Study on the subgrade deformation under high-speed train loading and water–soil interaction

It is important to study the subgrade characteristics of high-speed railways in consideration of the water–soil coupling dynamic problem,especially when high-speed trains operate in rainy regions.This study develops a nonlinear water–soil interaction dynamic model of slab track coupling with subgrade under high-speed train loading based on vehicle–track coupling dynamics.By using this model,the basic dynamic characteristics,including water–soil interaction and without water induced by the high-speed train loading,are studied.The main factors-the permeability coefficien and the porosity-influencin the subgrade deformation are investigated.The developed model can characterize the soil dynamic behaviour more realistically,especially when considering the influenc of water-rich soil.     

加筋土地基模型试验边界效应与承载性能分析

为进一步探讨边界效应对加筋土地基的影响,基于室内方形基础下加筋土地基大模型试验,采用ABAQUS有限元软件建立加筋土地基数值模型,主要分析了模型宽度L和加载板宽度B对加筋土地基承载性能、地基内部土体应力应变及筋材变形的影响。结果表明:无筋地基与加筋土地基极限承载力均随L/B的减小而增大,当L/B>5时,可忽略边界效应对加筋土地基的影响;当L/B<2.67时,边界效应对加筋土地基的影响最大;当L/B>4时,边界效应对无筋地基的影响可忽略不计;加筋能够显著改善地基土体的不均匀沉降和减小基础两侧土体隆起高度;竖向应力分布区域随着B的增大而增大,加筋土地基受竖向荷载的影响宽度为5B,影响深度为2.57B~4B;当L/B>5时,不同L/B工况下土体变形、应力分布及格栅变形曲线基本重合,此时加筋土地基受边界效应的影响可忽略不计。     

帘线/橡胶复合材料各向异性黏-超弹性本构模型

帘线/橡胶复合材料广泛应用于轮胎等重要工程领域,为了描述其在服役条件下的大变形、非线性、各向异性和高应变率等材料力学行为,基于纤维增强复合材料连续介质力学理论,提出了一种考虑应变率效应的帘线/橡胶复合材料各向异性黏-超弹性本构模型. 该模型中单位体积的应变能被解耦为便于参数识别的基体等容变形能、帘线拉伸变形能、剪切应变能和黏性应变能四部分. 给出了模型参数的确定方法,并通过拟合文献中单轴拉伸、偏轴拉伸实验数据,得到了模型参数. 利用该模型预测了不同加载和变形条件下的力学行为,并将预测结果与实验结果对比分析. 结果表明, 考虑黏性模型和不考虑黏性模型对不同应变率变形条件下的预测结果相差很大,且考虑黏性模型的预测结果与实验结果吻合很好. 因此,与不考虑黏性模型相比,所提出的各向异性黏-超弹性本构模型能更好地表征帘线/橡胶复合材料在大变形、高应变率条件下的力学特性.      

受拉钢筋混凝土构件破坏过程的数值模拟

采用三维材料破坏过程分析MFPA3D系统,对钢筋混凝土构件轴心受拉条件下的受力、变形与内部裂纹萌生、扩展及最终破坏全过程进行了数值试验研究。数值模型中引入统计分布函数反映了混凝土的非均匀性影响,并采用具有残余强度的弹性损伤本构模型及其破坏单元材料性质退化方法,利用位移加载方式对钢筋混凝土构件实施拉伸加载。通过对钢筋、素混凝土方形体以及钢筋混凝土方形柱体构件在拉伸作用下破坏过程的数值试验,分析了钢筋与混凝土两种材料之间的相互作用、约束机理和破坏机理。数值试验成果对于深入了解钢筋和混凝土的联合受力规律和钢筋在开裂前后对整体钢筋混凝土结构的作用机制有参考价值。     

Dynamic model of vertical vehicle-subgrade coupled system under secondary suspension

As it is known, track transportation can be divided into track system above and track system below. While the train is moving, the parts above and below are interacted and influenced. Therefore, in fact, the problem of track transportation is the match between the vehicle and the railway line system. In this paper, on a basis of dynamic analysis of the vehicle-subgrade model of vertical coupled system under primary suspension, utilizing track maintenance standard and simulating track irregularity excitation, the dynamic interaction of vehicle-track-subgrade system is researched in theory and dynamic model of the vertical vehicle-track-subgrade coupled system under secondary suspension is established by compatibility condition of deformation. Even this model considers the actual structure of a vehicle, also considers vibration characteristic of the substructure of track including subgrade and foundation. All these work want to be benefit for understanding and design about the dynamic characters of subgrade in high speed railway.     

不同荷载模式下矿用救生舱受力性能的数值模拟

针对某煤矿井下救生舱,利用ANSYS和LS-DYNA软件建立救生舱、瓦斯/瓦斯煤尘和巷道三维有限元模型。分别进行了真实内瓦斯/瓦斯煤尘爆炸作用下救生舱流固耦合数值分析,等效三角波爆炸冲击荷载作用下救生舱动态模拟和静水压力荷载作用下救生舱的极限承载力和极限变形的数值计算,确定救生舱动/静态承载能力变化规律和变形模式,给出瓦斯/瓦斯煤尘爆炸超压与救生舱承载能力和变形模式的变化规律。研究结果表明,等效三角波爆炸冲击荷载作用下该救生舱整体结构的极限超压明显比流固耦合计算分析结果大,流固耦合计算分析结果更接近于实验结果。该救生舱满足爆炸冲击波荷载下的变形要求时,其在静水压荷载作用下的变形也能满足。     

钢筋混凝土平面框架节点单元BCJ⁃5N

本文基于四根刚臂梁结合12个外接一维单元建立了钢筋混凝土框架节点单元，单元具有5个节点15个 自由度，称之为“BCJ-5N”单元．每个节点具有3个自由度，与普通梁单元一致，从而确保本单元适合于同普 通一维梁柱单元一起进行钢筋混凝土结构平面非线性分析．单元考虑了梁受力钢筋在框架节点内的黏结滑移作 用，并通过钢筋混凝土梁正截面强度设计建立了梁端弯矩与截面转角关系的骨架曲线，结合Lowes加载卸载模 型，组成了完整的静力、动力分析的框架节点单元，并将其移植到 ABAQUS通用分析平台上，通过对两跨三 层钢筋混凝土框架结构的滞回分析和三跨三层钢筋混凝土框架结构的动力分析两个算例，验证了本模型适合于 进行循环荷载和动力荷载作用下平面框架结构非线性响应分析．     

青藏铁路冻土区路基工程安全可靠性监测技术研究

通过对冻土区路基工程和冻土之间相互作用过程的分析,提出冻土区路基工程的安全可靠性监测关键技术一是监测方法,二是监测手段,三是数据分析。冻土区路基工程的安全可靠性首先取决于工程周围和工程基底多年冻土的热稳定性,其次取决于发生变形的路基填土厚度及其基底融化层厚度。因此,路基顶面以下不同深度地温监测和年际冻融季节时段路基土层变形监测是冻土区工程长期可靠性监测的主要指标。青藏铁路自然条件的严酷性,要求监测手段具有可靠性和耐久性以及对复杂自然条件变化的适应性。文章提出一种自动观测多年冻土地温和路基变形,并能够实现数据无线传输的现场监测系统设计方案,通过现场试验,证明这种监测系统能够适应青藏高原恶劣的自然条件,减轻了人工监测的劳苦,具有可靠性和耐久性。作者还提出了能够简便判断冻土区工程安全可靠性的监测数据分析方法,对目前冻土区工程安全可靠性分析具有一定的理论指导作用。     

2124 Al/SiC_p复合材料的动态变形行为及微结构效应

研究了在动态压缩时２１２４Ａｌ／ＳｉＣｐ复合材料的变形行为与微结构效应．分析结果表明，对于给定材料，复合材料的流动应力主要取决于微结构尺度效应．若增强相尺寸，基体晶粒尺寸以及增强相间距三者大小相当，则复合材料的流动应力取决于增强相的分散程度和位错密度；若增强相尺寸及其间距大小相当，但比基体晶粒大得多，那复合材料的流动应力主要取决于增强相的分散度．微观观测发现在同样加载条件下，变形局部化更容易在含较小碳化硅颗粒的复合材料内形成；变形区内的微损伤几乎都是基体与粒子界面脱粘和粒子角点邻近的微裂纹．对于所研究的这类复合材料，弹性模量及应变硬化几乎不受增强颗粒尺寸影响．     

结构爆炸毁伤的浸没多介质有限体积物质点法

结构在爆炸载荷作用下的毁伤现象涉及强非线性激波、固体结构极端变形和破坏破碎、强流固耦合, 给数值计算方法带来了极大的困难与挑战. 针对结构爆炸毁伤问题, 建立了浸没多介质有限体积物质点法(iMMFV-MPM), 采用基于黎曼求解器的多介质有限体积法(MMFVM)模拟爆炸产物和空气的多介质流体, 采用物质点法(MPM)模拟固体结构, 并将提出的基于拉格朗日乘子的连续力浸没边界法(lg-CFIBM)扩展到多介质流体中以处理流固耦合边界条件. 该算法在每个时间步严格满足流固耦合界面处的速度边界条件及动量守恒方程, 不需要重构流固耦合界面, 能够有效地模拟近场爆炸下爆炸产物与结构的相互作用、激波与结构的相互作用和演化以及结构的动态断裂和拓扑变化. 利用iMMFV-MPM对近场爆炸下方形钢筋混凝土靶板的失效模式、外爆载荷下建筑物的毁伤现象以及多腔室内爆炸试验进行了模拟, 模拟结果与相关实验数据吻合良好, 验证了所建立的流固耦合算法的有效性及精度.      

粉煤灰作为排水垫层筑坝的动力分析

淮南某电厂灰坝设计拟采用粉煤灰作为坝基排水垫层筑坝以节约资金。为研究其可行性,在已有的大量静力和动力特性试验研究基础上,对该灰坝在地震荷载作用下的动力反应进行研究。研究中以Biot波动方程为基础,考虑水土动力耦合作用和土体和非线性性质,引入地震孔隙水压力和残余变形项,把动力分析与动力渗流、液化发展及骨架变形加以综合考虑。研究表明,7°地震烈度条件下用本文配制的粉煤灰代替砂作为排水垫层筑坝是可行的。     

STUDY OF MESO-STRUCTURE DEFORMATION MECHANISM OF SILT LIGHTWEIGHT SOIL UNDER CYCLIC LOADING1)

基于新型室内固结试验及有限元数值模拟分析方法,研究了淤泥轻量土在循环载荷作用下的细观多相变形机理及其宏、细观变形特性之间的相互关系。结果表明,EPS(expanded polystyrene)颗粒掺量及其粒径大小对淤泥轻量土的细观变形特性有显著的影响。试验发现,在所选用的配合比中EPS掺量相差2.0%时,而淤泥轻量土最大体积变形量却相差了4.1%。在相同循环次数下,试样中上、中、下三个点位的EPS颗粒变形量及其应力应变大小关系并不相同,上点位的EPS颗粒变形量最大。通过对不同循环周期下淤泥轻量土各相细观变形关系定量计算分析发现,EPS颗粒变形量在其整个变形过程中占主导地位,平均占到约60%$\sim$80%。该研究可为后续有关EPS淤泥轻量土的微细观结构之间多相耦合作用的研究及其在软土路基填土工程中的应用提供一定的理论支持。     

不同温度下2种钨结构增强Zr基非晶合金的动态压缩性能

利用SHPB装置对钨丝增强Zr基非晶复合材料和钨骨架增强Zr基非晶复合材料进行了3种环境温度下多种应变率的动态压缩性能测试。比较了2种材料的动态力学性能,发现二者均具有应变率敏感性和较强的塑性变形能力。但二者承载机制存在较大差异。钨丝增强结构变形主要表现在钨丝的失稳,由数值模拟初步分析了这种局部结构失稳控制的变形以及热失稳现象;钨骨架增强结构变形前期钨骨架起主要承载作用,而不是各成分的共同作用,这导致材料的屈服强度比纯非晶和纯钨的低。     

红砂岩路基土动态模量影响因素及预估模型研究

为研究红砂岩路基土动态模量的影响因素,采用室内重复加载三轴试验。结合红砂岩路基土在不同含水率时的动态模量,分析偏应力、体应力和含水率对红砂岩路基土动态模量的影响;采用三参数复合模型进行回归,并通过有限元计算和实体工程现场检测,建立室内试验动态模量与现场检测动态模量的回归关系。研究结果表明,动态模量随体应力(或围压)增大而增大,随偏应力增大而减小;随着含水率的增大,动态模量呈先增大后逐步减少的趋势。三参数复合预估模型与试验检测结果之间具有较高相关性。此外,红砂岩路基土室内试验动态模量与现场检测动态模量具有良好的回归关系,室内试验动态模量与现场检测动态模量可以实现有效换算。     

Prediction of wheel-soil interaction and performance using the finite element method

In this experimental-analytical study of wheel-soil interaction, a technique based on the finite element method is used for predicting continuous wheel performance and subsoil response behaviour. The evaluation of wheel-soil interaction performance at any degree of slip is performed using energy principles. The analytical technique utilizes experimentally determined wheel-soil particle path as displacement input for load simulation to predict the soil response beneath the wheel.

An incremental loading approach is adopted to satisfy as closely as possible the soil loading path. The solution requires initial conditions which establish the soil at zero energy level (no stress history) and proceeds to stationary wheel positions with wheel-soil penetration equal to its dynamic sinkage. The method of analysis then proceeds to the steady-state wheel travel mode. The predicted drawbar pulls and subsoil behaviour results are presented and shown to compare well with the experimentally measured values.     

考虑土-结构相互作用效应的三维桩基结构动力有限元分析

结合简化阻抗法建立了三维相互作用结构的动力有限元分析模型,导出了考虑群桩刚体、惯性效应作用时的结构相互作用时程积分方程式,以近乎纯结构有限元的建模途径合理地反映出桩-土-上部结构在水平地震作用下的动力相互作用特性。模型中引入具有桩(筏)-土阻抗特性的弹阻单元来描述不同群桩布置、土层状况因素对体系反应的参与作用,而在动力方程中竖向SV剪切波经桩土刚体相互作用产生的水平、摇摆分量对体系的影响亦得以体现。20层桩承刚框架结构的动力分析表明:较柔的桩、土基础使得体系的SSI效应增强,但其参与程度与群桩效应相关,而结构构件内力较不考虑相互作用时有较大折减;应用该法可精确、快速地进行复杂上、下部结构时程反应分析。     

Numerical simulation of the dynamics of a reinforced shell subject to nonstationary load

A numerical algorithm to determine the stress-strain state of a reinforced cylindrical shell subject to impulsive loading is elaborated. Results from a numerical analysis of the dynamic behavior of a reinforced elastoplastic shell under explosive loading are presented __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 44, No. 7, pp. 83–90, July 2008.     

土质边坡震裂机制物理模拟研究

为了研究地震中土质边坡(包括覆盖层边坡)在强震作用下破裂的成因机制,以 "5 ·12" 汶川特大地震为背景资料,采用震动台模拟试验进行了研究。模拟试验结果表明:斜坡震裂变形破坏与斜坡外形结构特征具有相关性。坡面转折点应力最易集中,破坏的可能性较大。震动条件下土质边坡完全破坏也具有一般性的规律,即以"一垮到底"的方式堆积于坡脚。本次震裂边坡形成机制研究初步显示了一定规律,但在地震条件下的动力响应问题还需进行更深入研究。     

A two-phase model and related numerical tool for the design of soil structures reinforced by stiff linear inclusions

A two-phase macroscopic model is presented for ascertaining the overall linear elastic behaviour of a soil reinforced by stiff long inclusions, with a particular emphasis on the shear and flexural behaviour of the reinforcements. Based on a minimum principle for the potential energy of any two-phase system, expressed as a function of the kinematically admissible displacement and rotation fields, a finite element formulation is established, resulting in the elaboration of a numerical computer code devoted to the simulation of any reinforced soil structure under plane strain conditions. This finite element code is applied to the evaluation of the settlements experienced by a rigid raft foundation placed on top of a soil reinforced by a group of vertical piles, and subject to combined loading conditions. One of the important conclusions which may be drawn from such a quantitative analysis is that the shear and flexural behaviour of the reinforcing piles, as well as the way these piles are connected to the foundation, play a decisive role in the case of lateral loading.     

砂土中螺旋锚基础水平振动特性的模型试验研究

在水平激励作用下,钢管螺旋锚基础-土的动力相互作用具有明显的非线性特性。基于自制的锚土动力相互作用模型试验系统,对砂土中不同锚体几何结构的钢管螺旋锚的水平振动响应特性进行了研究,具体分析了螺旋锚长径比(L/D)、叶片距宽比(S/D0)、叶片外伸比(D0/D)、不同荷载幅值(F0)和振动频率(f)等对螺旋锚水平动力响应特性的影响,并与直桩进行了对比分析。通过研究螺旋锚周围土体的应力扩散,讨论了水平动力荷载作用下螺旋锚-土的相互作用规律。研究结果表明:长径比(L/D)是影响直桩和螺旋锚水平动力响应特性的重要因素;在锚径相同的条件下,锚土系统的共振频率随锚体长径比的增加而减小,随叶片外伸比的增加而增加,但对叶片距宽比相对不敏感;在锚体几何结构相同的前提下,激振荷载幅值越大,直桩土系统的共振频率越小,但激振荷载幅值对螺旋锚土系统共振频率的影响相对较小。