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关键词： 转向架构架   载荷   动应力   动力学仿真   载荷应力传递系数   刚柔耦合  

摘要： 近年来,中国高速铁路已经取得了重大发展,高铁已经成为改善国民生活水平、带动铁路沿线经济发展的重要工具以及中国对外经济往来的重要名片。高铁作为重要的载客交通工具,其安全性意义重大。而转向架构架作为高速列车重要的承载部件之一,在列车走形装置中发挥着举足轻重的作用,因此对其实际运行时的受载情况进行研究十分重要,且其受载特征也会为构架生产设计、结构优化、服役寿命预测提供重要的参考。本文以国内某型高速动车组构架为研究对象,以其在大西线路试验专线上典型线路的构架实测载荷和动应力数据为基础,结合SIMPACK整车刚柔耦合动力学模型及模态应力恢复方法,从线路实测和理论计算两个角度研究了构架载荷及应力特征,并优化了构架载荷应力传递系数。主要完成以下工作:(1)完成了线路实测构架载荷和应力数据的处理,分析了构架14种载荷系在不同线路工况下,时域和频域上的变化特点。计算了构架各个载荷系之间的Pearson相关系数,分析了载荷系之间时域上的相关性。研究了实测载荷谱的编谱方法,编制了不同速度级、直曲线工况和空重车工况构架载荷谱。(2)处理了实测构架动应力数据,完成了构架应力测点的区域划分,分析了构架载荷和应力在时域上的相关性。基于室内标定试验的载荷应力传递系数,计算了构架各个载荷系对构架不同区域应力测点损伤的贡献比例。发现了部分载荷应力传递系数可能存在的误差,利用神经网络算法优化了载荷应力传递系数,并利用实测载荷和应力数据验证了优化结果。利用实测载荷数据和优化的载荷应力传递系数,完成了线路直线和曲线其他速度级工况的动应力预测,并验证了预测动应力的效果。(3)利用多体动力学软件SIMPACK,建立了刚柔耦合整车精细化模型。输入武广轨道激励谱,仿真计算了该线路上运行时构架各个载荷数据,同时利用模态应力恢复法,计算出了构架各个节点的动应力。分析了速度级和直曲线工况对构架载荷的影响情况,对比了仿真动应力和线路实测动应力的差别。利用优化的载荷应力传递系数计算出了构架动应力,对比了其与仿真动应力的差别,验证了优化的载荷应力传递系数的效果。本文从实际测试和理论仿真两个角度研究了构架载荷及动应力,提出了构架载荷应力传递系数的优化,可以为构架载荷谱的运用及线路动应力获取方法提供参考。图125幅,表22个,参考文献76篇。

关键词： 瓦斯爆炸   地应力   爆炸超压   瞬态卸荷   动态损坏  

摘要： 煤矿瓦斯爆炸危害极大,可在较短的时间内造成群死群伤。而且一旦发生事故,爆炸波还会破坏巷道围岩材料及结构,使巷道失效破坏、甚至垮塌,造成人员被困,进而直接阻碍救援工作的开展,给救援带来极大困难。本文研究了瓦斯爆炸载荷与地应力耦合作用下巷道损伤破坏效应,综合运用理论分析、实验研究及数值模拟相结合的方法,研究了巷道围岩材料及其结构的动力响应及围岩损伤特性,取得创新结果如下:(1)研究了煤岩体材料的静、动态力学性能,揭示了其在高速冲击压缩过程中的裂隙演化规律及损伤特征。发现与静态压缩不同,动态压缩在曲线回弹阶段会出现明显的滞回现象;硬度较大的石灰岩的破裂形态表现为径向破坏,而硬度较小的烟煤试样的破裂形态表现为剪切破坏;此外,研究了冲击载荷与试样破碎尺度分布特征的关系,发现小尺度试样碎片的分布特征随冲击载荷的增大而明显。(2)揭示了瓦斯爆炸载荷与深部高应力耦合作用下巷道围岩的应力演化规律。发现与浅埋基岩相比,深部煤岩体在瓦斯爆炸载荷和高应力耦合作用下,围岩内的应力时程曲线呈多波峰特点,巷道围岩先后受到冲击波、压缩波以及弹性波的作用,对应产生了多个应力波峰、负压区以及明显的应力振荡。在巷道角隅处应力曲线存在一定的滞留期,且随地应力的增大,滞留周期会减小,甚至消失。(3)研究了爆炸载荷和地应力耦合作用下的巷道围岩损伤机制,提出了其损伤分区划分方法。发现在爆炸载荷和地应力耦合作用下,巷道围岩损伤区大致呈梯形分布,且损伤范围分为三个区域,即完全损伤区、塑性损伤区和弹性损伤区。此外,在爆炸载荷与初始应力耦合作用下,巷道顶底板角隅处会出现应力集中,在水平和竖直方向均呈现出明显的扩张变形,导致巷道在角隅处产生宏观破坏,而在两帮和顶底板未出现明显的宏观破坏。(4)发现了爆炸载荷诱发的地应力瞬态卸荷现象,揭示了两者耦合作用下巷道围岩的损伤规律。瓦斯爆炸造成的瞬态卸荷主要发生在巷道两帮和顶底部周围小部分区域,且随着侧压系数的增大,巷道两帮围岩塑性损伤范围减小。研究结果对于丰富和完善高地应力、爆炸载荷和瞬态卸荷耦合作用致灾机理具有一定的学术价值和科学意义,对指导巷道抗爆设计具有现实意义。另外,相关研究成果发表论文2篇,其中SCI已发表1篇,EI发表1篇。

关键词： automobiles   adhesive joints   failure loads   temperature   cohesive zone model  

摘要： To predict the failure loads of adhesive joints under different stress states over the service temperature range of automobiles,adhesively bonded carbon fiber reinforced plastic( CFRP)/aluminum alloy joints under shear stress state( thickadherend shear joints,TSJ),normal stress state( butt joints,BJ) and combined shear and normal stress states( scarf joints with scarf angle 45°,SJ45°) were manufactured and tested at-40,-20,0,20,40,60 and 80 ℃,respectively. The glass transition temperature Tgof the adhesive and CFRP,failure loads and fracture surfaces were used to analyze the failure mechanism of CFRP/aluminum alloy joints at different temperatures. A response surface,describing the variations of quadratic stress criteria with temperature,was established and introduced into the cohesive zone model( CZM) to carry out a simulation analysis. Results show that the failure of CFRP/aluminum alloy joints was determined collectively by the mechanical performances of adhesive and CFRP. Besides,reducing temperature or increasing the proportion of normal stress of adhesive layer was more likely to cause fibre tear or delamination of CFRP,resulting in a more obvious effect of CFRP. The validity of the prediction method was verified by the test of scarf joints with the scarf angle of 30°( SJ30°) and 60°( SJ60°) at-10 and 50 ℃.

关键词： 面板应力   波动分析   夹层板   载荷   弯曲刚度   波动现象   冲击速度   压力分布  

摘要： 文章针对轻质夹层板板格在承受轮印载荷时出现应力波动现象进行分析,建立轮胎-夹层板模型,考虑轮胎冲击速度、位置和方向因素,通过显式动力求解获得不同载荷设置下夹层板板格的应力、应变规律和冲击压力分布特点。研究结果表明,上面板应力波动现象主要是由于薄板的弯曲刚度不足形成塑性区域从而一定程度丧失承载能力造成的,夹芯层设置可为上面板提供较大刚度有利于载荷重新分配;轮胎冲击位置和冲击方向的变化对应力分布和应力低谷现象存在一定影响。

关键词： 电子器件   有限元   球珊阵列   热应力  

摘要： 构建了热循环条件下球栅阵列(ball grid array,BGA)封装体传热和应力耦合的非稳态理论模型,通过器件自身发热功率随时间变化来实现循环热载荷,研究工作过程中流场、温度场、应力场的动态变化,并采用有限元方法进行数值求解,分析了热循环载荷对器件所处物理场的影响。研究结果表明:热循环过程中,器件整体温度与方腔内自然对流强度在高温保温时间开始时刻出现峰值,在低温保温时间结束时刻出现谷值;BGA封装体最高温点均位于作为热源的芯片上,承受应力最大点位于阵列最外拐点与上下侧材料的连接部位;随着循环次数的增加,每个热循环周期中关键焊点上端点处的最大等效应力不断增加。

关键词： 热力载荷   复合材料板   铝合金板   接头   钉载分配   应力  

摘要： 采用试验和有限元方法研究复合材料板-铝合金板单搭接接头在热和力载荷共同作用下的钉载分配和钉孔周边应力分布。将仿真模型得到的钉载分配结果与试验结果进行对比发现:温度升高后,靠近加载端承载最大的螺栓载荷分配比例增大,相应位置钉孔周边应力水平也有较大幅度的增加。对比未考虑热残余应力模型发现:考虑热残余应力模型与试验结果最相近;同样温度时热残余应力的存在使应力水平提高10%左右,说明在热载荷作用下考虑热残余应力的必要性。复合材料与金属接头钉孔周边应力分布呈"枫叶"状。

关键词： 车轮   动态弯曲载荷   应力   危险点   分析  

摘要： 文章中使用Abaqus软件进行动态及静态仿真分析实验,同时对不同载荷加载方式下,车轮进行应力计算时结果出现的变化进行研究。对于不同加载方式下,车轮受到应力时的危险点应力变化情况和实验结果进行比较分析。在对比分析之后发现在加载方式为动态的情况下,所得到的盈利结果和测试结果是非常接近的,因此可以证明动态加载作用方式更加适合仿真实验。

关键词： Prestressed   concrete   offshore   wind   turbine   structure   Morison   equation   Diffraction   theory   Static   analysis   Natural   frequency   analysis  

摘要： A concrete gravity base structure may not be suitable for offshore weak soil because of its heavy weight. Therefore, a conceptual model for a concrete offshore wind turbine structure suitable for weak soils is proposed. The proposed model is composed of a prestressed concrete(PSC) supported by a pile foundation. For a three-dimensional analysis of the large concrete structure, wave pressures based on the diffraction wave theory are developed using a three-dimensional solid finite element method. Static and dynamic analyses were performed to achieve the conceptual model of a PSC structure subjected to ocean environmental loads and a 5-MW turbine load on southwest coast in Korea. From the analysis, the maximum displacement and stresses of the proposed model did not exceed the allowable values from design standard, and the first mode of natural frequency of the structure was in a safe range to avoid resonance. The proposed model has enough structural stability to withstand external loads, and it is expected to be used in locations suitable for concrete gravity structures.

关键词： 液压马达   扭矩   测量   花键联接   仿真   试验  

摘要： 作业机械中,液压马达与工作部件紧密结合在一起,没有预留轴颈或轴端。为了方便利用无线扭矩测试仪测量液压马达的输出扭矩,提出一种在液压马达与工作部件之间增加一段采用花键联接的扭矩测量轴,通过测量这段过渡轴的扭矩近似代替液压马达输出扭矩的测量方案。基于ADAMS软件对渐开线花键联接传动副进行动力学仿真分析,并在甘蔗联合收割机除杂风机的液压系统上进行了试验验证,结果表明:该测量方案测得的扭矩值与通过测量液压马达工作压差间接计算得到的扭矩值相比,两者相差约为5.1%,该测量方案可应用于液压马达输出扭矩的测量。

关键词： CAESAR   LNG管道   应力计算   载荷类型  

摘要： 对极端工况下运行的管道如LNG管道进行应力分析,对于这类管道的安全运行起着非常重要的作用。采用应力分析软件如CAESAR Ⅱ进行相关管道的应力分析已成为一种公认的有效的方法。CAESAR Ⅱ是一款公认的优秀的应力分析软件,被广泛地应用在石化、LNG等行业。本文对于处于极端苛刻工况条件下的管道如LNG管道,进行应力计算时应考虑的载荷类型进行了详细的阐述,并对这些载荷所需满足的规范要求进行了充分的说明。