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关键词： 连续梁   悬臂浇筑   施工监控   0号块   温度场   应力场  

摘要： 伴随着近几十年来我国交通事业不断发展,对桥梁发展也提出了更高的要求,因此大跨径预应力混凝土连续梁桥也就应运而生。在这类连续梁的施工过程中,往往存在跨径较大、施工过程复杂等问题。本文对廊涿城际铁路(72+128+72)m连续梁展开研究,对其施工控制进行了模拟分析,目的是在施工过程中建立施工控制系统用来保证梁体的几何线形及内力状态以符合设计要求,使连续梁可以顺利合龙。主要内容如下所述:(1)针对廊涿城际铁路(72+128+72)m连续梁的施工过程,在考虑材料参数和预应力荷载等一系列施工条件的基础上,使用软件Midas Civil建立全桥模型。通过有限元分析,得到关键截面在不同施工阶段下的计算应力值以及连续梁各号块在不同施工阶段下的计算挠度值。(2)介绍了连续梁应力测点以及高程测点的布置方案。通过对比现场得到的应力实测数据以及高程实测数据与Midas Civil有限元模型得出的计算数据进行分析,找出误差存在的原因,得到指导施工的有效调整量,从而保证梁体线形平顺,增加梁体的耐久性和安全性。(3)使用有限元软件Midas FEA建立了0号块的水化热模型,定义固定边界、对流边界等条件,模拟了0号块在整体浇筑下温度场和应力场随着时间的变化规律,接着又模拟了加入冷却管之后的0号块的温度场和应力场的变化规律,并通过软件分析优化0号块浇筑时温度控制方案。(4)使用有限元软件Midas FEA建立了0号块应力场分析模型,对0号块最大悬臂状态和成桥状态的应力场进行了分析,具体包括0号块顶板、腹板、底板、横隔板的纵桥向应力场分析以及横桥向应力场分析。

关键词： 海洋风电塔筒卷板机   工作辊   机架   变形   应力   结构分析与优化  

摘要： 随着传统能源的日益减少以及其对气候造成的污染,世界能源结构正在进行调整,传统能源将逐渐被风电、核电等新兴能源所取代。风电行业的兴起推动了风电装备的发展。风电塔筒的尺寸需求逐渐增大,国内常规卷板机无法有效满足风电行业的需求。单台风机需要筒体大于30节,卷板机卷制工作量大,提高卷制效率对风电设备制造进度和降低成本意义重大。国内对海洋风电塔筒卷板机的研究还处于起步阶段,大多都侧重于传统常用卷板机的分析。本文以泰安华鲁锻压机床有限公司生产的海洋风电塔筒卷板机为例,在借鉴大量学者的研究基础上结合生产实际,主要针对影响海洋风电塔筒卷板机卷制精度的因素进行讨论并提出合理的改进方案。根据泰安华鲁锻压机床有限公司提供的海洋风电塔筒卷板机的参数资料,对该三辊卷板机的工艺流程进行分析,计算出受载情况。利用Solid Works软件建立海洋风电塔筒卷板机工作辊、机架以及整机的三维模型,并导入ANSYS软件中进行模拟,得到变形、应变、应力云图,并对结果进行分析。通过以上的计算和分析,得到了该卷板机在结构设计上存在的问题。通过对卷板机结构做出改进,达到减小变形及应力、提高卷制精度的目的。最后对改进方案进行验证,验证方案的合理性。

关键词： 大体积混凝土   有限单元法   温度场   应力场   控制措施  

摘要： 当下我国经济发展越来越迅速,大体积混凝土建筑结构在我国得到广泛应用。而大体积混凝土结构在浇筑过程中,因尺寸较大,混凝土由于水化作用大量放热导致的温度应力过大是大体积混凝土开裂的主要因素,因此,开展大体积混凝土水化热分析,研究混凝土温度场及温度应力场的时程变化规律意义十分必要,受到各界广泛重视。本文依托茅洲河上下村蓄水池温控防裂工程项目,通过理论研究和工程实际相结合,开展了茅洲河上下村蓄水池全过程温控防裂仿真分析研究。论文借助蓄水池项目基本概况、气温资料及混凝土热力学参数等条件和信息,运用ANSYS有限元软件建立了茅洲河上下村蓄水池三维仿真模型,模拟了蓄水池施工期相关计算工况,给出了蓄水池结构相应的温度场及应力场分析结果以及时程变化曲线,结合底板施工特点,采取三种不同底板浇筑尺寸进行温控优化仿真模拟,提出了相应的温控措施,对蓄水池运行期进行了三种不同蓄水方案下的应力变形仿真分析。研究结果如下:(1)阐述了大体积混凝土、混凝土裂缝的一些基本理论和概念,对本工程大体积混凝土结构进行了抗裂计算,结果符合抗裂要求。(2)采用ANSYS有限元软件对茅洲河上下村蓄水池大体积混凝土施工期浇筑过程进行仿真分析,得出结果后,再结合理论计算与实测值进行归纳总结,模拟结果表明利用ANSYS有限元软件分析大体积混凝土温度场是可行的。(3)以茅洲河上下村蓄水池工程为研究对象,本工程施工过程中大体积混凝土初期放热阶段的温度峰值处于浇筑后的第三天,裂缝开裂由外向内;施工后期由于内部温降产生裂缝,开裂是由内向外。在应力场中,应力峰值也发生在混凝土浇筑后三天左右,且拉应力较大的值主要发生在表面角点处。(4)以本工程蓄水池底板为研究对象,对底板进行施工期温控模拟优化,在底板施工期温度场中引入三种工况,将底板分成三种不同尺寸大小的仓块,结果表明在混凝土容易开裂的第3天至第8天期间,采用较小的仓块尺寸施工时,温度梯度平均减小1.5-2℃,温度梯度得到控制,降低开裂的风险,因此建议采取较小仓块进行施工。(5)在蓄水池运行期的三种工况中,蓄水池底板与侧墙交界处出现应力最大值,侧墙上沿中部出现最大位移值。不论是正常水位还是满载,应力和应变在构件结合处的数值较大。针对仿真结果提出了相应的控制措施,保温时使用合适的材料进行保温、控制混凝土的入仓温度等。

关键词： 元胞自动机   钝化膜   点蚀   应力  

摘要： 本文在前人利用元胞自动机模型等数值方法模拟金属腐蚀的基础上,建立了不锈钢应力腐蚀过程的模拟模型,模型分为点蚀孕育期间的钝化膜形成与破裂过程的模拟以及应力作用下点蚀生长过程的模拟两个部分。在不锈钢表面钝化膜形成与破裂过程的元胞自动机模拟中,利用点缺陷模型对金属基体的溶解以及钝化膜的溶解概率进行计算,并在模型中加入代表点缺陷的金属离子在钝化膜中的扩散过程。统计钝化膜生长时的电流密度,得到符合经验结论的结果,并在不同模拟电位下对模型中的点缺陷浓度以及钝化膜厚度进行统计,最终得到了与理论以及前人实验吻合的模拟结果。在该模型中加入钝化膜破裂规则后,得到了不同电位下的钝化膜破裂时间,也与实验结果吻合。在模拟不锈钢在应力作用下的点蚀生长过程中,将元胞自动机方法与相场微弹性模型相结合,利用元胞自动机方法模拟腐蚀过程,利用相场微弹性模型计算应力作用。探讨了不同应力对点蚀生长的影响,分析了弹性应变以及塑性应变对点蚀的不同影响,并结合应力与应变分布图分析点蚀坑周围的弹性与塑性应变分布区域。

关键词： 燃料电池   电催化氧还原   OMS-2   掺杂   应力   石墨烯气凝胶  

摘要： 燃料电池因其燃料清洁,不污染环境且电池电堆能量转换效率高的优点,被认为是最有前途的新能源电池装置。商业铂碳作为最优异的氧还原催化剂其成本和耐久性仍然是最大的挑战,所以亟需研发低成本高耐久性的氧还原电催化剂。过渡金属氧化物中锰氧化物由于地壳含量高,价格低廉具有很高的氧还原催化潜力,但较低的氧吸附能力与自身的半导体特性限制了其氧还原的活性。本文针对氧还原的机理,以典型的锰氧化物为研究对象,通过不同的调控手段,对锰氧化物的氧还原性能的提升机理作出一系列探索。首先,将过渡金属钴离子比例连续可调地掺入到隐钾锰矿型氧化锰八面体分子筛(OMS-2)隧道中,通过引入新的电子转移路径来实现对OMS-2氧还原性能的调控。结果表明钴离子显著调节了电导率和电化学活性。一方面,钴离子调节Mn/Mn电对的数量,优化了材料的结构,增强了活性物质的稳定性和氧的吸附能力;另一方面,隧道中的钴离子作为电子有效传输的桥梁,加速了OMS-2锰氧八面体之间的电子转移,有效降低了禁带宽度,提高了OMS-2的本征电导率。其次,对离子掺入OMS-2引起应力变化的机制做了详细探究,并对应力值差异导致的性能差异性做了详细的解释,研究表明电负性较强的金属离子与Mn O八面体结合能力更强,导致隧道离子的偏中心迁移和应力产生。此外,性能与微观应力大小存在明显的相关性。应力越大材料的氧还原性能越好,主要是因为较高的应力导致了较强的共价性,较强的共价性又赋予Mn更强的拖拽电子到O上的能力,增加了O/OH在催化剂表面交换的驱动力,从而加速了氧气的吸附与解离。最后,为了提高锰氧化物的导电能力,通过水热自组装与冷冻干燥相结合的方法成功地制备出了3DNG与MnO复合的氧还原催化剂。研究发现MnO/3DNG在碱性介质中具有较高的氧还原性能,这得益于良好的结构。3DNG作为电子的供给体源源不断地给MnO输送电子,为氧气还原提供必要条件;坚固的三维多孔网络避免了石墨烯的重新堆积,不仅暴露了大量的锰氧化物与碳材料的接触界面,最大限度地提高复合物的催化活性,而且还允许电解质的高扩散速率。此外,3DNG有效地抑制催化剂颗粒的聚集、脱附,从而提高MnO/3DNG复合催化剂的稳定性。

关键词： 基坑   位移   应力   自动化监测  

摘要： 基坑监测是基坑施工质量、施工过程安全控制的重要手段,在保证基坑工程安全、稳定方面发挥着重要作用。本文首先对当前基坑工程各主要监测技术的优缺点进行总结,指出监测设备革新、理论与数据处理方法改进等是决定新技术能否实际应用于基坑监测工作的关键要素。最后,提出自动化监测技术结合云平台构建基坑智能监测系统,是未来基坑监测技术的重要发展方向。

关键词： 增压锅炉锅筒   应力场   壳单元   疲劳损伤度  

摘要： 增压锅炉主要负责为船舶提供高温高压蒸汽,以满足船舶用汽需求。由于船舶运行时常需要根据任务需求调整航速,这使得增压锅炉变工况运行的次数显著增多,而大扰动供汽导致增压锅炉锅筒受到频繁往复的应力冲击,管板区域产生较高的应力幅。长时间累计会使得锅筒产生塑性破坏以及低周疲劳的隐患,威胁人身以及设备安全。本文以船用增压锅炉锅筒为研究对象,着重解决了增压锅炉过热器管束壁温分布以及在应力场求解过程中求解耗时长的关键问题,并对锅筒在汽压波动工况下的应力分布特性进行了分析。对于过热器管束壁面温度问题,本文采用Fluent进行了流动传热数值模拟,计算求解得到了管束温度场,解决了管束区域由于温度无法测量而导致位移场计算不准确的难题;其次采用了体-壳单元组合建模方式进行了有限元建模,并与全实体单元有限元模型进行了对比,验证了此方法的精确度以及可靠性,解决了应力场求解过程中有限元模型网格节点数量大,求解时间长问题;最后基于体-壳单元组合模型考察了汽压波动过程中增压锅炉应力分布特性以及疲劳寿命。研究结果表明:过热器管束壁面温度沿轴向呈波动上升的趋势,轴向温差最大为95.52℃,周向温差最大为32.50℃,过热器管束第二排管束壁面温度最高,第二、三、四排壁面温度呈递减趋势;体-壳单元组合建模方式与全实体单元建模方式相比,两种模型管板处温度、应力、位移分布趋势基本相同,具有较高的计算精度,体-壳单元组合模型相较于全实体单元模型管束处网格节点数减少63.90%,计算时间减少了33.87%,达到了简化的目的;在汽压波动工况下,锅筒烟气辐射区热应力水平最高,危险点处应力值由于热应力与机械应力耦合时相互抵消,耦合应力最大值小于热应力最大值;在汽压波动工况下增压锅炉锅筒均满足强度要求,采用JB4732对增压锅炉疲劳寿命计算得到需许用循环次数为68386次。因此在实际运行过程中,要尽量避免压力大幅波动。

关键词： 镀金光栅(ACG)   温度场   应力场   光栅参数   多脉冲激光  

摘要： 飞秒激光烧蚀镀金光栅（ACG）表现为热熔融、热应力等损伤,由于烧蚀机制涉及到光场调制、热效应、场效应、薄膜损伤等,至今仍旧是该领域的研究重点。本文基于优化的双温模型,研究了飞秒激光辐照镀金光栅的动态过程,分析了镀金光栅的损伤机理,对进一步提高其损伤阈值（LIDT）并提升短脉冲高功率激光系统的性能具有一定的理论参考价值。具体的内容和结论如下:（1）定义与光场调制相关的吸收率,采用动态热物性参数和力学参数,引入光栅槽型相关的深度,并将Fower-Du Bridge（FD）电子发射理论作为边界条件,对经典的双温模型（TTM）进行优化,采用实验中的光栅元件和激光参数,计算了金膜上下表面的温度及应力分布和演化。结果显示,金膜上表面热熔融损伤阈值为0.54 J/cm2,与实验结果较吻合。而不考虑电子发射带来的能量损失时,热熔融损伤阈值将被低估31.5%。在辐照过程中,金膜下表面应力最大可达到0.3GPa,接近金膜的粘附强度,残余应力最大值位于山脊顶部。对于粘附强度较小的镀金光栅（约0.321 GPa）,初始损伤表现为气泡剥落等热应力机械损伤,与实验结果一致。此外,电子发射对于金膜下表面应力基本没有影响。（2）定义与槽型结构相关的吸收率调节系数,研究镀金光栅参数（金膜厚度、沟槽深度、占空比）对于温度场和应力场的影响。结果显示,金膜厚度对于热熔融损伤阈值基本没有影响。在一定范围内,金膜下表面热应力随金膜厚度的增加而增加,当薄膜增加到一定厚度时,应力基本恒定,说明在相同粘附强度下,厚度越大的镀金光栅更容易造成气泡剥落等力学损伤;沟槽深度对于温度和应力分布影响显著,随深度的增加,热熔融损伤阈值降低,下表面应力减小,说明在相同粘附强度下,沟槽深度越大的更容易造成热熔融初始损伤,越小的更容易造成热机械应力初始损伤;占空比对于热熔融损伤阈值影响很大,对于应力影响很小。（3）固定光栅元件参数,研究多脉冲激光（脉冲个数、间隔时间）对温度场和应力场的影响。结果显示,脉冲个数对电子和晶格温度造成了热量的累积现象,增加脉冲个数,热熔融损伤阈值减小,而应力基本不变;随着间隔时间的增加,对于晶格温度的累积效应减弱,间隔时间对于下表面应力基本没有影响。多脉冲激光束增大了初始损伤为热熔融损伤的可能性。

关键词： 位移电流   混凝土   应力   介质极化   谐振频率  

摘要： 现役和在建桥梁、水利、建筑等重要设施大部分为混凝土结构,近年来由于结构在使用过程出现建筑损坏、桥梁垮塌等问题,工程领域越来越重视混凝土结构的状态监测。混凝土应力是反映结构状态的一个重要参数,通过对混凝土的应力监测,可以评估其安全程度,提供有效的预警信息,对混凝土结构的安全运行具有深远意义。现有的混凝土应力监测技术存在价格高、安装不便、数据可靠性差等问题。因此,本文提出一种基于位移电流的新型混凝土应力监测技术,旨在为混凝土结构提供一种在成本和安装方面适用范围广且监测结果可信度高的应力监测手段。本研究将位移电流原理与电磁谐振原理相结合,将混凝土视为电介质材料,通过设计的应力传感结构和应力监测系统,监控受力状态下混凝土自身特性的变化,监测到的数据直接反映了混凝土的应力、水化程度、介电性质等特征。具体研究内容如下:1、从理论角度分析了混凝土微观结构和水泥水化过程对混凝土介电特性的影响规律,分析了龄期对混凝土介电特性的作用影响,分析了位移电流与混凝土介电特性间的关系,为理论模型的建立打下了基础。2、从理论上分析了基于位移电流的混凝土应力监测原理,分析了受力状态下混凝土的变形特性和介电特性的变化情况。将设计的应力传感结构视为电容模型,结合LC电磁谐振原理,建立了基于位移电流的混凝土应力监测模型,并对其进行了仿真分析。3、开展了混凝土在非受力状态下为期两个月监测试验,用于验证模型中混凝土介电特性与监测频率的关系,为长期的监测提供依据。开展了混凝土试件受荷试验,探究了混凝土应力监测模型的实用效果。通过理论分析和试验验证可以得到以下结论:随着龄期的增长,混凝土的相对介电常数逐渐减小,监测频率先逐渐增加,后趋于稳定,理论分析中水泥水化过程对混凝土介电常数和模型监测频率的影响规律与试验表现一致;随着应力的增加,监测频率逐渐减小,应力与频率呈现负相关关系,说明该技术监测混凝土应力变化时可以得到显著的响应。同时,通过对应力与频率数据拟合分析发现,应力与频率的数据拟合关系符合二次函数,且试验数据变化量与模型仿真分析的变化量相符,说明了理论分析的可行性和基于位移电流的混凝土应力监测技术进行实际应力监测具有良好的有效性。

关键词： 超声测量技术   应力   声弹性   结构钢   塑性变形   有限元  

摘要： 梁等钢结构是土木工程中主要的建筑结构,被广泛的应用于桥梁,体育场馆,机场航站楼等建筑中。在长期的服役过程中,应力集中或者重新分布是使结构失衡,材料产生缺陷的主要因素。对应力的早期评估对判断结构稳定性有重要的意义。依据弹性波在固体间传播的声弹性理论,本文通过超声波应力测量技术,对S235工字梁的应力分布以及影响声速的主要外界因素(纹理,塑性变形,微观结构)进行分析和讨论。基于固体力学和弹性力学理论,本课题利用COMSOL仿真软件建立了梁在三点弯曲下的三维仿真模型,在考虑到弹塑性阶段的材料的变形行为,计算并可视化塑性变形区域。然后依据范式屈服准则,选择了合适的负载区间,对模型的应力分布进行数值分析。在设计实验时,在零负载,150k N,以及加载200k N后移除负载三种状态下用超声应力测量系统进行测量,以此得到纹理,应力以及塑性变形对声速变化的影响,根据线弹性理论公式中弹性常数和超声极化横波声速的关系,将超过4%(长度方向)和7%(高度方向)的应力值归因于纹理和塑性变形的影响,以此对数据进行再处理。最后根据拉伸实验测得的钢S235试块的声弹性常数,计算得到了梁的上下翼缘与腹板的应力分布。由于在制造过程中,梁的内部的微观结构因为辊筒所施加负载的影响,产生残余应力,同样产生的还有纹理结构,它们的分布会受到辊筒尺寸的限制,呈现周期性分布。在实际测量中,微观结构以及纹理会对测量结果造成干扰,使得邻近的点的数值产生跳跃的变化,同样对测量结果产生影响的还有耦合剂的选择以及测量点位置的偏移。这都使得测量结果和理论计算的结果产生了明显的差异。在150k N负载作用下,应力集中区的声速产生了明显的变化,当加载200k N后在负载作用处梁的上翼缘以及腹板上方产生了明显的塑性变形,计算结果显示某些区域形成了新的残余应力分布。这些结论为在线测量以及实际工程应用场景中的应力测量技术提供科学依据。