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关键词： 深埋巷道   水平应力   平衡拱   围岩载荷   矩形巷道  

摘要： 针对厚松散层薄基岩覆岩结构下深埋实体煤矩形巷道围岩破坏机理与控制难题,通过工程现场调查、数值模拟、理论推导和案例应用,研究了水平应力对该类巷道围岩载荷的影响。以郭屯煤矿为工程背景,揭示了厚松散层薄基岩覆岩结构下实体煤矩形巷道围岩破坏特征;依据深埋巷道地应力特征,基于力和力矩平衡推导了考虑水平应力的平衡拱拱轴线方程,提出了基于平衡拱改进模型的矩形巷道围岩载荷计算方法并实现了程序化,完善了平衡拱分析理论;通过工程实例和两个调研案例验证了平衡拱改进模型的有效性,并开展了巷道拱顶破坏高度和顶板载荷的影响因素分析。结果表明,矩形巷道顶部围岩破坏呈现明显的三个分区,分别为破碎冒落区、破裂影响区和无影响区;本文所提理论方法计算得出的拱顶和帮部破坏范围与数值模拟结果误差分别为7.4%和14.0%,与类似巷道现场探测结果误差分别为25.0%和18.4%,两个工程案例的对比分析结果验证了平衡拱改进模型的合理性;巷道拱顶破坏高度和顶板载荷均随侧压系数的增大而呈非线性减小,随碎裂体内摩擦角的增大而呈线性减小。研究结果对该类巷道锚杆/锚索支护设计具有重要指导意义。

关键词： BTC器件焊点   有限元仿真   金相试验   焊盘设计   正交试验设计法  

摘要： 针对底部端子元器件(BTC)设计2种不同尺寸和布局的PCB焊盘,并建立对应2种BTC器件焊点的有限元分析模型,通过有限元仿真和金相试验,分析热循环载荷下焊盘设计方案和焊点结构参数对BTC器件焊点应力的影响。采用正交试验设计法设计9组焊点长度、宽度、高度参数组合的BTC器件焊点方案,研究结果表明,基于焊盘类型Ⅱ的BTC器件焊点最大应力更低,该焊盘设计方案更优;焊点高度对焊点最大应力影响显著,焊点长度和宽度影响不显著,最终实现BTC器件焊点结构优化。

关键词： Embedded stress sensors   Stress accumulation   Unified creep plastic constitutive model   Thermal cycling test  

摘要： The miniaturization of electronic components and the increasing density of solder joint arrays have made the reliability testing and simulation optimization of packaging devices increasingly challenging.Effectively capturing the stress within packaging structures has become a critical issue that needs to be addressed in the field of advanced packaging.This research focuses on wafer-level chip packaging structures,exploring the internal stress evolution under thermal cycling loads and proposing a methodology that integrates experimental and simulation approaches based on embedded silicon-based piezoresistive sensors.By leveraging these sensors for the first time,real-time monitoring of stress variations across different regions of power modules was achieved,offering precise characterization of cumulative stress behavior during thermal cycling.The results indicate that the gradual accumulation of internal stress is predominantly driven by the inherent plastic deformation and creep properties of solder materials under cyclic thermal conditions.Based on this,a unified creep-plasticity constitutive model coupled with damage was developed and compiled into a UMAT subroutine,which was then incorporated into finite element software for simulation.The simulation results closely matched the experimental data,successfully replicating the stress evolution pattern during thermal cycling.This study not only elucidates the underlying mechanisms of stress evolution in advanced packaging structures but also validates the feasibility of using embedded sensor technology and enhanced simulation models to tackle the challenge of stress measurement,providing a novel approach and technical pathway for the reliability design and optimization of packaging structures.

关键词： 岩石动力学   循环冲击载荷   预应力   锚固体   应力波  

摘要： 为研究循环冲击载荷作用下预应力锚固体的力学响应,采用不同预应力锚固体试样,基于改进后分离式霍普金森压杆试验系统开展循环冲击试验,研究应力波在锚杆与围岩中传播和衰减规律、预应力损失规律以及锚固体的宏观破裂特征,系统探讨预应力锚固体的力学响应机制。试验结果表明:入射波和反射波在锚杆与围岩中传播时,其峰值均随距离增加表现出明显的衰减特性。冲击初始阶段锚杆及围岩各测点处的峰值应变波动较小;随着冲击次数的累积,各位置峰值应变逐步降低。锚固体的预应力演变可划分为四个特征阶段:拉伸阶段、稳定阶段、损失阶段及残余阶段。锚固体试样完全破坏时所需的冲击次数随预应力水平增加呈先增后减的变化规律,当预应力为锚杆极限拉拔力的0.6倍时,其抗冲击能力最强。所有锚固试样均仅出现一条层裂裂纹,破坏主要集中于冲击端的未锚固区,而锚固区围岩未出现明显层裂现象。研究成果将为深部岩体工程中锚杆支护系统的优化设计与安全服役提供一定的理论参考。

关键词： 粘接固位   两段式种植体   氧化锆种植体   种植体-基台连接   连接方式   抗旋结构   机械并发症   有限元分析   工程化口腔材料  

摘要： 背景:两段式粘接固位氧化锆种植体在临床应用中存在折断风险,不同抗旋结构直接影响种植体-基台连接方式的可靠性,并可能间接影响向骨组织传导的应力大小及分布。目的:探索更适合两段式粘接固位氧化锆种植体-基台连接方式的抗旋结构。方法:在NX 12.0制图软件中绘制6组不同抗旋结构形状(圆三角形、三花瓣形、四方形、十字键槽形、六方形、Torx形)的种植体系统及周围骨模型,以X_T格式导入ANSYS 2021软件中,向模型施加模拟口内咬合和种植体植入时的受力,通过对比种植体、基台、粘接剂和周围骨应力的大小及分布,预测种植体断裂可能性及对周围骨质的影响。结果与结论:①垂直载荷下,仅种植体受抗旋结构形状影响,四方形、三花瓣形抗旋结构下的种植体受力最小,但三花瓣形抗旋结构下的放置朝向影响种植体受力结果。倾斜载荷下,抗旋结构为圆三角形和三花瓣形时基台受力最小,但这两种形状抗旋结构摆放朝向均会影响基台受力大小;抗旋结构为十字键槽形和六方时种植体受力最小。扭矩力载荷下,抗旋结构为六方形时种植体受力最小。在3种载荷下,不同抗旋结构下粘接剂和周围骨质受力的大小和分布均无明显差异。②结果显示,抗旋结构主要与种植体-基台连接部分受力相关,对周围骨质影响较小,对粘接固位两段式氧化锆种植体而言,六方形抗旋结构可能是一种机械上具有优势的种植体-基台连接类型。

关键词： 薄膜型围护系统   液体晃荡   载荷反演   应力监测   脉冲−空间叠加法   动态载荷   液货舱  

摘要： [目的]晃荡载荷是围护系统最重要且最复杂的载荷之一,却由于数值模拟和模型试验的简化不能够被准确地计算或测量。为获得准确的晃荡载荷时程特征以及实现围护系统健康实时监测,采用改进逆脉冲−空间叠加法,通过测量部分结构响应推导出晃荡载荷以及高应力区域(热点)响应。[方法]建立测点位置和晃荡载荷作用位置的反演数学模型,预测多区域载荷;建立晃荡载荷作用位置和热点位置的响应预测数学模型,预测多热点应力。依据杜哈梅积分建立载荷−响应方程,采用Tikhonov正则化方法求解晃荡载荷,根据L曲线法选取目标函数最优正则化参数进而得到晃荡载荷稳定正则解,并对晃荡载荷预测步长展开研究。[结果]晃荡载荷预测精度随载荷复杂度增加而降低,随载荷预测步长减小而增加。所有工况下载荷及热点应力时程曲线与真实值变化趋势一致。通过控制载荷预测步长,能够保证晃荡载荷和热点应力峰值误差分别小于10%和1%。[结论]相较于试验测量和数值模拟的正方法,载荷反演的逆方法为围护系统晃荡载荷获取提供了新思路。改进逆脉冲−空间叠加法成功用于LNG运输船围护系统晃荡载荷反演以及热点应力预测,验证了该方法应用于复合材料组合结构的可行性,可为该方法应用于其他船海结构物提供参考。

关键词： 砰击载荷   加筋板   动力响应   静力等效   楔形体落水试验  

摘要： 为了探索砰击载荷作用下加筋板的动力响应的规律性,建立涵盖砰击压力移动特性和加筋板动力响应特性的加筋板静力等效设计方法,本文将作用在大外飘船艏的砰击载荷简化为移动的线性上升、指数衰减的脉冲时历形式,采用Abaqus有限元软件,进行移动砰击载荷作用下多块加筋板的弹性动力响应计算和载荷参数对加筋板动力响应的影响分析。引入筋的动应力等效系数D_(LF)(Dynamic Load Factor),分析了D_(LF)与砰击载荷无因次参数间的变化规律与敏感度,进行了D_(LF)公式回归与验证。本文提出了砰击压力简化模型的参数确定方法,与楔形体落水试验结果的对比表明,本文所提出的砰击应力等效公式D_(LF)具有较高的精度,可有效提高砰击载荷作用下的舰船结构初步设计的效率。

关键词： 弹簧   变载荷   疲劳寿命   应力释放   结构设计  

摘要： 在机械装备轻量化与工况复杂化背景下，针对变载荷诱发弹簧应力集中、残余应力累积及疲劳寿命缩短的核心问题，深入剖析变载荷工况下弹簧疲劳失效的多维度耦合机理，提出优化设计原则和策略。

关键词： 多级压裂   水泥环   微环隙   温度-压力-地应力载荷  

摘要： 多级压裂过程中水泥环密封失效导致的环空带压问题显著,采用理论分析及数值模拟手段,深入研究水力压裂过程中温度-压力-地应力载荷的动态变化行为,以及周期性温度-压力-地应力载荷作用下水泥环密封完整性演化规律,分析水泥环在动态外载作用下的受力特征及破坏机制。结果表明,多级压裂导致井筒附近温度降低,套管内压与地应力增加;相比于不考虑周期性温度-地应力载荷影响,考虑周期性温度-地应力载荷作用时,相同压裂次数条件下水泥环承受的周向应力更大,从而增加了水泥环发生拉伸破坏的可能性,同时固井界面微环隙开度更大,导致水泥环更容易发生界面密封失效。研究结果可为多级压裂固井水泥浆配方及参数优化提供理论支撑。

关键词： 数值模拟   应力分布   异质材料钎焊   结构设计   动态冲击  

摘要： 【目的】旨在研究焊接界面在复杂约束条件下的动力学行为。【方法】采用ABAQUS有限元软件,建立了无互锁、圆柱互锁和直角互锁3种典型界面结构的钎焊接头模型。通过施加5 000 G加速度的瞬态冲击载荷,模拟其在霍普金森杆装置中的压缩、剪切和拉伸力学响应。【结果】仿真结果表明,无互锁结构界面在压缩、剪切和拉伸载荷下的最大应力分别为458.5 MPa, 448.2 MPa和300.9 MPa,应力集中现象显著。圆柱互锁结构通过机械咬合改善了载荷分布,其最大应力分别为457.6 MPa, 422.8 MPa和366.6 MPa。直角互锁结构凭借几何锁定效应,展现出优异的抗冲击性能,最大应力分别为458.5 MPa,463.4 MPa和316.7 MPa,但其沟槽边缘存在局部高应力区。【结论】界面设计对焊接接头在瞬态载荷下的力学行为有决定性影响。圆柱互锁与直角互锁结构能有效降低应力集中,提高接头整体性能,但需关注直角互锁结构沟槽边缘的潜在失效风险。该研究为高可靠性钎焊接头的结构优化设计提供了理论依据。