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高地应力下大型地下洞室拱形优化研究

应用力学学报 2005年第4期22卷 661-664页

作者：石广斌李宁西安理工大学

高地应力区的大型洞室开挖会引起洞室拱周附近围岩应力集中和塑性区加大以及塑性应变的增加,但过高的应力集中会增加岩爆发生的几率,塑性区的加深会促使围岩失稳;洞室拱形形状会影响围岩应力集中和塑性区大小的分布,因此,以某高地应力... 详细信息

高地应力区的大型洞室开挖会引起洞室拱周附近围岩应力集中和塑性区加大以及塑性应变的增加,但过高的应力集中会增加岩爆发生的几率,塑性区的加深会促使围岩失稳;洞室拱形形状会影响围岩应力集中和塑性区大小的分布,因此,以某高地应力下的大型发电洞岩体地质资料为依托,用弹塑性有限元分析高地应力地下大型发电洞室常采用的3种洞室拱形(即单心圆拱、三心圆拱和椭圆拱)对拱部围岩应力的影响,计算结果表明这种影响是非常明显的,有的应力集中系数达到3.33,无论采用哪种拱形,均避不开拱座附近应力集中现象。根据开挖后拱部围岩的塑性耗散能可以判断,无论初始地应力侧压系数是多少,椭圆拱是最优的,其次是三心圆拱。

关键词：高地应力大型地下洞室拱形优化有限元塑性耗散能

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张力机构设计的塑性耗能原理

机械设计 1994年第1期11卷 11-14页

作者：张元山王洪欣新沂市炮车机械厂中国矿业大学

利用弹性力学与塑性力学的有关理论,深入地研究了理想塑性材料在平面应变假设下,大曲率拉力弯曲工况中的塑性耗散能及拉力函数。理论分析表明,当理想塑性材料大曲率绕过多轮子机构时,其轴向张力的大小正比于塑性变形的次数,而反比于支... 详细信息

利用弹性力学与塑性力学的有关理论,深入地研究了理想塑性材料在平面应变假设下,大曲率拉力弯曲工况中的塑性耗散能及拉力函数。理论分析表明,当理想塑性材料大曲率绕过多轮子机构时,其轴向张力的大小正比于塑性变形的次数,而反比于支承轮子的工作半径,且与缠绕于轮子上的包角大小无关。

关键词：张力机构塑性耗散能矿井提升容器

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利用搓滚热对微电机轴进行表面淬火的探讨

微电机 2007年第4期40卷 90-93页

作者：张成玉汤双清三峡大学机械与材料学院宜昌443002

提出直接利用搓滚加工微型电机轴过程中产生的热量对其进行表面淬火处理,使表面淬火工艺和加工过程一体化,减小了轴的变形,减少了生产工序,降低了成本和污染,提高了加工效率。搓滚热量主要来源于搓滚过程中的塑性耗散能和弹性滞后能。... 详细信息

提出直接利用搓滚加工微型电机轴过程中产生的热量对其进行表面淬火处理,使表面淬火工艺和加工过程一体化,减小了轴的变形,减少了生产工序,降低了成本和污染,提高了加工效率。搓滚热量主要来源于搓滚过程中的塑性耗散能和弹性滞后能。在受力分析的基础上,导出了搓滚热量计算公式;分析了工件的温度场,初步探讨了搓滚工艺参数对表面淬火的影响。

关键词：微电机轴搓滚热量表面淬火塑性耗散能弹性滞后能

水电站地下厂房渗流与稳定性及支护优化方法研究

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水电站地下厂房渗流与稳定性及支护优化方法研究

作者：田政海湖南大学

学位级别：硕士

水电站地下厂房区的渗控排水方案、洞室群围岩稳定性、地下洞室群的分期开挖方案及锚固支护方案优化设计一直是工程界所关注的重要问题之一，岩石和岩体结构及其赋存状态、赋存条件复杂多变，且水电站地下厂房洞室群规模宏大、单体洞室... 详细信息

水电站地下厂房区的渗控排水方案、洞室群围岩稳定性、地下洞室群的分期开挖方案及锚固支护方案优化设计一直是工程界所关注的重要问题之一，岩石和岩体结构及其赋存状态、赋存条件复杂多变，且水电站地下厂房洞室群规模宏大、单体洞室尺寸很大，因此深入探讨渗流有限元分析及洞室群围岩稳定性三维非线性有限元分析方法，选择合理有效的地下厂房区的渗控排水方案、地下洞室群的分期开挖方案及锚固支护方案，对指导水电站地下厂房设计与施工具有重要的理论和工程实际意义。本文在深入研究向家坝水电站地下厂房区工程地质、水文地质及岩体工程性质的基础上，根据岩体渗透结构特征，采用双重裂隙系统渗流模型开发了渗流分析的有限元程序，并以此分析了向家坝水电站地下厂房防渗帷幕、排水系统的不同布置组合方式的防渗排水效果，确定了地下厂房区域的合理渗控方案;提出了应用开挖后围岩最终的塑性散耗能大小来评估不同施工开挖方式优劣的分期开挖优化评估方法，并将之应用于地下厂房围岩稳定性有限元分析，效果良好;基于增量荷载变刚度法，采用三维非线性弹塑性有限元方法与弹塑性损伤应力的本构关系，模拟分析了三种分期开挖方案多步开挖过程的围岩应力扰动、塑性耗散能、围岩塑性破坏区大小与洞周位移的变化规律，优化了分期开挖方案，具有重要的工程实用价值;根据优化后的洞室群分期开挖方案，拟定了三种锚固支护方案，针对以往数值分析中采用一般杆单元模拟锚杆的作用而过于简单的缺点，采用隐式锚索单元和隐式锚杆柱单元模拟锚索和锚杆的支护效应，分析了不同锚固支护方案对围岩塑性破坏区分布、锚杆与锚索应力分布与洞周位移分布的影响，确定了合理的锚固支护方案。理论分析与工程实践表明，本文对水电站地下厂房洞室群围岩稳定性分析与渗流分析方法是合理而有效的，具有明显的工程实用价值。

关键词：渗流弹塑性有限元围岩稳定性锚固支护塑性耗散能优化

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基于能量原理的隧道围岩与支护作用机制研究

基于能量原理的隧道围岩与支护作用机制研究

作者：劳志伟西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,随着西部地区大量铁路和公路隧道的建设,涌现了许多深埋超长隧道,出现了大量高地应力作用下的软岩大变形和岩爆等地质灾害,以强度为主的设计理论和支护体系由于未能兼容考虑围岩和结构的位移-应力(能量)释放机制而存在不足,导致... 详细信息

近年来,随着西部地区大量铁路和公路隧道的建设,涌现了许多深埋超长隧道,出现了大量高地应力作用下的软岩大变形和岩爆等地质灾害,以强度为主的设计理论和支护体系由于未能兼容考虑围岩和结构的位移-应力(能量)释放机制而存在不足,导致支护频频破坏,反复拆换。围岩与支护的应力调整必须借助位移才能完成,这本质上正是能量的转移、耗散、吸收和释放过程。所以,研究隧道围岩及其与支护相互作用的能量演化规律,助力隧道变形控制与设计理论的发展具有重要的意义。本文基于能量原理,综合运用理论分析、解析计算、数值模拟、模型实验的方法,对围岩弹性应变能的计算方法、无支护洞室围岩能量的聚集和耗散机制以及围岩与支护结构相互作用的能量演化机制进行研究,主要研究内容和成果如下:(1)分析了弹性体变形过程中的能量计算以及岩石变形破坏过程中的能量演化机制和弹性应变能密度计算方法,然后结合平面应变圆型洞室的应力解析解,得到了围岩弹性应变能密度表达式,进一步对围岩弹性应变能密度表达式积分推导了围岩塑性区和弹性区范围内的弹性应变能计算式。(2)通过相似模型试验对无支护洞室应力场和位移场进行模拟,根据围岩稳定过程中的应力和位移变化规律分析围岩能量的演化情况,然后在确定现有能量指标的基础上定义了相关能量指标,并结合数值分析方法研究了不同侧压力系数下洞室开挖后围岩的能量演化机制,得到了围岩弹性应变能和塑性耗散能的分布与演化规律。(3)结合支护结构承载力极限状态的判据,通过模型试验对不同侧压力系数下支护结构的内力和位移进行了分析,并将数值模拟方法得到的结果与试验相关结果进行相互验证。然后使用荷载增量法分析了不同侧压力系数、围岩级别和支护厚度情况下的支护结构极限应变能,拟合了多因素影响下的支护结构极限应变能计算式,进一步通过应力释放法研究了围岩与支护相互作用的能量演化机制,给出了一种基于支护结构极限应变能的初期支护喷层厚度设计方法。

关键词：能量演化弹性应变能塑性耗散能极限应变能模型试验支护设计

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爆炸荷载作用下工字钢梁非线性有限元分析

钢结构 2009年第3期24卷 36-40页

作者：刘明路赵金城赖鹏邦靳猛上海交通大学土木工程系上海200240

利用大型通用有限元软件ABAQUS对工字钢梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值计算,分析过程中考虑了应变速率对钢材性能的影响。通过调整爆炸荷载的施加方式和工字钢梁支座边界等参数,得到了爆炸荷载作用下,工字钢梁在不同条件下的跨... 详细信息

利用大型通用有限元软件ABAQUS对工字钢梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值计算,分析过程中考虑了应变速率对钢材性能的影响。通过调整爆炸荷载的施加方式和工字钢梁支座边界等参数,得到了爆炸荷载作用下,工字钢梁在不同条件下的跨中位移响应、破坏形态、跨中Mises应力变化与时间的关系和梁中塑性耗散能的变化,并对结果进行了分析比较。

关键词：爆炸荷载应变率破坏形态有限元塑性耗散能