摘要：复合轨枕是明桥面结构提质改造的重要举施,但复合成型工艺及材料特性对轨枕服役性能有直接影响。针对复合轨枕明桥面结构的特性,基于ABAQUS等仿真平台,分别建立复合轨枕的宏、细观有限元模型,从多尺度仿真角度研究列车轮载下复合材料密度,纤维束直径、取向和分布等因素对轨枕承载能力及变形影响。结果表明:增大纤维束直径、使纤维束充分分散,能够减少10%~30%的轨枕受力;改变纤维取向对提高轨枕承载力的效果较为显著,优化纤维分布取向能够使轨枕表面受力减小20%~30%;在此基础上提出“45°/0°/45°”的纤维束铺层结构,采用这种结构能在相同变形量控制水平下获得更高的承载能力,较全断面纵向铺层方案提升30%~50%。研究表明:利用复合轨枕的材料特性,优化生产制造工艺可提高其承载能力。

摘要：钢弹簧浮置板轨道是城市轨道交通中广泛应用的一种减振降噪轨道结构形式。随着轨道服役时间的增长,浮置板轨道可能出现结构损伤、钢弹簧失效甚至断裂的情况。目前采用天窗时间进行检测,步骤繁琐且不易操作。基于此,提出一种新型可实时掌握浮置板轨道弹簧变形数据的在线监测钢弹簧浮置板轨道结构,通过数值模拟方法对其进行静动力学特性分析,基于现场实测数据进行在线监测应用效果评价。结果表明,新型在线监测钢弹簧浮置板轨道结构力学强度能满足正常使用要求,轨道板最大弯矩为149.7 kN·m,最大剪力为279.5 N,剪力铰最大应力为186 MPa;上承力板最大应力出现在和顶升设备接触位置,为146.1 MPa,在外套筒筒壁上最大应力为102.2 MPa;基于新型钢弹簧浮置板轨道结构,在其与其他轨道过渡的地段进行过渡设置,可使轨道结构过渡更加平缓,减小钢轨最大垂向位移0.85~1.25 mm。在钢弹簧浮置板隔振器内置入测距传感器和接近传感器,可分别实现钢弹簧压缩量测量与弹簧是否断裂或疲劳故障判断。该新型在线监测钢弹簧浮置板轨道结构已在南京地铁S6号线铺设,现场实测数据表明,该新型结构可实时精确地监测轨道结构位移。

摘要：研究目的:建立桥上有砟道床离散元仿真模型,通过足尺道床阻力试验进行标定,分析道床宽度、厚度等断面参数对道床阻力的影响,探讨横向阻力影响范围和道床各部分对阻力的分担特性,提出大跨桥上有砟道床尺寸的优化建议,以期减轻二期恒载,为桥梁设计创造条件。研究结论:(1)在一定道床宽度范围内,道床阻力随顶面宽度的增大而增大,顶宽由3400 mm增大到3800 mm时,横向阻力增长率由16.9%降至4.6%,纵向阻力受顶宽影响较小;(2)在一定道床厚度范围内,道床阻力随厚度的增大而增大,厚度由250 mm增大到450 mm时,道床横向阻力增长率由31.4%降至5.9%,道床纵向阻力增长率由18.6%降至4.0%;(3)距枕端400 mm宽度范围内的砟肩道砟是提供横向阻力的主要区域;(4)道床阻力主要由枕底、枕侧和枕端阻力构成,其中横向阻力枕底分担比例约为62%,枕端约为24%,枕侧约为14%;(5)综合道床阻力、经济性和运维需求,建议桥上有砟道床顶宽取为3400 mm,厚度取为300 mm;(6)本研究结论可为大跨桥上有砟道床断面尺寸优化提供借鉴和参考。

摘要：复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法(Continuous Discontinuous Element Method,CDEM),建立基于共享节点的FEM-DEM岩石模型,再通过室内单轴压缩实验验证该计算模型的合理性。基于JavaScript二次开发,建立单钻齿复合冲击运动模型,并模拟PDC单钻齿在正弦函数下的复合冲击破岩过程。通过对岩屑、径向剪切裂纹、侧向裂纹和侧向主裂纹等形成过程的分析,揭示岩石在复合冲击作用下的破坏规律。在此基础上,建立单钻齿复合冲击切削力学模型,开发适用于分析复合冲击破岩钻进的连续-非连续数值算法,分析不同切削深度、前倾角度、轴向冲击速度、扭转冲击速度下的破岩效果,探讨不同钻齿参数下的切削力和破岩规律。结果表明:复合冲击作用下钻齿前方和下方岩石均发生大体积破碎,可实现“立体破岩”效果,进而减小钻头的粘滑效应。钻齿与岩层的接触面积、接触弧长、冲击能量的分配效果是影响复合冲击破岩效率的关键因素。岩层的破碎体积随着切入深度的增大而增大,但钻齿所受的切削力也会同步增大;冲击角度影响冲击能量在水平和垂直方向的分布效果,较小的前倾角度下钻齿破岩体积较大;提高轴向冲击速度和扭转冲击速度可提高岩层破碎体积,但钻齿所受的切削力也相对较大,不利于钻具寿命的延长。研究结果可对提高不同工况下的破岩效率、优化PDC钻齿设计参数、延长钻具使用寿命等提供借鉴意义。