加载岩石红外辐射实验与数值模拟对比分析

利用红外仪对岩石试件进行单轴加载变形破坏过程进行监测,得到试件破坏过程的红外热像。另外,利用RFPA软件对试件在加载过程进行数值实验,并对试件进行应力状态分析。由红外实验与数值实验结果对比可以看到:试件破坏过程中整体以升温为主,弹性阶段压应力集中区的岩石试件表面红外辐射温度升高,而拉应力集中作用区温度降低。裂纹越集中区温度升高越明显。这一实验结果可以为利用红外手段预测预报地震、岩体工程破坏失稳提供进一步的理论依据。     

爆炸荷载作用下植筋粘结应力有限元分析

为研究爆炸荷载作用下植筋的粘结锚固性能,采用ANSYS有限元分析软件,选取合理计算模型,对植筋试件在爆炸荷载作用下受力特性进行了数值计算。给出了爆炸荷载作用下锚筋动应变及动粘结应力的时程分布曲线和空间分布曲线,研究了锚长、加载速率和加载方式等各种因素的影响。最后将数值计算结果与试验值进行了比较,两者吻合良好。     

加载岩石红外辐射实验与数值模拟对比分析

利用红外仪对岩石试件进行单轴加栽变形破坏过程进行监测,得到试件破坏过程的红外热像。另外,利用RFPA软件对试件在加载过程进行数值实验,并对试件进行应力状态分析。由红外实验与数值实验结果对比可以看到：试件破坏过程中整体以升温为主,弹性阶段压应力集中区的岩石试件表面红外辐射温度升高,而拉应力集中作用区温度降低。裂纹越集中区温度升高越明显。这一实验结果可以为利用红外手段预测预报地震、岩体工程破坏失稳提供进一步的理论依据。     

单轴压缩条件下预制裂隙类岩石材料实验研究

为研究裂隙类岩石材料在单轴压缩条件下的力学性质及裂纹扩展规律,通过在试样中预埋铁片的方法,制备出含不同裂纹条数和裂纹倾角的裂隙类岩石材料;采用RYL-600剪切流变仪对试样进行以负荷控制方式进行单轴加载,并使用数码相机记录试样加载过程中裂纹的起裂、扩展和贯通过程.着重对60°×18条裂隙类岩石材料的实验结果进行详细分析,观察其轴向应力-轴向位移曲线,曲线呈现出3次明显的应力跌落阶段,结合试样在试验过程中的录像,将裂纹的扩展分为3个阶段.并且,通过FLAC3D数值模拟软件对60°×18条的试样进行数值模拟研究,获得了数值模拟实验加载过程中的轴向应力-轴向位移曲线和模型破坏切片图,分析其破坏方式和破坏模式,并与物理实验对比,两者吻合较好.     

充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究

为研究充填物对含孔洞岩石的力学特性及变形破坏特征的影响规律,室内预制加工了含孔洞及石膏充填物大理岩,分别对其进行单轴压缩和声发射试验,并对破坏前后试件进行CT扫描,分析其裂纹扩展规律.试验结果表明:(1)相比于含孔洞大理岩,石膏充填使试件的抗压强度提高了10.62％.二者峰前特征相似,均表现为孔周裂纹起裂引起第一次应力跌落现象,峰后特征则有所不同,石膏充填使大理岩变形的局部化特征更为明显.(2)峰后阶段,含孔洞试件声发射特征显著,裂纹扩展迅速,石膏充填试件稍慢,表明石膏充填遏制了试件的裂纹扩展.(3)含孔洞和石膏充填大理岩的破坏模型有所区别,含孔洞试件破坏裂纹较为单一,主裂纹以张拉破坏为主,翼裂纹在试件端部较多,部分从侧面贯通,形成块体掉落.充填条件下孔洞周边的裂纹更细更分散,小裂纹相互贯通,形成"X"状剪切破坏.     

基于数字图像处理的含分叉裂纹花岗岩破裂过程研究

为了从细观尺度研究含分叉裂纹花岗岩破裂过程,本文基于数字图像处理技术表征花岗岩真实细观结构,结合RFPA2D-DIP软件构建了含分叉裂纹花岗岩数值模型并进行单轴压缩试验,分析了含分叉裂纹花岗岩失稳破坏及裂纹演化规律。试验结果表明:含分叉裂纹花岗岩中,垂直于荷载施加方向的水平分叉裂纹滞后于其他分叉裂纹产生扩展裂纹;加载初始阶段分叉裂纹尖端应力集中,其初始裂纹在倾斜分叉裂纹尖端萌生,试件两端面与预制裂纹贯通导致试件破坏。     

应变速率对红砂岩预制隙裂贯通破坏的影响

为了探究应变速率对节理岩体裂纹扩展形态和贯通破坏的影响,提出在室内制作含裂隙的红砂岩试样,采用不同加载速率进行单轴加载试验,观察裂隙起裂、贯通、破坏的全过程,并在物理试验基础上利用数值分析软件对结果进行分析和验证。结果表明:随着加载速率的增加,试样的峰值强度增加,试样发生应力强度跌落时的应变也有一定的增长;裂隙的扩展方式不局限于沿着试件高度方向开展,有部分裂隙发生横向方向的扩展和贯通,导致试样逐渐从局部破坏形式向整体破坏形式发展;裂隙强度在单轴加载时伴随裂隙倾角和加载速率的增加而变大,裂隙贯通强度对裂隙倾角的变化更敏感。     

含双裂纹试件破坏特性力学试验及数值模拟

为研究含双裂纹试件力学破坏特性,为评价底板突水危险性提供理论依据.通过在真实岩石试件中预制双裂纹,基于MTS伺服控制试验机进行单轴、三轴压缩试验,并结合RFPA数值模拟,研究含双裂纹试件损伤演化和裂纹扩展过程.结果表明:1含双裂纹试件破坏模式具有明显的围压效应,随围压增加,裂纹贯通模式由拉破坏模式向剪破坏模式过渡.当围压为0时,试件在预制的两条裂纹端部分别生成外端翼裂纹和内端翼裂纹,内端翼裂纹与另一条预制裂纹搭接,导致岩桥贯通.在有围压条件下,试件出现反翼裂纹和次生共面裂纹,翼裂纹与另一条裂纹的次生共面裂纹搭接是岩桥贯通破坏的主要形式.2当岩桥倾角为135°时,原始裂纹尖端同时产生损伤,内外尖端翼裂纹同时起裂,随加载应力增加,翼裂纹不断向另一条原始裂纹方向扩展,最终扩展至另一条原始裂纹尖端,而两条外尖端翼型裂纹则扩展至试件端面,贯通整个试件后,最终导致岩石失稳破坏.     

混凝土冲击拉伸力学性能及裂纹扩展试验研究和数值模拟

为真实反映混凝土材料劈裂拉伸力学性能,基于应变片法采用分离式霍普金森压杆对混凝土平台巴西圆盘试件进行了劈裂拉伸试验,研究了不同加载角对试件起裂方式及破坏模式的影响,并对试件破坏过程进行了扩展有限元模拟,同时与试验结果进行了对比分析,得到用于测试混凝土拉伸力学性能的最优加载角.基于此得到动态劈拉下3种不同强度混凝土的劈裂拉伸应力-径向应变曲线及抗拉强度、极限应变、拉伸敏感系数等参数的应变率效应.结果表明:20°加载角可以保证圆盘在中心起裂,用于测试混凝土劈裂拉伸性能最为可靠.在高应变率下,混凝土动态力学参数均具有明显的应变率效应,裂纹沿试件受力方向扩展、贯通直至试件沿加载直径方向劈裂为两半,破坏面表现为骨料破坏,与数值模拟结果一致.     

岩体中孔与裂纹贯通破坏模式图形判别法

为研究工程岩体贯通破坏过程岩体裂纹起裂贯通机制,预制了以岩桥倾角为变量的红砂岩试块用单轴压缩的加载方式进行实验,并且通过数值模拟进行验证.首先总结了含单裂纹与单孔红砂岩岩石试块破坏的4种断裂模式,然后首次定义了塑性核心区半径、塑性延展区长度,并用它们表征单孔半径(或裂纹长度、倾角)与塑性破坏区域的大小,发现塑性破坏区的贯通与试块的贯通断裂具有很好的对应关系,最后提出通过作图判断岩石裂纹贯通断裂的判别方法.模拟结果验证了所提破坏模式判别方法的正确性,与类似物理实验结果具有一致性.     

两种长杆弹侵彻半无限厚装甲钢靶研究

采用海37 mm弹道炮发射次口径钨合金和钨纤维增强非晶复合长杆弹进行了高速侵彻装甲钢靶试验,并借助三维非线性动力有限元程序ANSYS LS-DYNA对1.0~2.6 km/s速度条件下两种长杆弹侵彻半无限厚装甲钢靶问题进行了数值模拟,分析了弹体材料和速度对其侵彻性能的影响,并对其毁伤机理进行了初步分析.实验与数值计算结果均表明钨纤维增强非晶复合长杆弹的侵彻性能优于钨合金长杆弹;实验侵彻过程中,钨纤维增强非晶复合长杆弹产生了自锐现象,而钨合金长杆弹则是形成了蘑菇头;数值模拟结果表明两种长杆弹的破坏模式随入射弹速的变化而变化.     

ANSYS/PDS风电齿轮箱收缩盘联接可靠性分析

笔者建立了某风电齿轮箱主轴收缩盘联接的轴对称参数化有限元模型,并结合主轴扭矩作用应用ANSYS非线性接触对该模型进行了强度分析。由于材料属性、制造过程、边界条件以及载荷等设计参数的不确定性会影响计算的精确性,应用ANSYS／PDS模块,根据失效模式确定整体功能函数并由此建立结构极限状态方程,采用蒙特卡罗超拉丁采样方法对收缩盘联接进行可靠性分析,得到整体联接的可靠度和失效率,并给出累积概率分布。研究结果表明：收缩盘传扭联接性能和结构件强度均满足设计要求,其联接的可靠度达到94．8％,达到了工程设计要求,对风电齿轮箱收缩盘联接的可靠性设计具有一定的指导意义。     

基于预应力加载的淬硬表面强化层厚度预测

为评估预应力磨削加工中,预应力参量对工件表面磨削强化层厚度的影响,对未调质45钢试件施加0~100 MPa不同预应力并进行表面磨削淬硬.在有限元软件ANSYS中用热-力顺序加载的办法模拟磨削加工淬硬过程,分析热相变和加工硬化对加工硬化层厚度的影响,探讨距切入点不同位置的加工硬化层厚度分布.硬化层厚度仿真结果与试验数据相符,误差小于6%.同时,加载预应力导致磨削表面强化层厚度出现小幅减薄(10%)的结果,证实加载预应力加剧材料组织重分布,抑制了淬火碳化物的弥散,但可能并非是利于硬化层厚度增加的因素.     

碳纤维板-混凝土界面黏结性能的试验研究与有限元分析

碳纤维板与混凝土的界面黏结性能是碳纤维加固混凝土结构的关键性能之一,对加固结构的力学行为和破坏形态等有着重要影响.进行了4个试件的碳纤维板-混凝土黏结双面剪切试验,研究了设置不同粘贴长度的试件的界面力学行为和破坏模式,分析了黏结长度对界面极限承载力和应力分布的影响.试验结果表明:加载点附近应力远大于端部应力,板端黏结界面剪应力沿板长方向大致呈指数衰减分布.在试验研究基础上,在ANSYS中采用正交弹簧单元组模拟界面黏结,建立了试件的有限元模型,并采用试验分析得到的局部黏结滑移曲线关系作为有限元模型中的界面弹簧单元刚度,计算发现有限元分析结果和试验结果比较吻合,从而验证了本文有限元模型的有效性.以本文试验得到的黏结滑移曲线关系为基础,通过拟合得到了基于几种经典黏结滑移本构形式的界面本构模型.试验及有限元分析表明:当拉伸应力超过碳纤维板强度的24%时,碳板已开始从混凝土表面剥离.为保证充分利用碳纤维板的强度,应采用可靠锚具对碳纤维板进行锚固.     

约束屈曲支撑受力性能及高阶模态分析

应用ANSYS对约束屈曲支撑在静力往复荷载作用下的受力性能进行模拟,通过计算得到支撑滞回曲线以及其内部应力分布状况.追踪支撑内核高阶模态屈曲的过程,结果表明约束屈曲支撑具有良好的耗能特性.通过对14个不同缝隙和5个不同摩擦系数的约束屈曲支撑进行计算,得出缝隙和摩擦力对约束屈曲支撑内力的影响.应确定合理的缝隙尽量减小磨擦力.     

基于FEM的水泥基压电复合材料的性能分析

建立了1-3型水泥基压电复合材料的有限元模型,并对其进行了静力分析、模态分析和瞬态动力学分析。得到了水泥基压电复合材料的内部应力应变分布、水泥基体对复合材料压电性能的影响、复合材料的厚度振动模态和在动态载荷下的响应情况。发现水泥基压电复合材料产生的驱动应变和节点应力都集中在压电陶瓷柱上,高泊松比和低弹性模量的水泥基体能够增加复合材料的压电性能;低频下水泥基压电复合材料的振动特性与压电陶瓷相同,且对外部的动态激励有着良好的线性响应。     

自制旋转机械故障模拟试验台的转子振动特性研究

本文采用软件仿真与实验分析相结合的方法,研究了自制旋转机械故障模拟试验台转子的振动特性。使用Solidworks软件对转子进行三维实体建模,并在Altair Hyper Mesh软件中划分网格,导入到ANSYS Workbench软件进行后处理分析。首先通过静力学分析获得双盘转子变形与应力分布情况;考虑陀螺效应的影响,通过模态分析获取固有频率及振型云图;生成Campbell图,分析转子在设定转速区间内振动分量的变化特征;通过谐响应分析获取特定频域内的动态响应。最后进行实验模态分析,并与仿真结果进行对比,从而验证有限元模型的准确性。研究表明：转轴轴肩位置处存在一定程度的应力集中;临界转速远大于工作转速,可有效避免共振;该结构动刚度良好符合设计要求。本文可为该类型转子的振动特性分析提供参考,并为旋转机械故障的模拟实验起到了一定的指导作用。     

K型管节点焊接残余应力及其对应力集中系数的影响

采用有限元软件ANSYS,以K型管节点为研究对象,利用生死单元技术,模拟焊接过程和退火处理过程,研究管节点的焊接残余应力,得到焊接温度场和应力场的分布。分别对考虑焊接残余应力与不考虑焊接残余应力而只考虑焊缝对结构影响的管节点模型施加轴向载荷,计算这两种模型的热点应力集中系数,得到焊接残余应力对管节点应力集中系数的影响。结果表明:对焊接管节点进行退火处理可以显著降低焊接残余应力,降低发生变形和断裂失效的风险,大幅度提高管节点的安全性能;管节点结构中热点位置及热点应力集中系数与尺寸参数、载荷类型、加载方式、焊缝结构等有关。     

内衬混凝土波折钢腹板梁抗弯性能试验研究

提出了波折腹板内衬混凝土改善连续梁负弯矩区的结构力学性能.通过两点对称加载试验研究了波折腹板内衬混凝土组合梁的弯曲性能.试验表明:与钢波折腹板梁相比,内衬混凝土可限制波折腹板梁受压翼缘的屈曲,提高组合梁的弯曲强度与延性.依据试验弯曲破坏模式与应力分布,提出了弯曲强度的计算方法,理论与试验结果相比吻合较好.试验结果与理论计算方法可为波折腹板内衬混凝土结构的设计提供参考.     

现浇楼板对RC框架结构破坏模式影响的有限元分析

运用通用有限元程序ANSYS的参数化设计语言功能分别对带楼板的钢筋混凝土框架结构和不带楼板的纯框架结构进行了地震作用下的时程分析,得到了在地震作用的各个阶段,框架结构的裂缝发生和发展情况．通过将两种模型的模拟结果进行对比分析,证明楼板对钢筋混凝土框架的破坏模式会产生影响,带楼板的框架结构更难实现“强柱弱梁”．