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单齿裂纹行星轮系合成刚度的劣化特性

北京工业大学学报 2018年第2期44卷 170-178页

作者：张建宇吴帅刚黄胜军胥永刚北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124 北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心北京100124

行星轮系由于结构复杂,其齿面损伤对系统动态特性的影响不易评估,因而为行星轮系的故障诊断带来很大障碍.以某NGW21型行星齿轮减速器为研究对象,在内齿圈固定的前提下,研究了健康轮系的刚度合成方法以及齿面损伤条件下的刚度劣化行为.... 详细信息

行星轮系由于结构复杂,其齿面损伤对系统动态特性的影响不易评估,因而为行星轮系的故障诊断带来很大障碍.以某NGW21型行星齿轮减速器为研究对象,在内齿圈固定的前提下,研究了健康轮系的刚度合成方法以及齿面损伤条件下的刚度劣化行为.采用能量法获得了行星轮与太阳轮和内齿圈单独啮合时的刚度分布曲线,进而基于轮系内部的运动关系和各行星轮之间的相位关系,建立了多点同时啮合工况下的轮系刚度合成方法.针对太阳轮、内齿圈分别存在不同深度裂纹的情况,探讨了裂纹齿轮与行星轮单独啮合时的刚度分布,并最终对同一行星轮参与的内、外啮合刚度进行了合成.结果表明:太阳轮裂纹引起的整体刚度劣化更为明显,将更显著地影响行星轮系的响应特性.

关键词：行星轮系单齿裂纹合成刚度裂纹尺度劣化特性

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双齿根裂纹下的齿轮啮合刚度劣化特性研究

中国测试 2020年第5期46卷 127-133页

作者：张振陈春俊孙琦西南交通大学机械工程学院四川成都610031 西南交通大学轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室四川成都610031

为研究相邻双齿根裂纹故障下的直齿轮时变啮合刚度劣化特性,根据直齿轮啮合原理以及时变啮合刚度的变化特性,采用具有较高计算精度的势能法,对不同工况下的双齿根裂纹故障区间刚度以及双故障齿的双齿啮合周期刚度劣化特性进行仿真计算... 详细信息

为研究相邻双齿根裂纹故障下的直齿轮时变啮合刚度劣化特性,根据直齿轮啮合原理以及时变啮合刚度的变化特性,采用具有较高计算精度的势能法,对不同工况下的双齿根裂纹故障区间刚度以及双故障齿的双齿啮合周期刚度劣化特性进行仿真计算分析。结果表明,两故障齿的最大裂纹深度对故障区间刚度劣化率的影响占主导地位;在双故障齿的双齿啮合周期中,最先啮入的故障齿裂纹深度对该区间刚度劣化率的影响占主导地位。研究结论揭示直齿轮双齿根裂纹故障刚度劣化过程,可为齿根裂纹故障诊断与在线监测提供理论基础和指导。

关键词：齿轮齿根裂纹时变啮合刚度势能法劣化特性

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软岩筑坝堆石料劣化特性研究

长江科学院院报 2018年第3期35卷 75-78,91页

作者：黄泽安周跃峰何晓民张婷黄斌广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院南宁530023 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉430010

为全面了解软岩料的工程性质,以软岩筑坝堆石料为对象,针对其劣化前后的力学特性与设计参数开展了室内试验研究。基于不同围压与压实度条件下的试验研究,分析了堆石料强度与变形的劣化规律,建立了压实度与归一化强度、归一化变形模量的... 详细信息

为全面了解软岩料的工程性质,以软岩筑坝堆石料为对象,针对其劣化前后的力学特性与设计参数开展了室内试验研究。基于不同围压与压实度条件下的试验研究,分析了堆石料强度与变形的劣化规律,建立了压实度与归一化强度、归一化变形模量的关系,提出了堆石料的压实度控制指标。进一步结合水下休止角试验,针对堆石料的非线性强度尤其是低应力强度特性进行了分析。结果表明:劣化作用引起体积应变减小,劣化作用对模量的影响远大于对强度的影响;96%的压实度对于软岩填料而言较为合理,既保证了归一化的强度>0.9,归一化的变形模量>0.8,也确保了压实机械的效率;可采用击实样水下休止角试验来获得低应力状态下软岩填料强度参数,用三轴试验来获得的中高应力状态下软岩填料的强度得到软岩填料的非线性强度。研究成果可为正确评价软岩堆石坝的应力、变形规律和指导工程实践提供依据。

关键词：软岩堆石料劣化特性压实度非线性强度

酸性干湿循环作用灰岩腐蚀过程及强度劣化特性试验研究

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酸性干湿循环作用灰岩腐蚀过程及强度劣化特性试验研究

作者：曾建斌桂林理工大学

学位级别：硕士

长期以来,水-岩相互作用是岩土工程领域热门的研究课题。岩土体崩塌、滑坡等地质灾害的形成,均与水的长期作用密切相关。近年来,迅猛发展的工业带来环境恶化等问题。酸性降雨属其中一种影响。自然界日照及降雨往往交替进行,这种循环作... 详细信息

长期以来,水-岩相互作用是岩土工程领域热门的研究课题。岩土体崩塌、滑坡等地质灾害的形成,均与水的长期作用密切相关。近年来,迅猛发展的工业带来环境恶化等问题。酸性降雨属其中一种影响。自然界日照及降雨往往交替进行,这种循环作用将加剧岩石物理力学性质的劣化,导致地质灾害频发。为深入研究日照及降雨交替对岩石的劣化影响,设计并进行了石灰岩的干湿循环试验,并借助核磁共振、电感耦合等离子体原子发射光谱法等技术追踪试件的物理化学指标。通过对干湿循环后的单轴压缩试验、巴西劈裂试验的结果分析,得到各物理力学参数与干湿循环次数及作用环境间的关系。具体研究工作及成果如下:1.进行了两种规格灰岩试件的干湿循环试验。在pH为3、5的硫酸-硝酸混合液及蒸馏水（pH=7）环境下,对规格为Φ×H为48mm×30mm及48mm×100mm的灰岩试件进行0（自然烘干）、1、5、10次干湿循环试验。通过称量各干湿循环节点试件的质量并进行核磁共振试验分析灰岩质量损失、饱和吸水率及孔隙度变化与干湿循环次数n、pH之间的关系。结果表明:酸性作用环境可较明显地改变试件质量和吸水能力,反映在酸性作用环境的pH越小,质量阶段损失率及吸水率愈高,且随干湿循环次数n的增加,二者阶段改变幅度有所降低。核磁共振T2谱随n的增加明显右移,T2谱面积也显著增大。横向弛豫时间与T2谱面积表征的孔隙度与n正相关,在数值上与pH负相关。2.进行了干湿循环后的单轴压缩试验。将干湿循环后烘干的试件分批进行单轴压缩试验,形成应力-应变曲线,计算各试件的弹性模量及单轴抗压强度,描述灰岩试件受荷变形过程及最终破坏形式。多数灰岩试件的应力-应变曲线呈齿状上升,同一干湿循环节点时,溶液pH越小,弹性模量及单轴抗压强度愈小。同种pH下,干湿循环次数越多,弹性模量及单轴抗压强度的降幅也越大。表明酸性作用环境对弹性模量及单轴抗压强度的影响是明显的,试件的弹性模量及单轴抗压强度与干湿循环次数n呈对数关系,与pH呈正相关关系。3.进行了干湿循环后的巴西劈裂试验。通过采集试验数据得到灰岩试件的抗拉强度。属脆性岩石的灰岩,其单轴抗拉强度随干湿循环次数n降低,其降低幅度逐渐减小。拟合抗拉强度与浸泡溶液pH间的曲线,表明抗拉强度与溶液的pH具有正相关关系,同时也反映n越大,抗拉强度越低。4.进行了干湿循环后溶液元素质量浓度检测试验。对干湿循环浸泡后的溶液稀释100倍再进行元素质量浓度检测。检测元素中,Ca元素质量浓度最高,其次是Fe元素和Mg元素。通过分析Ca元素质量浓度与干湿循环次数n及pH的关系,表明Ca元素质量浓度随n的增长速率基本呈倍数增加。表明持续维持溶液pH,Ca元素的析出速率较为稳定。此外,Ca元素质量浓度与试件的单轴抗压强度及抗拉强度呈负相关关系。5.对各试件物理力学参数的劣化效果进行了对比。通过对各作用环境下物理力学参数随n的劣化函数归一化及求导,对比各物理力学参数随干湿循环次数的劣化程度。不同作用环境下,各参数的劣化效果为:pH=3时,单轴抗压强度＞弹性模量＞孔隙度＞单轴抗拉强度＞吸水率;pH=5时,单轴抗压强度＞弹性模量＞单轴抗拉强度＞孔隙度＞吸水率;pH=7时,单轴抗压强度＞弹性模量＞吸水率＞孔隙度＞单轴抗拉强度。6.干湿循环是岩石质量损失、孔隙增大、各元素质量浓度上升、物理力学性质指标劣化的重要条件,酸性作用环境进一步加速了各项指标的劣化进程。而干湿循环过程质量的损失、孔隙率的增加、元素质量浓度上升与岩样腐蚀阶段后的各物理力学指标具有对应关系:浸泡化学反应过程试件质量的损失即造成孔隙的增大,析出离子增多,整个岩样表层骨架支撑减弱,加之干湿循环造成的软化效应,最终物理力学指标劣化。以上各指标变化趋势中,酸性愈强,各项指标随干湿循环次数变化愈明显。

关键词：灰岩腐蚀干湿循环酸性环境劣化特性

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三峡库区火焰石库岸岩体劣化特性研究

三峡库区火焰石库岸岩体劣化特性研究

作者：王关耕三峡大学

学位级别：硕士

三峡库区库水位周期性的升降作用导致库岸岩体不断损伤劣化,影响岸坡稳定性,导致滑坡、崩塌等地质灾害,严重危害长江航道及沿岸居民的生命财产安全。本文以三峡库区火焰石库岸为研究对象,针对其劣化现象进行现场勘测调查,开展原位试验... 详细信息

三峡库区库水位周期性的升降作用导致库岸岩体不断损伤劣化,影响岸坡稳定性,导致滑坡、崩塌等地质灾害,严重危害长江航道及沿岸居民的生命财产安全。本文以三峡库区火焰石库岸为研究对象,针对其劣化现象进行现场勘测调查,开展原位试验和室内试验,采用宏细观相结合的方法,从岩体结构、构造、强度、矿物组成、孔隙结构等方面分析劣化现象,总结劣化规律,解释劣化现象形成的原因,揭示火焰石库岸岩体的劣化机理。主要内容如下:（1）以火焰石库岸为研究对象,进行了现场勘测调查,火焰石库岸为斜顺向坡,地层岩性主要为三叠系下统大冶组（Td）中厚层灰岩、泥灰岩及三叠系中统嘉陵江组第二段（Tj）含燧石结核灰岩。根据劣化现象将其分为层理型劣化、断层型劣化、溶蚀型劣化三类。（2）对火焰石库岸段取样,进行了吸水性试验、波速测试、孔隙度测试、薄片鉴定、点荷载试验、单轴压缩试验,开展了岩石基本物性、矿物成分、力学特性研究。结果表明火焰石库岸浅表层岩石受干湿循环作用较为强烈;岩石孔隙度与饱水率,波速有较好的对应关系;孔隙度越大,饱水率越高,波速越低。薄片鉴定表明火焰石库岸岩石矿物成分主要为方解石、白云石,其次为黏土矿物、燧石、不透明矿物。经过薄片鉴定,库岸岩性可分为燧石结核灰岩、灰岩、白云岩、泥灰岩4类;其中燧石结核灰岩、灰岩、白云岩在强度方面劣化较为轻微,仍属于硬质岩;断层和夹层处的泥灰岩强度劣化严重达47%,已劣化为软弱夹层。岩石中的方解石岩脉对岩石的力学性质存在一定影响,含方解石岩脉的岩石力学强度要低于其他岩石。火焰石库岸消落带标准圆柱样岩石在单轴受压下,破坏模式为劈裂破坏,破坏特征为一条贯穿试样的垂直裂隙;当含有方解石岩脉时,则会沿方解石岩脉与岩石的交界面或方解石岩脉内部形成贯通裂隙破坏;方解石岩脉作为岩石的软弱结构面影响着岩石强度与破坏特征。（3）采用钻孔成像技术、钻孔波速技术调查了岩体内部劣化情况。结果表明浅表层岩体较为破碎,波速低,深部岩体完整性好,波速接近岩石波速,劣化主要发生在岩体的浅表层,深部岩体受劣化影响小,其原因是表层岩体受温度变化、风化、机械冲蚀、干湿循环作用更为强烈。根据内部岩体距表层岩体的距离,可依次将岩体内部划分为破碎区、损伤区和原岩区。（4）基于核磁共振技术,研究了在干湿循环作用下岩石的孔隙结构演化规律,结果表明随着干湿循环次数的增加,岩石孔隙度不断增加,总劣化度不断变大,阶段劣化度却在不断减小,最后孔隙结构会趋于稳定。孔隙结构的演化规律为小孔径、小孔喉变迁为中孔径、中孔喉;同时伴有新的次生小孔径、小孔喉生成。相较于完好岩石,节理裂隙会加剧岩石受干湿循环作用的影响,含节理裂隙的岩石劣化幅度会更大。（5）基于现场调查、室内室外试验结果对火焰石库岸岩体劣化机理进行了研究。在库水位周期性升降作用下,岩体的组构、节理裂隙结构面、岩性、矿物成分控制着岩体表现出不同的劣化现象。对于层理状岩体,在干湿循环、机械冲蚀、裂隙切割下将形成沿层理面逐层剥蚀劣化的现象;若层理发育的部位岩性为纯灰岩,则因方解石和白云石的差异性溶蚀会形成沿层理面凹槽型劣化的现象。当岩层为泥灰岩且原生构造裂隙较发育时,泥灰岩在受机械冲蚀、溶蚀作用、风化作用后使岩层抗剪强度出现显著劣化,在上部岩体重力荷载作用下沿层面滑移形成劣化断层。当燧石结核灰岩、灰岩岩层因地质构造作用存在裂隙时,岩溶水将沿裂隙渗入与流出,在岩溶水长时间的溶蚀作用下,岩石钙质部分溶蚀后被流动的库水带走,留下不溶性硅质部分,岩溶水在裂隙处长期循环流通,溶蚀岩体,使裂隙不断扩张延伸,形成溶蚀型劣化。

关键词：三峡库区岩体劣化劣化特性劣化机理

巴中地区白龙组砂岩干湿循环作用下劣化特性研究

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巴中地区白龙组砂岩干湿循环作用下劣化特性研究

作者：滕强西南交通大学

学位级别：硕士

砂岩属于沉积岩类，主要由陆源碎屑物及胶结物组成，巴中地区砂岩分布广泛，区内涵盖雕刻在白龙组砂岩层上的南龛石窟。目前，砂岩的风化问题仍普遍存在且危害严重。南龛石窟砂岩经受日晒、风蚀、雨淋、生物作用等多种环境因素变化，产... 详细信息

砂岩属于沉积岩类，主要由陆源碎屑物及胶结物组成，巴中地区砂岩分布广泛，区内涵盖雕刻在白龙组砂岩层上的南龛石窟。目前，砂岩的风化问题仍普遍存在且危害严重。南龛石窟砂岩经受日晒、风蚀、雨淋、生物作用等多种环境因素变化，产生了一系列的劣化影响，导致石窟产生如粉化剥落、渗水病害，其中“日晒—雨淋”循环作用是存在时间最长的环境影响因素，但这种干湿循环环境条件会对南龛石窟砂岩哪些方面产生劣化影响以及影响程度如何，目前尚不明确。因此研究干湿循环作用对巴中地区砂岩的劣化特性具有一定意义，对石窟砂岩的深入研究提供一定理论参考。　　基于巴中地区白垩系白龙组砂岩，本文通过XRD、XRF试验分析了砂岩矿物含量，开展了干湿循环条件下砂岩物理特性劣化试验，得出干湿循环作用下砂岩物理指标的劣化规律;通过SEM、矿物成分变化及溶液阳离子试验分析了干湿循环对砂岩劣化机制的影响。开展了砂岩单轴力学试验，得出干湿循环条件下对砂岩单轴力学指标的劣化规律;基于损伤变量构建了干湿循环条件下砂岩单轴力学本构模型，通过 PFC2D模拟了干湿循环作用下砂岩细观层面劣化影响。本文的研究取得的成果如下：　　（1）砂岩饱和吸水率、质量损伤率、孔隙率总体上随干湿循环次数的增加而升高，且主要集中于前中期循环阶段，后期循环的影响不如前中期显著，采用负指数函数模型进行拟合，能较好地体现干湿循环作用对饱和吸水率、质量损伤率、孔隙率劣化规律。砂岩纵波波速损失主要发生于干湿循环作用前期，与饱和吸水率等物理指标的变化规律基本一致。　　（2）SEM 图像表明，干湿循环作用下砂岩内部颗粒空间分布由均匀逐渐变为离散，表面平整度变低，起伏度变大，颗粒之间胶结物充填逐渐变弱，粒间裂隙逐渐发育，颗粒间可溶性矿物颗粒不断剥落，微裂隙、小孔隙逐渐连通发育为较大剥落孔隙。随干湿循环次数增加，砂岩矿物成分中石英的相对含量逐渐升高，而钾长石、斜长石、方解石及部分黏土矿物的相对含量逐渐降低;砂岩中有部分矿物在干湿循环条件下发生溶蚀反应，矿物溶解量为方解石＞部分黏土矿物＞钾长石＞钠长石。　　（3）砂岩单轴抗压强度、弹性模量及割线模量等指标随干湿循环次数增加逐渐降低，且干湿循环作用的劣化影响更多地集中在前期，后期劣化作用逐渐降低;而峰值应变总体上呈现增大趋势。干湿循环作用对各力学参数影响程度各不相同：干燥状态下为割线模量＞单轴抗压强度＞弹性模量;饱水状态下则是割线模量＞弹性模量＞单轴抗压强度。基于Weibull统计分布理论的损伤变量与等面积圆广义米赛斯准则而构建的考虑压密段的砂岩单轴损伤本构模型，能较好地描述干湿循环作用下砂岩应力-应变试验曲线特征，吻合度较高。　　（4）PFC2D模拟结果表明，干湿循环作用下砂岩单轴应力-应变曲线与室内试验弹性阶段的应力-应变曲线具有基本一致的趋势，且单轴抗压强度、弹性模量模拟值接近室内实际试验值。干湿循环作用下砂岩颗粒接触网络均沿一定倾角的斜面产生断裂破坏，但断裂形态不完全相同;砂岩细观颗粒接触断裂数目整体上呈现随干湿循环次数增加而增多的趋势，细观颗粒接触力最大值随干湿循环次数增加而逐渐降低。砂岩单轴压缩过程中产生的裂纹主要集中于中部，边缘产生的裂纹较少，表现为中间主断裂，随干湿循环次数增加，产生的次断裂也随之增加，逐渐形成“X”型断裂破坏，并且绝大多数裂纹为张拉型裂纹，且随干湿循环次数增加，总裂纹数逐渐增多，饱水状态下砂岩破坏产生的总裂纹数明显多于干燥状态。干湿循环次数增加导致砂岩实际、细观抗压强度与弹性模量均降低，从而造成细观模拟中输入能量与平行黏结应变能逐渐降低。

关键词：砂岩干湿循环劣化特性本构模型颗粒流

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冻融作用下高填方黄土抗剪强度劣化特性分析

岩土工程技术 2023年第5期37卷 609-613页

作者：孙杰龙王弘起李盛斌李大卫邱明明延安大学建筑工程学院陕西延安716000 陕西建工第十三建设集团有限公司陕西延安716000

以延安新区高填方黄土为研究对象,开展了冻融作用下高填方黄土抗剪强度试验研究,分析了冻融作用对高填方黄土抗剪强度指标影响规律及其劣化特性。结果表明,冻融作用下高填方黄土黏聚力随冻融循环次数增加而逐渐减小,第4次冻融后黏聚力... 详细信息

以延安新区高填方黄土为研究对象,开展了冻融作用下高填方黄土抗剪强度试验研究,分析了冻融作用对高填方黄土抗剪强度指标影响规律及其劣化特性。结果表明,冻融作用下高填方黄土黏聚力随冻融循环次数增加而逐渐减小,第4次冻融后黏聚力损伤增量达到最大,之后随着冻融继续进行,黏聚力损伤增量逐渐减小;干密度相同时,含水率越小黏聚力越大,且在冻融作用下含水率越小,黏聚力劣化幅值和速率越大,冻融作用下内摩擦角没有明显规律性变化。给出了冻融作用下高填方黄土黏聚力损伤劣化模型,并利用独立试验数据进行了验证,结果表明该模型能较好地描述冻融作用下高填方黄土黏聚力劣化特征。

关键词：冻融高填方黄土抗剪强度劣化特性

交直流叠加电压下动车组支撑电容油纸绝缘劣化特性研究

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铁道机车与动车 2021年第5期 5-8,18页

作者：杨盼奎李燕德江斌贾步超邓艳俊邢立勐中车青岛四方股份有限公司山东青岛266111 株洲中车时代电气股份有限公司湖南株洲412001 西南交通大学电气工程学院四川成都611756

动车组支撑电容会出现支撑电容提前失效现象,通过在不同比例交直流叠加电压下进行支撑电容极与壳之间的局部放电试验,分析了随着交直流比例的改变,支撑电容起始放电电压、平均放电量、耐压强度等参数的变化规律。研究结果表明:工作电压... 详细信息

动车组支撑电容会出现支撑电容提前失效现象,通过在不同比例交直流叠加电压下进行支撑电容极与壳之间的局部放电试验,分析了随着交直流比例的改变,支撑电容起始放电电压、平均放电量、耐压强度等参数的变化规律。研究结果表明:工作电压中交流分量的出现,将降低支撑电容的起始放电电压及耐压强度;而交流电压分量的比例α与耐压时间成指数关系,可作为评估支撑电容使用寿命的指标。

关键词：高速铁路劣化特性试验研究支撑电容交直流叠加电压

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短纤维对抗冻劣化特性影响的研究

铁道标准设计 2002年第2期22卷 49-51页

作者：彭程镇江市润通交通工程监理咨询有限公司江苏镇江212005

采用真空成型的手段 ,大大减少了纤维的引气性 ,来研究短纤维对水泥基材料的抗冻劣化性能的影响。冻融实验结果表明 ,短纤维虽然不能完全阻止材料的劣化 ,但是却延缓了冻融破坏的速率。

关键词：抗冻引气冻融破坏水泥基材料短纤维劣化特性成型真空速率