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关键词： 转向架侧梁   应力   变形   磁控高速GMAW   有限元分析  

摘要： 转向架是高速列车的核心部件。在转向架的制造过程中,GMAW焊接是主要的成形工艺。在焊接过程中,不可避免地会产生残余应力和变形,影响到高速列车的运行可靠性和安全性。磁控高速GMAW既提高了焊接效率,又抑制了驼峰、咬边等焊缝成形缺陷,在转向架制造过程中有很大的应用潜力。但是,常规GMAW与磁控高速GMAW用于转向架焊接时,所产生的应力与变形有何不同?目前尚不清楚。建立磁控高速GMAW与常规GMAW的等效热源模型,对其典型接头的应力与变形开展有限元分析,并对其应用到转向架的焊接过程进行预研,具有重要意义。使用Simufact Welding软件,建立了磁控高速GMAW与常规GMAW的等效热源模型,并根据焊缝截面熔合线和熔池长度、热循环曲线以及残余应力的测试与计算结果进行了验证。以转向架侧梁的局部模型T型接头多层多道焊为研究对象,对比分析了 T型接头在磁控高速GMAW与常规GMAW时的温度场、应力场、以及变形场。结果表明,在T型接头上,磁控高速GMAW的峰值温度大于常规GMAW,冷却速度快于常规GMAW。磁控高速GMAW时残余应力和变形均小于常规GMAW。提取了 T型接头焊缝上不同位置的热循环曲线作为热循环法的输入,与热弹塑性法的计算结果进行比较,找到了焊缝边缘中心位置为热循环曲线的最佳取点位置。提取每一道焊缝的热循环曲线,并将其作为转向架侧梁数值模型的输入量。对比分析了转向架侧梁在磁控高速GMAW与常规GMAW两种焊接工艺条件下残余应力与变形的分布情况,考察磁控高速GMAW时四种不同焊接顺序对侧梁应力和变形的影响。结果表明,磁控高速GMAW条件下的转向架侧梁的残余应力与变形大小都小于常规GMAW,在磁控高速GMAW的四种焊接顺序中,焊接顺序一为最优焊接顺序。

关键词： 盘式制动器   热-机耦合   温度场   应力场   结构设计  

摘要： 汽车作为当代不可缺少的重要交通工具,保有量日益增多,同时也带来了一系列的交通安全隐患。制动器在的制动过程是温度场和应力场相互耦合的过程,物理场的变化影响制动盘的使用寿命,直接决定着汽车制动时的安全使用性,因此盘式制动器的热-机耦合特性分析是学者研究的一个重要方向。本文通过查找国内外相关文献,阐述了热-机耦合研究的现状,研究热-机耦合过程中涉及到的相关理论知识。以某轿车的前轮制动器作为研究对象,使用SCDM软件对制动盘和摩擦片进行建模,并简化模型,用ANSYS软件中的Coupled Field Transient模块进行网格划分、约束施加、边界条件设置。在仿真的过程中考虑到对流换热边界条件以及制动工况参数的确定,采用直接耦合的方法进行仿真计算。由仿真结果得到制动盘的温度和应力变化云图,并选取不同的位置节点对制动盘进行对维度对比分析。制动盘的仿真结果中温度场和应力场有明显的局部云图特征。温度场中,在轴向上由制动盘表面向下传递温度逐渐减小;径向上由接触摩擦区域向外缘和中心方向温度逐渐减小;应力场中周向应力为三个方向中的最大应力;应变云图中较大的形变量出现在高温和高应力区域,形变量受到温度大小主导;分析了高温和高热应力产生热裂纹对制动盘的安全性的影响。温度、应力及应变的变化曲线呈现出相似的变化趋势,在周期中呈现出“锯齿形”,表现出温升和温降的变化过程。采用四种模型进行仿真,对模型的温度变化趋势,应力变化趋势及应变进行对比分析,选取温度较低的模型结构(模型一),并对该模型进行制动盘上下盘片厚度及散热筋高度的改变(制动盘总厚度不变),进行仿真结果对比分析,得出制动盘盘片较厚时,在仿真制动结果的整体温度有所降低的结论,对热-机耦合性能有所提升。

关键词： 大跨钢桁架结构   应力   应变   监测   曲线分析  

摘要： 大跨度钢桁架具有自重轻、经济性好、刚度大、抗震性能好、形式多样化等优点,很多国内外学者对其研究成果极大地促进了国内外大跨度钢桁架结构的发展,此外钢桁架安装施工工艺和施工现场监测方法也在不断地创新。为保证施工安全,工程采用有限元分析和施工监测具有重要性及必要性。本文以邯郸市某标准件研究院施工项目工程实例为依据,采用有限元模型分析与施工现场监测相结合的方法,研究了大跨度钢桁架在两种不同施工方案下对应测试杆件的应力变化,又通过对比两种施工方案的杆件应力、节点位移变形、结构稳定性及施工环境,综合分析了两种施工方案的优缺点,为以后类似工程施工选择施工方案提供参考依据,最后对测试杆件应变随时间变化的规律进行了深入的探究,主要内容如下:(1)当单榀钢桁架吊装施工时,最不利杆件为吊点处的上弦杆;当单榀钢桁架安装完成后,应力最大杆件为跨中处上弦杆。(2)两榀钢桁架在进行整体吊装施工时,最不利杆件为次桁架腹杆;当两榀钢桁架安装完成后,应力最大杆件为次桁架的上弦杆。(3)从应力、位移变形、稳定性及作业环境各方面综合对比两种施工方案发现,与单榀钢桁架施工相比,采用两榀钢桁架整体施工时,最不利杆件应力减小50%,位移变形减小90%,稳定系数更高,施工速度更快、工期缩短。但两榀钢桁架整体吊装施工时,所需要的施工机械多、施工场地大,而单榀钢桁架施工灵活、场地限制小,具体工程要选择合适的施工方案,以保证施工顺利完成。(4)通过对两种施工方案测试杆件应变随时间变化的规律研究,确定了测试杆件应变曲线拟合方程的类型及最高次幂,并对曲线方程研究的意义及使用方法作了说明,这对类似工程施工具有十分重要的指导意义。

关键词： 两隧一跨”工程   应力分析   整合优化   管道安装设计  

摘要： 中缅管道(国内段)澜沧江“两隧一跨”工程因其特殊的地理位置、复杂的地形地貌、紧凑的桥隧组合,成为中缅油气管道最重要的控制性工程,管道一旦发生泄漏事故,将产生严重影响。 本文以“澜沧江两隧一跨”工程为研究对象,通过对比国内原油管道、天然气管道和成品油管道常用标准规范与ASME B 31.4和ASME B 31.8的区别;通过CAESAR II建立“澜沧江两隧一跨”工程爬坡段、水平段、悬索跨越段、隧道段的有限元模型,采用有限元分析方法,分析管道应力状态,提出模型优化方案,并对岩鹰山隧道穿越管道、澜沧江跨越管道、桥隧连接段管道和江顶寺隧道穿越管道的安装进行设计,并对管道强度、刚度、径向稳定性和抗震性能进行校核。 通过研究得出,除水压试验外,国内标准对于管道运行时允许的应力值高于ASME标准;隧道内的管道应力可通过地上敷设方式降低,桥梁管道可通过调整管卡与管道间隙降低管道轴向位移对桥梁影响;桥隧连接管道要结合地形选择合理的管道防护,坡度较大时应采用“管卡分段固定+锚杆格构暗梁+混凝土连续浇注”三层防护措施;水平段管径接近同沟敷设,采用“箱涵保护+草袋包裹+细土填实+顶部设置混凝土盖板护面+袋装碎石土形成斜面护顶”方式,为管道补偿留出空间。

关键词： 机场跑道   渗流场   渗透变形   应力场   耦合分析  

摘要： 随着我国经济的快速发展,机场作为我国综合运输体系的重要设施,其建设进入高速发展阶段。拉萨贡嘎机场拟建第二跑道在河漫滩区域填方,场区地表水系和地下水发育,其中场区附近存有大量辫状河道、地下水位高、地基渗透性强、液化土分布范围广,地下水问题极其突出。为后期工程建设提供依据,本文就第二跑道在渗流场及应力场作用下地下水水位高度和地基沉降展开研究。首先,从对场区开展地质调查出发,了解全场区地下水的补径排关系,对场区进行水文地质单元划分。其次,考虑到建立地下水数值模拟模型还需知道水文地质参数。从场区渗透特性试验入手,分别做了筛分试验、渗水试验以及抽水试验。筛分试验采用现场大型颗粒分析试验进行砂砾土级配分析,对砂、卵砾石土等进行定名,并分析其颗粒组成、级配情况;渗水试验采用单环法,了解场区浅表层渗透系数(第四系人工填土、第四系冲洪积粉土、粉细砂、第四系洪冲积碎石);抽水试验采用单孔以及多孔抽水,了解场区卵石层渗透系数。然后,在上述基础上,采用modflow软件建立地下水三维数值模拟模型,并使用稳态流和瞬态流分析场区在枯水期、丰水期以及百年一遇洪水工况下,渗流场的变化。依据模拟分析得到的水力坡度,同时结合场区地层筛分结果可判别场区是否会发生渗透变形。最后,根据计算出的渗流场使用Geostudio软件耦合应力场,分析场地在不同工况下产生的地基沉降。根据分析结果可了解该区域的地下水问题是否会对机场跑道建设有所影响。

关键词： 超声脉冲法   声弹性理论   混凝土   应力  

摘要： 混凝土结构的工作应力是一项评价在役混凝土结构安全性的重要指标。目前,超声波应力诊断仍停留在可行性研究阶段,有待进一步深化。主要存在问题包括超声波测量结果波动变化较大,平测法真实测距不够明确,以及零应力波速获取困难等。为得到超声波用于诊断混凝土轴压构件工作应力状态的方法,首先分析了波速测量精度的提高措施,设计并特制了超声波换能器夹具来降低超声测量时的波动变化;其次对平测法测距进行修正,实现平测波速与对测当量波速的转换;最后提出了一种正交声弹性系数法以及用于解决工程实际问题的思路,该方法可以在无法测量零应力波速的条件下对轴压构件进行应力诊断。论文的主要工作如下:(1)基于声弹性理论进行了工作应力计算公式推导,提出一种正交声弹性系数检测法,可在无法测量零应力波速的条件下对轴压构件进行应力诊断。(2)分析了波速测量过程中误差产生的原因与减小误差的方法,在三个试件上采用实验对比的方法,对三种换能器布置方式下手持与夹具固定条件下的的波速测量精度进行了研究。结果显示在有夹具固定条件下,读取声时数据的最大标准差由3.57降低至0.83,表明精确定位与定压措施可以提高超声脉冲波速测量精度,有利于进一步提高超声脉冲法用于混凝土结构工作应力诊断的准确性。(3)分析了换能器布置方式对真实传播距离的影响,并通过混凝土试件切割—测量实验进行了两种布置方式的声时对比,最后根据实验数据在对测回归直线方程的基础上提出了计算换能器平测布置修正测距的最小二乘法。结论表明,平测布置可在一定条件下替代对测布置测量波速,但应通过实验来确定换能器之间的测距修正值,且应在实际应用中保持实验中的测量参数的一致性,以保证所求修正测距的有效性。(4)对正交声弹性系数检测法进行实验,根据实际工程中可能出现的情况给出了两种测量计算的思路,在前述研究的基础上进行了算例验证。实验表明,这两种思路都具有可行性。基于换能器用于平测时的测距修正,在正交声弹性系数检测法中加入单面平测法,该方法能为实际工程中的应力测量提供更高的测点布置灵活性,从而实现既有混凝土轴压构件工作应力诊断。

关键词： 空间钢结构   健康监测   应力   数据缺失   数据重构  

摘要： 大跨度空间钢结构以其优美的造型和良好的承重性能广泛应用在大型公共建筑中。由于大跨度空间钢结构体型庞大、不同规格的构件纵横交错,从施工开始到结构成型以及服役期间,整体结构需经历多次应力变化,因此,对空间钢结构进行全生命周期健康监测至关重要。但是,由于受到监测设备的耐久性、温度场以及户外环境不确定性因素的影响,导致钢结构监测数据存在缺失,影响结构健康评估的有效性。因此,本文以国家网络安全人才与创新基地展示中心(简称“网安中心”)大跨度钢结构为研究背景,研究钢结构健康监测数据缺失的重构方法,并对其实用性与有效性进行分析,为钢结构在施工与服役阶段的监测提供依据。论文主要研究工作如下:(1)根据设计计算、建筑监测规范以及工程实际现状等因素分析大跨度钢结构应力应变监测点配置方案,基于网安中心大跨度钢结构特点,采用无线监测方式,构建大跨度钢结构的无线健康监测模块。(2)分析大跨度钢结构监测数据缺失的来源与类型,在此基础上,基于改进线型回归模型,研究温度相关性以及测点相关性的应力缺失数据重构方法,并对不同类型缺失数据的重构效果进行分析,结果表明:监测点温度与应力相关系数达到0.9以上,重构应力缺失数据与实测数据的平均误差小于5%,且温度相关性重构的数据缺失率不宜超过30%;对于单测点与多测点相关系数达到0.9以上时,重构应力缺失数据与实测数据的平均误差接近5%,且监测点相关性重构的数据缺失率应控制在30%以内,对于较高缺失率,采用多元回归可有效提高重构精度。对于连续型与离散型不同类型应力缺失数据,两种应力缺失数据的重构误差大部分在5%以内。整体来看应力缺失数据重构误差均在工程监测可以接受的精度范围内。(3)在采用线性回归法对钢结构应力缺失数据重构的基础上,针对局部应力监测点与整体之间存在非线性关系,导致局部应力数据的重构值与真实值偏差较大的问题,采用改进神经网络法,研究钢结构应力缺失数据的重构方法。结果表明,重构应力缺失数据精度比线性回归法高,且该方法适用的数据缺失率范围不能超过20%。

关键词： 沿空巷道   断层   应力   变形   演化规律  

摘要： 沿空巷道围岩结构和围岩运动规律相对复杂,当工作面推采至断层影响区域时,围岩结构的变异程度和断层活化风险增大,区域冲击地压危险性增强。本文基于实际工程条件,研究断层区沿空巷道围岩运动规律,形成了以下研究成果:(1)通过相似模拟试验开展上平巷围岩运动研究。结果表明:随着工作面推采,上平巷与断层距离减小,工作面采动超前影响范围逐渐增大;上平巷围岩应力集中程度逐渐增强;上平巷围岩变形量增大。(2)建立了沿空巷道上覆支承压力与覆岩压力计算式。分析认为断层支承压力与上平巷实体帮侧向支承压力经历未叠加、发生叠加和高度重叠三个阶段,随着工作面推采,上平巷围岩应力集中程度逐步增强。(3)采用数值模拟方法获得沿空巷道围岩在不同推采阶段对应的受载变形特征。一次见方时上平巷发生严重破坏变形。工作面继续推采时,断层区上平巷围岩变形量、变形范围均随巷道与断层距离减小而增大。工作面二次见方时上平巷超前段变形破坏程度强于一次见方时。(4)综合研究表明,随着工作面在断层影响区域推采,上平巷围岩受到断层支承压力、巷帮侧向支承压力、超前支承压力叠加影响,造成巷道应力、变形加大,构成断层体的采动范围内岩层活动起到辅助作用。

关键词： 人工智能   应力分析   信息理解技术   转速控制  

摘要： 已有方法存在响应时间较长的问题,提出一种人工智能的船舶内部齿轮机构转速控制方法。基于多间隙模型进行船舶内部齿轮机构的动力学建模,建模时考虑齿侧间隙和轴承径向间隙。根据构建的船舶内部齿轮机构动力学模型对齿轮机构实施应力分析。对其扭转震动进行简化,根据应力情况,通过Ansys软件表现齿轮机构的应力模态,对应力坐标进行仿真构建,针对啮合位置实施仿真接触应力分析。根据应力分析结果,基于人工智能技术中的技术层技术设计一种PID转速控制器,使用的技术为自然语言处理技术,具体使用的是信息理解技术。对船舶内部齿轮机构进行转速数据包的仿真,对设计方法实施转速控制能力的仿真测试。测试结果表明设计方法可以始终保持在500 ms的响应速度上,转速控制也很精准,满足了设计要求。

关键词： 无铆连接技术   数值模拟   应力分析   模具参数   摩擦系数  

摘要： 汽车轻量化逐渐受到汽车制造商的重视,采用单一的轻质合金车身难以满足汽车对安全性能和耐碰撞性能的要求,异种板材的组合应用不但能够满足强度要求而且能减轻车身整体重量,是实现汽车轻量化的重要手段之一,但异种板材之间难以实现有效连接。无铆连接技术作为一种新型冷变形连接方式,因其工艺简单、成本低,节能环保等优点逐渐被重视起来。本文以5052铝合金和低碳钢作为研究对象,利用冲头压入板材的体积与凹模模腔体积近似相等的关系,重新对接头变形过程中的体积关系进行了划分,对模具尺寸进行了重新设计,得到了适合铝合金与低碳钢连接的模具参数。利用ABAQUS软件建立了无铆连接的有限元模型,对无铆连接成型过程进行了数值模拟,将接头钢铝两侧变形区域进行了划分,深入分析和比较各个区域的应力状态变化,发现接头部分互锁结构的形成主要是依靠铝板对钢板的挤压和凹模的摩擦约束使钢板发生塑性变形,铝侧金属通过径向流动填充进入钢侧发生塑性变形形成的凹陷部分,从而实现互锁。通过对接头成型过程中的金属流动和互锁结构形成机理的分析发现接头互锁量和颈厚值是接头成型过程中最主要的两个形貌参数。通过数值模拟的方法研究了模具参数和摩擦系数对接头形貌的影响规律。最后,通过实验成功实现了铝合金和低碳钢的有效连接,对比实验与数值模拟结果,证明了利用数值模拟进行研究的可行性。对不同表面状态的板材进行了无铆连接实验,与数值模拟结果对应。通过对接头的失效形式和失效载荷进行分析,进一步说明了接头形貌参数对强度的重要性,也为工程实践提供一定的理论依据。