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散粒货物对重载敞车厢体侧压力作用机理研究
| 论文题名： | 散粒货物对重载敞车厢体侧压力作用机理研究 |
| 关键词： | 散粒货物;重载敞车;厢体侧压力;土拱效应 |
| 摘要： | 重载快捷是国内以至国际轨道交通货物运输的发展方向，设计轻量化并满足强度要求的车体成为货车研究的一个热点。国内设计轨道货车的主要依据是《TB/T1335-1996铁道车辆强度设计及鉴定规范》，规范中针对的设计对象是构造速度不大于120km/h，轴重低于25t的货车。规范的要求明显不符合当前轨道货车的发展需求，同时，规范中没有侧压力分布的通用公式，也制约了科学的设计制造。本文以通用的敞车为研究对象，探讨了运载的散体货物对车体端墙以及侧墙的作用力计算方式，为科学设计制造敞车提供理论依据。本文研究主要获得如下的结论： 针对端墙墙体长度有限，考虑到侧墙的摩擦作用，端墙后土体滑裂面是一个由破裂面和滑动面所围成形状复杂的平面，所以墙体所受侧压力就不能按照传统的土压力计算公式求解。本文考虑墙土之间摩擦作用对土拱成形的影响，假设卸荷拱以抛物线形式分布在土体内部，应用莫尔圆理论确定了抛物线的参数，得出抛物面所围的有效滑裂土体的体积。在极限平衡理论的基础上，推导出一种新的预测端墙侧压力的计算模型。 针对敞车侧墙中门具有太沙基活动门的特点，根据填土中土拱效应的作用以及土拱成形的基本理论，结合极限平衡分析方法，应用莫尔圆理论确定了侧墙中门两端之间稳定土拱的轨迹方程，并且得到基于土拱形状所围滑裂土体的体积，确定出敞车侧墙中门侧压力的解析表达式，最后进行了算例分析。研究结果表明，土体的物理属性决定了有效滑裂土体的边界，为确定敞车中门处滑裂土体体积计算提供了一种新的解析方法。 假设车厢填土内的拱效应按照最小主应力迹线沿圆弧分布，考虑墙土摩擦角变化对墙体侧压力系数的影响，应用水平微分单元层法研究了在平动模式下墙体受冲击震动时侧压力的解析表达式，同时得到墙体侧压力合力及合力作用点的解析表达方法，并与传统的计算方法和模型试验数据进行比较。结果表明，在不考虑土拱效应的情况下，合力公式与Mononobe-Okabe公式吻合，同时显示土拱效应对在冲击震动工况下的侧压力的分布影响较大，合力作用点略高于墙高的1/3，并且验证了作用点随冲击加速度系数的增大而逐渐上升的试验结论。 在实际工况下，墙体的运动状态为转动，那么，转动就成为影响实际土体侧压力分布的主要运动方式。在本文中，根据墙体实际的运动方式，基于水平层分析法，假设层间摩擦力满足最大剪应力破坏准则，考虑土体内部的拱效应，提出了一种用于计算绕墙脚转动时墙体侧压力的解析方法。通过与实验数据对比发现，这种解析方法能够反映实验数据的非线性特性，并且计算结果与实验值相差不到5％。 |
| 作者： | 李栋 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 张琪昌 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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