航空液压管路系统振动疲劳寿命评估的响应谱方法

目的 实现航空液压管路系统在一致/多点激励作用下,高周疲劳寿命的准确高效获取。方法 考虑管内流体Coriolis力和夹具的附加阻尼效应,建立一致/多点激励作用下,航空液压管路系统振动疲劳寿命评估的响应谱方法。首先,采用复模态叠加法,在状态空间对其控制方程进行降阶,推导出一致/多点激励作用下航空液压管路随机应力响应的显式表达。然后,基于现有的疲劳响应谱方法,依次引入与模态速度与基础激励相关的广义相关系数,并计入非比例阻尼以及多点激励效应,建立一致/多点激励作用下航空液压管路系统疲劳响应谱方法组合格式。结果 采用雨流计数法验证了本文方法的计算精度,并讨论了分析效率。同时,探究了管内流体流速与激励的部分相干性对于管路系统疲劳寿命的影响。结论 本文方法计算效率极高,且计算精度稳定,并考虑了管内流体负载与多点激励效应对疲劳寿命影响,能够满足工程中复杂管路系统振动疲劳的分析需求。     

弹簧应力松弛载荷的在线测量新方法

目的 准确高效地测量弹簧在应力松弛试验过程中的载荷。方法 针对周期试验法中繁琐的拆装工作和连续试验法中测试效率偏低的难点问题,以周期试验法中可以让“弹簧的总形变量在短时间内发生变化”的事实为依据,通过驱使待测弹簧进一步发生少量变形,将待测弹簧承受的准不变载荷转换为缓冲弹簧的连续变化载荷进行测量。测量后分别对直线进行拟合,便可求得驱动力F0,进而可以计算出待测弹簧处于装夹状态时所承受的载荷。结果 得到了一种在应力松弛过程中测量弹簧载荷的新方法,并结合螺旋压缩弹簧的结构特点,介绍了该方法的2种实现方式。当置信度为0.95时,测试结果的置信区间在±2%内,说明测量结果具有较高的可信度。结论 实践应用表明,在周期试验法中,采用该方法能够避免繁琐的拆装过程,有利于降低人为误差;在连续试验法中,采用该方法可以提高测试效率,从而有效地解决应力松弛试验中的载荷测试难题。     

基于重要抽样法的耐压球壳可靠性计算方法研究

目的 解决耐压球壳极小失效概率的可靠性计算问题。方法 在自适应Kriging的基础上,结合重要抽样法提出耐压球壳可靠性计算方法。该方法在较大失效概率下构建的Kriging模型基础上获得重要方向,在重要方向上计算得到较低失效概率下的设计点,以设计点为中心,构建小失效概率的Kriging模型,并通过此模型采用重要抽样法开展可靠性计算。结果 分别使用提出的重要抽样法和蒙特卡洛法计算了2个算例的失效概率,计算结果表明,该方法具有较高的精度和效率。使用该方法对某耐压球壳工作载荷下的失效概率进行了计算,计算得到该球壳失效概率为4.094×10^–96。结论 研究结果可为无失效方程下极低失效概率的可靠性计算问题提供参考。     

轴向中空壁管抗冲击性能试验研究与数值分析∗

轴向中空壁管作为一种新型结构壁管,几何构型简单、空间利用率高、且能量耗散性好,近年来在市政工程中得到广泛应用。为研究轴向中空壁管在低速冲击作用下的力学响应和耗能特性,设计了 20 个试验工况,以落锤冲击试验模拟施工过程中受到的落石冲击和机械撞击作用,基于量纲分析法提出冲击力峰值的计算方法,通过有限元软件 ABAQUS 对试验结果进行验证,并根据有限元计算结果分析管道在低速冲击作用下的变形特性和损伤机理。研究表明：数值分析结果与试验结果吻合较好,冲击力时程曲线趋势基本一致,冲击力峰值误差在 5% 以内。 轴向中空壁管具有良好的抗冲击性能,其双壁中空结构具有较好的能量耗散性,落锤与管道接触瞬间会产生较大的冲击力,12.9 kg 的落锤从 2 m 处自由下落冲击管道可产生 15.28 kN 的冲击力。对比 20 个试验工况的冲击力峰值试验值与计算值,误差均较小,最大误差为 5.8%,即冲击力峰值计算方法准确性较高。随着落锤高度和质量的增加,冲击力峰值增大,损伤区域和凹痕深度也随之增大,最大塑性应变由外壁内侧转移到外壁与加劲肋的连接处, 呈现出外壁损伤和加劲肋损伤两种损伤模式。提出的冲击力峰值计算方法和管道塑性损伤规律可以为施工过程中轴向中空壁管在落石冲击和机械撞击作用下的安全评价提供理论依据。     

极高地应力软岩稳定性指标优先级及多因素耦合分级∗

极高地应力隧道工程设计施工除了考虑地质构造作用极其强烈以外,强度应力比、地下水、膨胀应力、结构面产状等因素对围岩稳定性的影响也必须考虑,同时隧道轴线与最大应力主方向夹角、隧道断面及面积、岩层厚度及倾角等因素也非常重要。以《工程岩体分级标准》为基础,提出一种极高地应力复杂软岩隧道围岩稳定性因素优先级分析思路,并采用熵权法形成多主因素耦合、次因素修正的围岩分级方法。现场实践表明分级结果与现场施工状态吻合较好,进一步对另两座隧道使用本方法进行验证。结果表明,现行规范中围岩分级因素和方法不适用极高地应力情况,且和影响因素优先级加多因素耦合修正 BQ 值的围岩分级方法结果相差 10% 左右,原因是对极高地应力软岩稳定性影响因素考虑不全面。这种围岩稳定性分级方法具有较好的适用性,且耦合时使用熵权法原理使得结果更加偏向于定量计算,减少了人为因素干扰,结果更加客观真实。     

湖相沉积软土中盾构端头关键控制措施研究∗

湖相沉积软土在昆明地区分布广泛,工程性质极其特殊,在该场地中盾构施工风险性极高,易引发端头失稳, 涌水涌砂灾害,探究软土场地盾构端头施工关键控制措施成为亟待解决的问题。采用经验分析法并引入正交试验对端头加固工艺及加固范围进行分析,得出适用性最优工艺与最优加固范围计算模型,给出各工艺应用建议、端头稳定敏感性排序及加固范围理论解。针对现有洞门密封止水系统涌水涌砂风险较大的问题,提出了一种由三道密封构件与两道主动措施组成的新型永久密封止水系统。将所得结论与创新型止水系统应用于昆明轨道交通 5 号线会宝区间端头,采用 MidasGts 与对数螺旋滑动计算模型对端头土体进行数值模拟与稳定性计算,所得位移云图及安全系数与实际施工情况相吻合,由此实现端头加固范围理论解与工程解的统一。从施工现场来看,新型止水系统应用效果非常理想,有效保证了盾构进出洞安全,可为相似盾构工程设计与施工提供借鉴。     

基于修正随机有限断层法的沉积盆地地震动模拟∗

基于随机有限断层法理论框架,采用间接边界元方法求解沉积盆地地震动放大效应,以此修正场地放大因子,发展了一种可考虑盆地效应的修正随机有限断层法。基于该方法,模拟了 2021 年 2 月 13 日日本 M_W7.1 海域地震中日本关东盆地地震反应,并与常规随机有限断层法及实测地震记录进行了对比。结果表明：与常规随机有限断层法相比,采用修正随机有限断层法模拟盆地地震动表现出更显著的空间变异性,盆地边缘地震动峰值加速度较常规方法放大了 6.24 倍,与实测地震记录吻合度更高;区域地震动峰值加速度空间分布整体特征与实测地震记录基本一致;相较于不考虑场地影响下的结果盆地内部分台站长周期下的谱加速度值扩大了近 5 倍,表明深厚沉积盆地在长周期范围内的场地放大更加明显。     

重复碰撞载荷下加筋板结构的动态响应研究

目的 探究船体加筋板结构在受到重复碰撞载荷作用下塑性变形的累计趋势,分析加筋板主要参数对损伤演化过程的影响,揭示高速、重复冲击下船体加筋结构的变化机理。方法 以一纵三肋加筋板为研究对象,建立基于能量法的刚塑性加筋板动态变形计算方法,以及基于Johnson-Cook本构关系的数值模拟方法,开展不同板架厚度、冲击能量以及冲击尺寸等参数对加筋板变形演化影响的研究。结果 对比分析了理论模型和数值方法,获得了不同参数下的加筋板的结构损伤演化规律。结论 理论解和数值解较为吻合。冲击能量增加后,加筋板的塑性变形量、塑性变形累积速度也随之增加。载荷集中程度越大,对于碰撞边界的破坏效应越大。     

某型橡胶密封圈老化加速试验及寿命预测

目的 通过开展高温老化试验及湿热老化试验,对某型硅橡胶O形密封圈的老化规律和贮存寿命进行探究,并创新性地将2类试验进行对比分析,进而更直观地分析不同应力因素对老化行为的影响以及不同模型的适用性。方法 分别以温度单一应力和湿度双重应力为主要老化因素设计加速老化试验,以永久压缩变形率为退化数据求出不同应力下的橡胶性能退化模型,将2类老化试验分别与阿伦尼斯模型以及湿热模型相结合来预测密封圈的贮存寿命,并进一步探究单一应力和双重应力对老化过程具体影响,最后评估不同理论模型的适用性。结果 求出了各应力下橡胶性能退化模型并预估出对应的密封圈贮存寿命,初步探究了温度、湿度及其综合作用对老化及贮存寿命的影响,分析了不同理论模型在实际应用中的准确性和适用性。结论 通过两大类老化试验,对该型橡胶的贮存寿命作出了13.5和13.9年的预估,并得到温、湿度对橡胶老化影响较大,两者综合作用是非线性的结论。同时也分析出考虑湿热因素的模型更适合预测橡胶密封圈的老化寿命。     

改进小波阈值降噪方法在振动-高动态离心复合试验控制系统中的应用

目的 针对振动-高动态离心复合试验控制系统中控制信号受噪声干扰导致控制效果不佳的情况,进行降噪处理,以提升试验控制能力。方法 利用改进的小波阈值降噪方法,对振动-高动态离心复合试验控制系统中控制信号进行降噪处理,通过分析信号特性,结合小波阈值降噪方法原理,提出阈值准则随分解尺度自适应动态变化的改进方法。结果 通过本文改进方法和其他小波阈值降噪方法的对比分析表明,本文所提方法对于振动-高动态离心系统所存在的中高频噪声干扰起到了明显抑制作用,可有效保留控制信号特征,获得了更佳的综合降噪效果,信噪比提升近10 dB,满足试验控制所需的降噪要求。结论 采用自适应动态变化的阈值准则的小波阈值降噪方法对振动-高动态离心复合试验系统的控制信号进行降噪处理有效且可靠,可对后续相关试验技术研究方向提供一种可行思路。