分布规律,确定最优管侧填筑范围。结果 新填筑技术能充分利用水泥土的刚度限制管涵的变形,当管涵两侧2/3管径范围内采用水泥质量分数为8%水泥土回填时,管涵的最大竖向及水平变形分别减少了35.1%和55.0%,结构最大应力也由管顶处转移至管涵上部45°附近,受力更为合理。结论 新填筑技术使管涵更好地与周围土体逐步变形协调,产生荷载重分布形成土拱效应,将管顶土压力由管中心向管边缘处转移,有效减小了钢波纹管涵结构变形和应力集中。     

锥形方管无模拉伸断面形状变化的实验

对锥形方管进行无模拉伸基础实验研究.探讨各种工艺参数对锥形方管外形、断面形状和锥度变化的影响,分析方管无模拉伸时断面圆化程度的影响因素及影响规律,并提出减轻断面圆化程度的具体方法.研究结果表明,采用无模拉伸的方法可以加工带有一定锥度的锥形方管,锥管角精度在1.0%以内,加工后锥形方管的轮廓与控制曲线的计算结果一致性很好;方管拉伸断面形状膨胀率随着拉伸变形区宽度增大而减小;壁厚较大,断面形状膨胀率较小,当壁厚和变形区宽度都比较大时,几乎不产生膨胀现象.     

玻璃钢夹砂管涵洞力学性能现场试验研究

为了搞清楚玻璃钢夹砂管涵洞在填土和汽车荷载下的力学特性,设计了野外现场试验,就路基填筑和交通荷载下管涵的受力特性进行研究,并利用ANSYS WORKBENCH进行数值模拟。数值模拟和试验结果显示:在各种工况下涵管顶部的轴向应变最大,随着填土和载重汽车荷载的增加,管涵轴向应变、应力呈现非线性变化趋势,涵管各测点在工况3(0.5 m+60 t载重汽车)状态下应变量基本均呈现最大值,而在工况4(0.8 m+20 t载重汽车)状态下各测点均呈现最小值;涵管竖向变形均大于水平方向,并且受填土和汽车荷载两方面因素影响;最后,就研究结果对玻璃钢夹砂管设计和施工提出建议。     

埋地输气管道爆炸驱动的路面动力响应分析

为探究埋地输气管道爆炸驱动下的路面动力响应规律,利用ANSYS软件模拟仿真天然气管道爆炸过程,通过改变管道埋深、壁厚、敷设夹角三个主要因素得到道路不同点处超压峰值,与安全评定准则相对比得出人和物安全指数。研究结果表明：管道埋深对道路超压峰值影响显著,在单一变量改变下,道路超压峰值随着埋深增加而减小,埋深超过5m时,爆炸冲击波不足以破坏路面且对人和建筑物造成影响;管道壁厚改变时道路超压峰值呈现“增加-减少”趋势,壁厚为15mm时,超压峰值达到顶峰,当壁厚达到20mm后,爆炸冲击波不足以对人和物形成伤害;管道敷设夹角改变时道路超压峰值呈现“减小”的趋势,管道爆炸点正上方处无安全敷设角度,当敷设角度为60°时,道路其余位置均处于安全范围。     

Moldflow辅助壳形注塑件变形分析及其加强筋的优化设计

基于Moldflow软件,通过改变塑件上加强筋的厚度、高度及浇口位置,对典型壳形注塑件的收缩和翘曲变形进行模拟成型分析,并优化设计加强筋.结果表明:加强筋会减小塑件的收缩率并影响翘曲变形量,塑件翘曲变形受加强筋的厚度影响比较大,且与浇口形式及其位置有关,加强筋的高度变化对变形影响不显著.加强筋的厚度与塑件基体壁厚不同,造成收缩不均导致翘曲变形,变形量随着加强筋厚度的加大,呈现先增大后减小的趋势.通过选取合理的浇口位置及加强筋尺寸,可以利用塑件基体部分的翘曲与加强筋所引起的翘曲相互抵消,从而减小塑件的总体变形量.