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第一章隧道应力集中系数与矢跨比的数值模拟研究3.1引言矢跨比是指隧道高度与宽度的比值，现有的公路隧道，在两车道情况下，矢跨比约为0.85；在三车道情况下约为0.65；四车道隧道矢跨比约0.55。
随着矢跨比的减小，开挖后的应力重分布状态变差，需要对大断面隧道洞室的次生应力场进行深入研究，以确定隧道设计时的应力场分布。
对于大断面隧道，降低矢跨比会带来直接的经济效益，但对结构的设计和施工会出现新的技术问题，即隧道开挖后围岩拱部土体在自重应力场作用下向洞内移动，并导致两侧土体受压，反映在洞周位移上,拱顶下沉要远大于水平收敛位移，由此而导致支护结构体系的破坏，与矢跨比较大的单线隧道、双线隧道有所不同。
因此，四车道公路隧道的荷载条件是相当复杂的。
由于四车道公路隧道在我国尚处于起步研究阶段，因此在设计理论与施工工艺上只是借鉴三车道公路隧道的建设方法，目前没有统一的标准执行。
过去的隧道设计大多数是建立在反复的计算反演分析的基础上，大断面隧道的设计，因为考虑到经济效益，大断面隧道一般都做成宽度加大，高度不变的扁平拱形结构，这样使得围岩开挖应力的重分布变化复杂了，因此对支护参数的要求相对较严格，如何来控制隧道合理的矢跨比成为大断面隧道设计中关键的问题之一。
由于上覆岩石的重量和可能的原始构造应力使深层岩石总是处于受力状态之下。
当在其中修建地下洞室时，会使围岩产生应力重分布，而当应力超过其强度时，岩体就会破坏。
从这个角度考虑，可以把洞室的设计问题归结为计算洞室的应力集中及其对围岩特性的影响，而矢跨比对洞室的应力集中会产生很大的影响。
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基于弹塑性有限元原理，对大断面隧道硐室在简单二维应力场下的应力集中系数的分布进行了分析，并对硐室周边最大应力集中系数随矢跨比的变化进行了讨论，得出应力集中系数的分布情况。
本章首先对几个经典的断面形状进行比较，再对五心圆断面隧道的应力集中系数作进一步的分析。
3.2断面形状比较3.2.1圆形断面洞室线弹性分析如图3—1所示的圆孔周围的应力已由Panck(1951)、Denkhaus(1958)和Obert(1960)等人进行了详细的研究。
表面应力集中系数与应力梯度及其疲劳演化研究在材料力学领域，表面应力集中系数与应力梯度及其疲劳演化是一个备受关注的研究课题。
表面应力集中系数是指材料表面或结构部件中出现应力集中的程度，而应力梯度则是指应力场中单位距离内的应力变化率。
研究表面应力集中系数与应力梯度及其对材料疲劳寿命的影响，对于材料的设计、评估和改进具有重要的理论和实际意义。
在实际工程中，由于材料的强度和性能受到内在缺陷、外部载荷和环境因素等多种因素的影响，导致了材料在使用过程中会产生疲劳损伤。
而表面应力集中系数和应力梯度则往往是加速疲劳破坏的主要因素之一。
准确评估表面应力集中系数与应力梯度对材料寿命的影响，对于预防材料疲劳损伤、延长材料使用寿命具有重要意义。
通过对表面应力集中系数与应力梯度的研究，可以发现材料在受到外部载荷作用时，局部应力场会发生不均匀分布，出现应力集中现象。
而应力集中又会导致局部应力梯度的变化，从而影响材料的疲劳寿命。
深入研究表面应力集中系数与应力梯度的关系，可以帮助我们更好地理解材料的疲劳损伤机制，为材料的设计和改进提供科学依据。
在实际工程中，工程师们通常通过实验或数值模拟的方式来评估表面应力集中系数与应力梯度对材料疲劳寿命的影响。
通过对不同几何形状和载荷条件下的表面应力集中系数与应力梯度进行研究，可以得出它们与材料疲劳寿命之间的关系。
而这些研究成果又为设计和改进材料的工程实践提供了重要的参考依据。
总结来看，表面应力集中系数与应力梯度及其疲劳演化研究是一个复杂而又具有重要意义的课题。
它涉及材料力学、结构设计等多个学科领域，对于预防材料疲劳损伤、延长材料使用寿命具有重要的理论和实际意义。
未来，我们还需要进一步深入研究表面应力集中系数与应力梯度影响疲劳寿命的机制，探索更多的评估方法，并加强理论与工程实践的结合，以推动这一领域的发展和应用。
表面应力集中系数与应力梯度及其疲劳演化研究具有重要的意义，不仅可以帮助我们更好地理解材料疲劳损伤机制，还可以为材料的设计和改进提供科学依据，预防材料疲劳损伤，延长材料使用寿命。
疲劳分析的数值计算方法及实例第一节引 言零件或构件由于交变载荷的反复作用，在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况下就会在零件或构件的局部位置产生疲劳裂纹并扩展、最后突然断裂。
这种现象称为疲劳破坏。
疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性而在疲劳断裂时又具有瞬发性，因此疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。
金属的疲劳破坏形式和机理不同与静载破坏，所以零件疲劳强度的设计计算不能为经典的静强度设计计算所替代，属于动强度设计。
随着机车车辆向高速、大功率和轻量化方向的迅速发展，其疲劳强度及其可靠性的要求也越来越高。
近几年随着我国铁路的不断提速，机车、车辆和道轨等铁路设施的疲劳断裂事故不断发生，越来越引起人们的重视。
疲劳强度设计及其研究正在成为我国高速机车车辆设计制造中的一项不可缺少的和重要的工作。
金属疲劳的研究已有近150年的历史，有相当多的学者和工程技术人员进行了大量的研究，得到了许多关于金属疲劳损伤和断裂的理论及有关经验技术。
但是由于疲劳破坏的影响因素多而复杂并且这些因素互相影响又与构件的实际情况密切相关，使得其应用性成果尚远远不能满足工程设计和生产应用的需要。
据统计，至今有约90%的机械零部件的断裂破坏仍然是由直接于疲劳或者间接疲劳而引起的。
因此，在21世纪的今天，尤其是在高速和大功率化的新产品的开发制造中，其疲劳强度或疲劳寿命的设计十分重要，并且往往需要同时进行相应的试验研究和试验验证。
疲劳断裂是因为在零件或构件表层上的高应力或强度比较低弱的部位区域产生疲劳裂纹，并进一步扩展而造成的。
这些危险部位小到几个毫米甚至几十个微米的范围，零件或构件的几何缺口根部、表面缺陷、切削刀痕、碰磕伤痕及材料的内部缺陷等往往是这种危险部位。
因此，提高构件疲劳强度的基本途径主要有两种。
一种是机械设计的方法，主要有优化或改善缺口形状，改进加工工艺工程和质量等手段将危险点的峰值应力降下来；另一种是材料冶金的方法，即用热处理手段将危险点局部区域的疲劳强度提高，或者是提高冶金质量来减少金属基体中的非金属夹杂等材料缺陷等局部薄弱区域。
鑫霎Ⅵ渊剥黼圆形孔洞下应力集中的实验研究肖珊1王丽华2(1．江西医学院上饶分院江西上饶3340002．江西科技师范学院江西南昌330013)[摘要]运用材料力学、弹性力学的基本原理和电测法，通过测量有圆形孔洞板圆孔周围的应力，分析圆孔周围应力集中规律；通过单纯受拉或纯弯时的情况分析、讨论叠加原理在处理应力集中问题时的具体应用方法。
[关键词]应力集中应力分布中图分类号：031文献标识码：A文章编号：1671--7597(2008)1010002--02一、前言在整个力学结构中，圆孔、凹口、圆角等是整个系统的应力集中因素，在孔、圆孔、凹口、圆角等附近存在应力集中，应力集中是引起构件破坏的主要因素，系统在这些因素和材料疲劳的共同作用下，造成断裂和破坏的机会很大，在设计的过程中把这些因素考虑进去是十分必要的。
构件中产生应力集中的原因主要有：(1)截面的急剧变化。
如：构件中的油孔、键槽、缺口、台阶等：(2)受集中力作用。
如：齿轮轮齿之间的接触点，火车军轮与钢轨的接触点等；(3)材料本身的不连续性。
如材料中的夹杂、气孔等：(4)构件中由于装配、焊接、冷加工、磨削等而产生的裂纹；(5)构件在制造或装配过程中，由于强拉伸、冷D H I、热处理、焊接等而引起的残余应力。
这些残余应力叠加上工作应力后，有可能出现较大的应力集中；(6)构件在加工或运输中的意外碰伤和刮痕。
应力集中系数可以方便地描述构件的应力集中状态。
应力集中系数可采用数学方法或实验方法求得。
实验方法有：弹性法，精密应变仪测量法，扭转薄膜比拟法，扭转电比拟法。
当实验具有足够的精度时，所得结果与理论应力集中系数非常符合。
本实验研究采用电测法，主要研究有圆形孔洞板的应力集中分布趋势。
二、研究模型和理论分析(一)圆孔边缘附近的应力以有圆形孔洞拉伸和弯曲板为研究模型，根据弹性力学理论，可以求得圆孔近的应力分布情况，圆孔附近A点(图I)的应力为：盱i O-‘|广a2渤+[z等一s爿cos41盯，=罢l z+s詈；cos28-(z詈；一s罟]c。
桥梁K型管节点应力集中系数的数值解法摘要:本文以桥梁结构中典型的K型管节点为例，详细说明了管节点结构处应力集中系数计算的有限元方法，分析并总结了管径、壁厚、角度等参数对应力集中系数的影响。
关键词:桥梁；管节点；应力集中系数1.概述随着经济社会的发展，人们对桥梁设计美观和轻型化的要求越来越高。
圆管桁架结构具有较高的强重比，在抗拉﹑抗压﹑抗弯﹑抗扭方面，具有卓越的性能且外形美观，因此越来越广泛地被应用在拱桥等现代桥梁设计中。
桥梁的外界荷载具有周期重复性的特点，在进行整体结构分析时，管节点处应力远低于材料的容许应力，但由于在管节点处存在应力集中现象，局部高应力的存在，就有可能在外界荷载反复作用下，管节点处形成微小的疲劳开裂，最后导致节点破坏。
因此疲劳破坏被认为是影响节点强度降低的最重要的因素之一，也是相关桥梁设计中需要特别重视的内容。
疲劳强度是由局部高应力控制的，因此有必要掌握节点应力分布情况，尤其是裂缝产生发展的区域，以便发展断裂力学预知疲劳寿命。
管节点的疲劳寿命一般通过S-N曲线方法确定，即在给定的实际应力循环幅值下，导致破坏所需的循环次数。
而应力集中系数SCF决定了实际应力循环幅值。
对于桥梁结构中的焊接管节点，采用应力集中系数和名义应力计算局部应力的幅值，进而根据外界荷载周期确定管节点的疲劳寿命。
本文以K型管节点为例、利用有限元软件ANSYS详细介绍了应力集中系数的计算方法。
桥梁结构中圆管结构多以桁架形式出现，构件以受轴力为主，本文主要分析了管节点轴力作用下的SCF计算。
2.管节点模型的建立2.1 管节点参数K型管节点的基本形式见图1，图1 K型管节点参数主要参数包括：D—主管外径T—主管壁厚d—支管外径t—支管壁厚θ—支管与主管夹角为分析不同参数的影响，定义如下参数，γ=D/2T，β=d/D，各参数的变化范围见表1。
表1 参数变化范围表应力集中系数SCF=σmax /σ0,本文取σmax为管体表面节点的最大主应力，σ0为名义应力。
嵌岩抗滑桩地基水平抗力系数K值取值的数值模拟研究焦世杰【摘要】弹性地基梁“K”法是抗滑桩桩身内力计算的一种重要方法.针对“K”法中抗滑桩嵌固段岩体地基水平抗力系数K值取值主要采用经验值且随意性较大的问题,基于温克尔弹性地基力学模型,通过数值模拟及统计分析,建立了具有较高拟合度的抗滑桩嵌固段岩体地基水平抗力系数K值与岩体弹性模量和泊松比的函数关系式,并结合具体工程实例,将上述研究成果应用于秭归县谭家湾滑坡抗滑桩的优化设计,降低了工程造价.【期刊名称】《安全与环境工程》【年(卷),期】2019(026)003【总页数】7页(P56-61,69)【关键词】弹性地基梁;“K”法;抗滑桩;地基水平抗力系数K值;弹性模量【作者】焦世杰【作者单位】中铁四院集团西南勘察设计有限公司,云南昆明650200【正文语种】中文【中图分类】X43;TU473.1抗滑桩设计中，桩身内力计算是决定设计成败的关键因素。
目前，抗滑桩内力的计算有很多方法，如悬臂桩法、地基系数法、矩阵分析法、双参法、p-y曲线法、有限单元法等[1-10]。
悬臂桩法出现早，计算简单，在实际工作中应用最多，该方法视滑动面以下为弹性地基梁，根据滑动面以下岩、土的地基水平抗力系数K值计算锚固段的桩壁应力以及桩身各截面的内力和位移。
悬臂桩法视地基水平抗力系数K值的不同假定，分为“K”法、“m”法和“C”法[1]。
其中，以弹性地基梁“K”法为基础的解析法因其具有计算模式明确、计算过程简单的优点，被广泛应用于嵌岩抗滑桩结构设计。
“K”法假定抗滑桩嵌固段岩体地基水平抗力系数K值为常数，主要适用于较完整的硬质岩层、未扰动的黏土岩或性质相近的半岩质地层[11]。
“K”法中，不同K值对抗滑桩内力计算的影响较大，如果K值取值较抗滑桩嵌固段岩体的实际值大，则可能会出现抗滑桩倾覆的危险；若K值取值较嵌固段岩体的实际值小，则会增加工程造价。
可见，抗滑桩嵌固段岩体地基水平抗力系数K 值取值的准确与否直接影响抗滑桩工程的安全性、适用性、耐久性和经济性。
