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400MN多向模锻液压机承载结构的普通模锻工作性能分析

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锻压技术 2016年第3期41卷 54-58页

作者：王文杰林峰张磊王欣清华大学机械工程系北京100084

采用预应力钢丝缠绕正交预紧机架作为承载结构的多向模锻液压机进行单一垂直方向的普通模锻工艺时,垂直油缸提供的加载力被直接施加于毛坯件表面。由于所加工毛坯件的温度偏差、材质不均、形状不对称性等多种因素的影响,多向模锻液压机... 详细信息

采用预应力钢丝缠绕正交预紧机架作为承载结构的多向模锻液压机进行单一垂直方向的普通模锻工艺时,垂直油缸提供的加载力被直接施加于毛坯件表面。由于所加工毛坯件的温度偏差、材质不均、形状不对称性等多种因素的影响,多向模锻液压机承载结构必然会出现偏心载荷状态,工况危险。因此,利用有限元分析方法和1:10模型试验,对400 MN多向模锻液压机承载结构在3种偏心载荷状态(前偏载、右偏载、斜向偏载)下的工作性能进行研究,得出在偏载状态下预应力钢丝缠绕正交预紧机架的变形特性与承载能力可以满足400 MN多向模锻液液压机的承载需求。

关键词：多向模锻承载结构预应力正交预紧机架偏载

基于围岩渐进破坏的深部巷道承载结构演化分析

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金属矿山 2011年第5期40卷 44-48页

作者：惠功领宋锦虎靖洪文中国矿业大学河南城建学院东南大学

针对深部巷道的变形特点,提出采用围岩渐进破坏的计算方法进行研究,通过对ANSYS进行二次开发,编制了基于围岩渐进破坏的有限元计算程序,然后根据平煤四矿地质资料建立模型进行计算分析。获得了有支护和无支护情况下顶板应力的变化过程,... 详细信息

针对深部巷道的变形特点,提出采用围岩渐进破坏的计算方法进行研究,通过对ANSYS进行二次开发,编制了基于围岩渐进破坏的有限元计算程序,然后根据平煤四矿地质资料建立模型进行计算分析。获得了有支护和无支护情况下顶板应力的变化过程,并结合帮部综合分析了围岩承载结构的演化规律。计算结果显示:围岩承载结构的演化具有明显的持续性和阶段性特征,无支护时可划分为调整变化阶段、稳定变化阶段和加速变化阶段,有支护时加速变化阶段转化为稳定阶段,帮部是承载结构演化的关键部位。由此说明:对深部巷道的支护需运用动态过程性原理对支护施工进行优化,并且注意对关键部位加强支护,从而实现深部巷道的长期稳定。

关键词：深部巷道承载结构渐进破坏过程控制数值计算

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深部软岩巷道承载结构耦合分析及其合理控制

深部软岩巷道承载结构耦合分析及其合理控制

作者：赵彦安徽理工大学

学位级别：硕士

深部软岩巷道具有变形大、地压大以及支护困难等特点,深部软岩巷道的破坏主要是由于围岩与支护体力学特性不耦合引起的,极易从一个部位开始,迅速蔓延至整个支护系统,导致其失去稳定性。所以对深部软岩巷道的承载结构的耦合特性进行研究... 详细信息

深部软岩巷道具有变形大、地压大以及支护困难等特点,深部软岩巷道的破坏主要是由于围岩与支护体力学特性不耦合引起的,极易从一个部位开始,迅速蔓延至整个支护系统,导致其失去稳定性。所以对深部软岩巷道的承载结构的耦合特性进行研究有着重要的现实意义。本文针对深部软岩巷道,建立支护体与围岩承载结构之间的力学特性模型,利用弹塑性理论,求得围岩在其承载范围内的破碎区、塑性区等范围应力与位移表达式。对其结构进行分析,在围岩的承载位置与参数的基础上,讨论围岩与支护体的强度以及结构参数的影响。从宏观的角度对围岩的承载结构与支护体承载结构之间在刚度、强度以及结构上的耦合关系进行分析。在强度方面,支护力、残余强度对实现围岩承载结构耦合有着重要作用,确定了二次合理支护时间,实现了承载结构在时间和强度上的耦合。在围岩与支护体刚度上,对支护体采用的锚索、锚杆以及注浆等技术手段进行分析,对围岩的强度以及围压、应力状态等进行分析,实现围岩结构与刚度的耦合,达到减小围岩的结构扩展以及提高其自身的强度和承载能力的效果。利用FLAC3D数值模拟,并结合芦岭矿Ⅲ一采区石门实例进行深入研究,探求应力、位移以及塑性等方面的结果分析。经过深入的分析研究,验证了耦合的实际意义。并结合现场的实际观测,验证了本文研究的正确性,对工程实践有着重要的指导意义。

关键词：深部软岩承载结构耦合力学模型 FLAC3D

基于PBM的某客车承载结构简化建模及优化设计研究

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基于PBM的某客车承载结构简化建模及优化设计研究

作者：尹颖吉林大学

学位级别：硕士

结构设计总体上包括两个阶段：详细设计阶段和概念设计阶段。传统的结构设计相对更加注重详细设计，大部分时间和精力都花费在具体设计中的结构改进和尺寸优化上。事实上设计的初期也很重要。如果能从设计的开始阶段就建立能反映结构性... 详细信息

结构设计总体上包括两个阶段：详细设计阶段和概念设计阶段。传统的结构设计相对更加注重详细设计，大部分时间和精力都花费在具体设计中的结构改进和尺寸优化上。事实上设计的初期也很重要。如果能从设计的开始阶段就建立能反映结构性能的简化模型，运用CAE分析方法和优化算法对简化模型进行分析和优化，可以为后续的具体设计起到指导作用，避免在详细设计时进行反复的修改，有利于节约时间，提高效率。本文研究了基于PBM的结构简化建模方法，并以某半承载式客车为例，采用基于PBM的简化方法对主要承载结构进行了简化。在简化模型的基础上，进行了针对多个目标的结构优化。在结构设计的初期，通常没有具体的截面形状，无法得到详细的结构几何模型。想要在此阶段进行结构分析和优化，就要寻找一种不受截面具体形状的约束，但是又能表达结构力学特性的简化方法。本文研究了基于PBM的结构简化方法，重点对梁结构的简化进行了研究。基于PBM的结构简化方法以刚度等效为出发点，对于梁构件，将其简化为由四个截面特性参数来定义的简单梁单元。四个截面特性参数分别为：截面的面积，对两个方向的惯性矩，以及截面的扭转常数，均通过已知结构在拉伸、扭转、弯曲情况下的相应位移和转角进行反求获得。运用基于PBM的结构简化方法，对任意的梁构件进行了简化，比较了简化模型和详细模型在相同约束和加载下的位移，发现最大误差只有3.455%，由此验证了简化方法的可行性。本文以某半承载式客车的车身为研究对象，用基于PBM的结构简化方法对其主要承载结构进行了简化。半承载客车的主要承载部位是底架，因此对底架部分包括前后纵梁和行李舱等部位的梁结构进行了简化。将简化车身模型和原详细模型的基本性能进行了对比，分析了强度、刚度以及低阶模态，得到的误差均满足设计初期的精度要求，证明了此简化模型的有效性。以简化后的车身模型为基础，对客车车身进行了针对多个目标的结构优化。实际的结构设计通常不是单目标优化，而是有多个不同的优化目标，这些目标之间很有可能会互相冲突，因此要寻找多个目标间的平衡。本文对客车车身的优化以提高弯曲、扭转刚度和一阶扭转模态为目标，以制动和转弯工况下的最大应力为约束条件。通过对参数进行灵敏度分析选择设计变量，在底架简化梁结构的定义参数中，综合选择了对三个目标函数都比较灵敏的四个参数作为设计变量。为了节省时间，避免大量的仿真运算，采用多项式响应面近似建模方法建立了目标函数和约束函数的近似模型，并对近似模型进行了误差分析，结果表明近似模型的R2和Radj2都很接近1，模型能够对响应进行很好的拟合。最后采用NSGA-II遗传算法，对简化模型进行了多目标优化，三个目标函数均得到了一定程度的提高，并获得了Pareto最优解集。本文提出的在PBM简化模型的基础上进行结构优化的方法，为设计初期的结构改进提供了一种可行的办法。可以继续对其进行探索和完善，使结构优化真正贯穿到结构设计的整个过程。

关键词：承载结构简化建模多目标优化

非重叠矿柱支撑延伸开采空区承载结构优化研究

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非重叠矿柱支撑延伸开采空区承载结构优化研究

作者：卞浩然华南理工大学

学位级别：硕士

空区稳定直接关系矿山生产安全。房柱法遗留空区承载结构主要为点状矿柱-顶板承载系统。由于地下岩体结构复杂,延伸开采过程中会形成非重叠矿柱支撑的空区。非重叠矿柱现象会增大空区承载结构荷载,导致空区承载结构岩体超过其极限强度,... 详细信息

空区稳定直接关系矿山生产安全。房柱法遗留空区承载结构主要为点状矿柱-顶板承载系统。由于地下岩体结构复杂,延伸开采过程中会形成非重叠矿柱支撑的空区。非重叠矿柱现象会增大空区承载结构荷载,导致空区承载结构岩体超过其极限强度,引发顶板冒落、矿柱滑移等事故,造成重大人员和设备损失。因此,开展非重叠矿柱支撑的延伸开采空区承载结构优化研究,对保证矿山安全生产具有十分重要的意义。论文以某地下石灰石矿山延伸开采空区承载结构为研究对象,在现场调查基础上,综合理论分析、数值模拟和工程验证等方法,开展非重叠矿柱支撑条件下的空区承载结构系统优化和参数优化研究。论文的主要工作如下:(1)分析非重叠矿柱支撑空区承载结构稳定性影响因素,包括工程地质因素、外部荷载因素以及内部结构因素;实地调查某地下石灰石矿山,获取空区承载结构的赋存环境、岩体性质、不重叠矿柱占比、结构类型以及尺寸参数。(2)构建点状矿柱-顶板空区承载结构力学模型,研究不重叠矿柱条件下空区承载结构应力分布特征,推导承载系统的最大应力表达式,给出表征承载系统稳定性综合安全系数,分析承载系统综合安全系数与矿柱不重叠尺寸、空区跨度比和空区暴露面积等因素之间的关系。(3)构建条带矿柱-顶板承载空区系统力学模型,研究不重叠矿柱条件下空区承载结构应力分布特征,给出承载系统的最大应力和综合安全系数计算式,分析承载系统综合安全系数与矿柱不重叠尺寸和空区跨度等因素之间的关系,结合点状矿柱-顶板承载系统计算结果,分析不同矿柱不重叠程度与不同荷载条件下承载结构系统优化效果。(4)综合考虑顶板和矿柱安全系数,提出基于非重叠矿柱空区的延伸开采空区承载结构参数计算方法,建立某地下石灰石矿山的三维地质仿真数值模型,研究复杂空区的承载系统位移、应力的分布特征及变化规律,优化空区承载结构参数。论文研究成果将为地下矿山延伸开采提供理论指导,具有十分重要的工程应用价值。

关键词：非重叠矿柱空区承载结构系统优化参数优化

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基于有限元法研究高空飞翔游乐设备承载结构

基于有限元法研究高空飞翔游乐设备承载结构

作者：王宁沈阳大学

学位级别：硕士

高空飞翔游乐设备是当今游乐园中很常见的一种游乐设备,由于高空飞翔承载结构高耸,结构形式复杂,所以在高空飞翔结构设计时不仅要考虑满足高耸结构的一般结构性能,还要考虑高空飞翔结构的变形和安全性能。因此必须对高空飞翔进行全面的... 详细信息

高空飞翔游乐设备是当今游乐园中很常见的一种游乐设备,由于高空飞翔承载结构高耸,结构形式复杂,所以在高空飞翔结构设计时不仅要考虑满足高耸结构的一般结构性能,还要考虑高空飞翔结构的变形和安全性能。因此必须对高空飞翔进行全面的静力学和动力学分析,确保其结构的受力、变形和安全性能能否满足标准要求。本文选用的高空飞翔设备高度为39m(不含避雷针高度),承载人数为30人。运行高度为25m,静态时回转半径为16.2m,运行时回转半径为28.2m,在同类游乐设备中属于较高的结构。在有限元ANSYS软件中建立高空飞翔结构塔架和旋转机构的有限元参数化模型,合理的施加约束和荷载,观察高空飞翔塔架和旋转机构两部分承载结构在静载工况(极端风工况、极端雪工况、地震工况)和动载工况(工作风加满载工况、工作风加偏载工况)下的受力情况。通过计算得知高空飞翔塔架承载结构最大应力出现在极端风工况下,最大应力为150MPa,旋转支架最大应力出现在偏载提升加速工况,最大应力为36.5MPa,斜挂架最大应力出现在满载旋转加速工况,最大应力为31.2MPa。根据高空飞翔结构在各工况下出现的最大应力对其结构进行强度、稳定性校核,判定其安全系数是否满足GB8408-2008标准要求。由于斜挂架结构强度有富余,因此对斜挂架承载结构进行了结构优化,优化方案为将原设计方管100mm×4mm方管优化为50mm×4mm方管,优化后最大应力为46.7MPa,校核后安全系数满足标准要求,优化合理,使高空飞翔承载结构更加经济化,轻量化。为了获得了高空飞翔承载结构的固有频率和振型,本文还对高空飞翔进行了模态分析,为避免结构发生共振而产生的破坏提供数据参考。

关键词：承载结构参数化模型模态分析有限元分析优化设计

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高速列车车体承载结构对车体模态特性的影响

高速列车车体承载结构对车体模态特性的影响

作者：干宇文西南交通大学

学位级别：硕士

随着列车运行速度的提高,车体承受的载荷逐渐增加,而列车承载结构几乎承载了运行过程中的全部载荷。高速列车承载结构尺寸的变化会导致车体刚度和质量的变化,而刚度控制列车的变形、稳定性和固有频率。因此,合理的承载结构设计不仅能最... 详细信息

随着列车运行速度的提高,车体承受的载荷逐渐增加,而列车承载结构几乎承载了运行过程中的全部载荷。高速列车承载结构尺寸的变化会导致车体刚度和质量的变化,而刚度控制列车的变形、稳定性和固有频率。因此,合理的承载结构设计不仅能最大程度发挥车体的承载能力,也能减小车体振动,提高乘坐舒适度。因此需要针对承载结构对车体模态特性的影响进行研究,为车体优化设计提供依据。为了研究承载结构对车体模态特性的影响,本文主要做了以下工作：论文首先阐述了高速列车承载结构的研究现状,通过对车体结构分析确定出待研究的对象为：内外侧地板、内侧侧墙和车顶。然后,基于HYPERMESH软件建立了高速列车有限元仿真模型,通过ANSYS仿真计算,得到了车体垂弯、扭转和菱形固有频率随车体型材结构尺寸的变化曲线。之后,利用多项式回归分析方法,得到了各承载结构厚度尺寸与车体模态频率关系的数学表达式。通过对计算结果的分析得到了车体垂弯结点随车体型材尺寸的变化规律,为车下设备安装位置和重量管理设计提供了依据。同时,提出了车体垂弯和扭转固有频率比对车体平稳性指标的影响这一概念,研究了垂弯和扭转固有频率比随型材结构尺寸变化的关系,通过仿真计算给出了关系曲线。最后总结论文所做的主要工作,得出研究结论,并为本文未来的深入研究提出合理建议。

关键词：高速列车承载结构模态特性尺寸回归分析

深部顶板夹煤层软岩巷道承载结构失效分析及返修技术

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深部顶板夹煤层软岩巷道承载结构失效分析及返修技术

作者：尚玺湖南科技大学

学位级别：硕士

目前,煤炭仍然是我国主要利用的资源,煤炭的开采也正向深部发展。深部环境不同与浅部,无论是围岩应力还是岩层的节理结构都非常复杂,这也对煤炭开采与巷道支护提出了挑战。平煤集团六矿公司三水平戊二采区皮带上山巷道正是一条深埋的巷... 详细信息

目前,煤炭仍然是我国主要利用的资源,煤炭的开采也正向深部发展。深部环境不同与浅部,无论是围岩应力还是岩层的节理结构都非常复杂,这也对煤炭开采与巷道支护提出了挑战。平煤集团六矿公司三水平戊二采区皮带上山巷道正是一条深埋的巷道,巷道顶板岩层结构复杂,不仅岩层倾斜交错,而且与上部煤层相距较近且中间还夹杂煤线,巷道顶底板变形严重,锚固支护结构产生了多处变形与破损。巷道中铺设的皮带运输系统,也影响着巷道支护返修的工作。因此,本文依据平煤六矿戊二皮带上山巷道的围岩环境和工程现场资料,采用理论分析和FLAC3D数值模拟分析方法,分析了影响深部顶板夹煤层软岩巷道锚固承载结构的失效破坏,并对皮带上山巷道返修方案进行了优化设计,并将返修方案应用于工程现场,主要结论如下:(1)通过对戊二皮带上山巷道的调研和采取试样进行电镜扫描实验,得到了皮带上山巷道的围岩地应力、围岩成分和节理发育的特点。应用悬臂梁理论对拱形巷道肩部进行力学分析,利用组合梁理论对矩形巷道顶板的应力传递进行了理论分析,得出了拱形巷道与矩形巷道的变形破坏机理。分析了锚固承载结构失效和不同巷道断面顶板变形的影响因素,得出巷道顶板中的夹煤层厚度与位置是影响巷道变形的主要因素。(2)采用FLAC3D数值模拟分析方法,结合皮带上山巷道的围岩环境,在不同巷道断面、巷道顶板夹煤层厚度和巷道断面尺寸的条件下,对巷道围岩垂向应力分布的影响规律和顶板位移的变化规律进行了数值模拟。结果表明:1)在深部顶板赋存夹煤层的条件下矩形巷道相比与拱形巷道更易于进行顶板支护;2)巷道顶板夹煤层的厚度越大巷道顶板的变形越严重;3)结合巷道断面尺寸的分析结果可以得出,巷道扩修后将顶板中的夹煤层置于巷道两帮更有利于巷道的稳定。(3)根据分析的结果对皮带上山巷道提出了扩修设计方案,并优化锚固支护的参数,依据现场监测结果,优化后的返修方案取得了良好的巷道变形控制效果,有效的维护了皮带上山巷道的安全运营。

关键词：深部软岩巷道顶板夹煤层承载结构失效分析数值模拟

锚杆钻车运行中支护承载结构及围岩受力变形分析

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安徽理工大学学报（自然科学版） 2024年第1期44卷 1-11页

作者：王雁冰梅洪嘉张京泉李凯刘珍李杨中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 新矿内蒙古能源有限责任公司内蒙古鄂尔多斯016200 江西蓝翔重工有限公司江西萍乡337000

目的针对单轨液压锚杆钻车运行过程中支护承载结构及围岩受力变形难以观测分析的问题。方法利用研发的CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车,结合长城五矿1902S回风巷巷道现场情况综合分析钻车在大断面大倾角巷道动态运行的支护、承载及围岩... 详细信息

目的针对单轨液压锚杆钻车运行过程中支护承载结构及围岩受力变形难以观测分析的问题。方法利用研发的CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车,结合长城五矿1902S回风巷巷道现场情况综合分析钻车在大断面大倾角巷道动态运行的支护、承载及围岩协同受力变形特征。结果研究表明,钻车运行过程中吊挂板的受力变形在悬吊点处均达到峰值,工字钢在悬吊点的部分位移最小,与钻车直接接触的部分受力最大;锚索中部主要受到拉应力,靠近巷道一侧主要受到剪应力,而巷道两帮的锚杆拉应力主要分布在靠近巷道内部一侧;巷道顶板悬吊点处位移最大,两帮靠近顶板位移高于底板处,而巷道偏向低帮处底板的位移大于高帮处;以单轨液压锚杆钻车为核心的新型配套工艺可以有效控制围岩变形,支护效果良好,比传统以掘锚一体机为中心的机器化工艺掘进效率更高。结论研究明确了CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车在实际应用的可行性,解决了现有掘锚一体机难以在复杂地质条件下大断面煤巷自动化掘进支护的问题,提升了煤巷支护效果掘进效率,为CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车的现场应用提供了理论依据。

关键词：锚杆钻车锚杆锚索承载结构支护结构巷道围岩受力变形