单轴压缩过程中冻结砂岩的损伤局部化规律研究

损伤局部化是岩石受荷破坏过程中的必经阶段和破坏前兆特征。本文研究冻结岩石受荷破坏过程中的损伤局部化规律,并探讨初始饱和度的影响。在-20℃下对具有不同初始饱和度的冻结砂岩试样进行单轴压缩试验,并采用数字图像相关(DIC)和声发射(AE)系统采集试验过程中的表面变形和声发射信号,分析了试样表面应变局部化模式与内部微裂纹扩展类型。结果表明:(1)初始饱和度令试样的单轴抗压强度产生阶段性变化,并改变了试样各加载阶段占比和破裂过程中的声发射振铃计数分布特征;(2)以40%初始饱和度为转折点,试样的表面应变局部化模式由拉应变为主变为剪应变为主,初始饱和度超过90%时出现了拉、剪应变同时发展的混合模式,并能与试样的最终破坏形态对应;(3)损伤局部化过程中,试样内部的微裂纹扩展类型与表面应变局部化模式基本吻合。最后,结合不同初始饱和度下冻结岩石孔隙中的相组成分变化,分析了其对冻结岩石损伤局部化模式的影响。本研究有助于加深研究人员对冻结岩石力学性质的认识,为寒区岩石工程破坏与失稳预测提供重要参考。

Artin环局部化结构与一类商环的等价刻画

设R是Artin交换环,m_(i)(1≤i≤k)是R的k个极大理想.通过Artin环的Jacobson根幂零和中国剩余定理得到R到⊕R/m_(i)^(l)的同态是一种同构关系.进一步把Artin环写成有限个局部环Re_(i)的直和,发现这些直和加项与商环R/m_(i)^(l)是同构关系,并且与局部环R_(m_(i))的也是同构关系.

非线性软化Cosserat连续体模型及其在土体应变局部化有限元分析中的应用

完善了土体非线性应变软化公式,并将其引入到Cosserat连续体DP-MC屈服准则中,推导了本构方程积分的返回映射算法和弹塑性切线模量矩阵。利用有限元软件ABAQUS提供的用户自定义单元子程序接口(UEL)对考虑非线性软化的Cosserat连续体DP-MC本构模型进行了数值实现,并与平面应变试验进行了数值对比验证。结果表明,考虑非线性软化的Cossrrat连续体模型,能够有效克服经典有限元在分析土体由应变软化引起的应变局部化问题时病态的网格依赖性,同时,还能够在一定程度上反映土体剪切带内材料点旋转的细观效应。进一步地,通过对平面应变压缩算例的模拟发现软化系数ω和形状参数η均对土体强度有重要影响。

基于离散元的颗粒材料中应变局部化形成与演化研究

岩土颗粒材料的应变局部化失效问题广泛存在于工程设计应用中,主要表现为介观尺度上的应变局部化现象和宏观尺度上的剪切带产生,目前在微观尺度上的形成机理尚不明确。为了系统研究颗粒集合体的应变局部化的形成与演化过程,通过使用离散单元法(Discrete Element Method,DEM)模拟了指定平面应变加载路径的真三轴试验,获取了宏观和微观尺度上的颗粒材料几何、运动以及力学信息。为了找出表征应变局部化特性的最佳特征量,比较了颗粒温度、波动位移和局部剪胀角等微观指标,发现波动位移在表征应变局部化方面与其他参数相比相关性更好,并选定其作为应变局部化表征变量。为了量化颗粒集合体从应变局部化开始产生到发育完成的具体应变区间,采用莫兰指数对波动位移的空间分布特征进行统计和分析,确定了颗粒集合体在弹塑性转换阶段的发育区间。进一步对颗粒集合体应变局部化发育区间内的波动位移空间分布进行探究,并统计不同空间区域内波动位移的概率密度函数,发现研究区域外部的局部塑性在过渡阶段停止演化,而内部塑性以逾渗模式发展。最终,通过波动位移的空间分布进行聚类分析,获得了描述介观尺度上应变局部化的团簇体模型。该模型可以将颗粒集合体宏观剪切带的形成与发育和单个颗粒的微观塑性发展相联系,刻画颗粒集合体从介观尺度上的应变局部化出现到宏观尺度上剪切带完全形成的演化过程。

液化诱发剪切应变局部化的近场动力学模拟

在含有低渗透性土层的可液化地基中,液化引起的超静孔压累积和重分布可能导致孔隙水集中至低渗透性土层底局部区域,从而引发剪切应变局部化和延迟破坏现象。引入一种正则化技术——非局部近场动力学(peridynamics,简称PD)理论来模拟此类现象,以克服采用经典有限元方法(finite element method,简称FEM)模拟应变局部化时通常具有的网格依赖性问题。计算模型采用PD和FEM分别模拟固相和流体相,并使用砂土液化大变形本构模型(CycLiq)模拟可液化砂土。在验证了所提出方法的有效性后,使用多种不同离散密度的计算模型,分析了具有低渗透性夹层的一维倾斜场地的地震响应。从理论和数值上,说明了所提出的方法在模拟液化引起的剪切应变局部化时,可以消除网格依赖性。同时参数分析表明,相同条件下,低渗透性夹层位置越高,夹层渗透系数相比砂层越小,则地基因剪切应变局部化产生的侧向位移量越大。

基于超局部化时间序列的永磁同步电机无模型预测电流滑模控制策略

在复杂环境、多变负载工况中,由于时变电感参数、磁场耦合、铁心饱和等影响,电机控制精度及可靠性下降。为解决以上问题,该文充分利用时间序列模型反映电机电压、电流等状态变量之间关系,消除传统参数化建模的影响,提出基于超局部化时间序列的无模型预测电流滑模控制(SMC)方法。该方法将时间序列数据驱动模型超局部化,提升传统超局部模型精度,并采用递归最小二乘法(RLS)在线估计和更新模型中全部待定系数,实时精准响应当前系统工作状态。在此基础上,结合超局部时间序列模型,生成滑模控制函数,并设计Lyapunov方法验证函数趋近条件。实验结果表明,与传统控制方法相比,提出方法具有更强的鲁棒性、更优的电流质量和较低的系统噪声。

岩石变形局部化智能识别的DSCM-CNN方法

岩石变形局部化的识别对于岩石破坏机理、岩土工程灾害预测预警有着重要的意义。本文将数字散斑相关方法(digital speckle correlation methods,DSCM)与卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)相结合,提出了一种用于岩石变形局部化智能识别的DSCM-CNN模型。通过DSCM获取岩石试件在单轴压缩实验过程中的最大剪应变场云图,根据变形局部化带位置进行标注,完成数据集的构建;利用训练数据集对DSCM-CNN智能识别模型进行训练。通过红砂岩单轴压缩实验对该方法进行验证,结果表明:DSCM-CNN模型可以实现岩石变形局部化带位置的自动识别,子集准确率、精确度、召回率等指标分别达到94.19%,97.21%和96.41%,证明了岩石变形局部化智能识别的DSCM-CNN模型的可行性,为岩石变形局部化智能监测提供了一种新的思路。

多孔灰岩局部化变形的精细化描述与数字表征

压实带是一种典型的应变局部化现象,影响储层流体的封存、输运以及地下岩体的稳定性。多孔灰岩局部化变形的相关研究一直是难点,不像砂岩样品可以通过明显的声发射信号特征来分析与表征压实带的形成与演化规律。本文利用动态CT技术,实时监测灰岩局部化变形到宏观失稳的演化过程,重点描述压实带形成初期的局部化变形特征,涵盖了应变量>5%的变形部分特征。在灰岩变形过程中可以识别两处明显非弹性变形阶段:即初始大孔隙坍塌阶段和后续压实带形成过程,利用图像体积互相关技术定量表征压实带的演化特征,精细化描述压实带形成过程的微观破裂特征,系统分析离散压实带内的连通孔隙分布规律,发现连通孔隙与局部化变形有紧密联系,并基于CT扫描的孔隙网络数据,利用纳维斯特斯方程计算绝对渗透率,以渗透率为参考指标,研究局部化变形引起的损伤程度。

失谐叶盘振动模态局部化定量描述方法

基于实际叶盘结构失谐振动模态局部化的基本特性和物理含义,提出了三种模态振型局部化程度三定量描述方法,并利用这三种模态局部化因子进行了典型叶盘结构失谐振动模态局部化程度的定量确定。讨论了典型叶盘结构失谐振动模态特性。分析说明和实例计算表明,相应的局部化因子计算过程简单、物理意义明确,可以有效定量确定实际叶盘结构的叶片失谐导致振动模态产生局部化的程度。

裂隙岩体损伤局部化破坏分岔模型及其应用

采用概率统计方法分析节理裂隙岩体的几何特征,定义了反映裂隙岩体几何特征的组构张量。基于不可逆热力学理论,通过裂纹扩展的细观分析,得出了损伤的发展机理和演化方程,把损伤演化和裂隙的几何特征的变化联系起来,建立了弹塑性损伤本构关系。为分析含有节理裂隙岩体在发生局部化破坏时的特征,通过对发生局部化时的裂隙岩体的分析,构造了适用于节理裂隙岩体局部化分析的不连续分岔模型。利用非线性规划数值解法,可以得出局部化破坏的方向特征。在有限元方法中,根据该模型给出了节理裂隙岩体相关的算例,分析表明该模型用于分析裂隙岩体的局部化破坏是有效的。

n-倾斜余模的局部化

局部化理论和倾斜理论在余代数理论中都有非常重要的作用。Simson提出要发展余代数上的(余)倾斜理论的公开问题。为部分解决这个公开问题,本文利用局部化技术来给出n-倾斜余模的局部化。

失谐叶盘结构振动响应局部化实验研究

基于作者提出的预测失谐叶盘结构最大失谐幅值放大系数及最坏失谐模式的方法,利用搭建的行波激励实验系统,针对典型的整体叶盘结构模型试件进行了失谐振动响应局部化实验。首先通过有限元仿真确定失谐叶盘振动响应局部化实验所需的最坏失谐模式,然后经过数据采集与后处理得到行波激励下失谐叶盘结构的强迫响应,通过实验验证了失谐跳变-强迫响应局部化现象,实验结果与理论分析取得较好一致性。

失谐周期盾构隧道结构的弯曲波动局部化

针对随机失谐周期接头盾构隧道结构的波动局部化特性进行了研究。将盾构隧道模拟为弹性地基上通过环间接头连接的周期管梁模型,基于弹性地基上均匀管梁的横向波动微分方程及接头的平衡方程,推导了结构中各胞元的动态刚度矩阵,进而利用传递矩阵法建立了相邻胞元间的传递矩阵。将随机失谐参数引入到周期结构中,根据Wolf算法,采用局部化因子计算了不同控制参数对弯曲波动局部化特性的影响。通过对失谐周期隧道的一系列算例分析表明,弹性地基上的均匀隧道存在一个临界频率,当波动频率小于该临界频率时,弯曲波的传播始终是衰减的。同时,弹性地基作用使得周期隧道弯曲振动波的禁带频率有所提高。失谐周期隧道将出现波动局部化现象。随着失谐程度的增加,结构的波动局部化程度增强。对于同一失谐程度,波动局部化现象在高频段更为显著。进一步,采用有限元方法验证了所提出周期盾构隧道模型的正确性。

模态局部化对T尾颤振特性的影响

模态局部化是弱耦合对称结构中一种不可预期的动力学现象。作为典型的工程对称结构,飞机T尾结构的地面振动试验中通常会发生强烈的模态局部化现象,使得T尾结构模态局部化研究成为T尾结构设计中一个重要的问题。基于失调T尾结构的气动弹性特性,提出了T尾颤振失调设计的概念,然后分析了平尾翼尖的质量失调设计和平尾根部的刚度失调设计,及其失调产生的模态局部化对T尾颤振特性的影响。算例结果表明:(1)失调产生的模态局部化对T尾结构的固有频率和振型产生较大影响。(2)在质量正失调时,T尾结构的模态局部化可以提高T尾颤振速度,而质量负失调时,T尾结构的模态局部化会降低T尾颤振速度。

煤岩截割破坏的变形局部化理论

应变强烈集中在剪切带内部的现象称之为应变局部化现象。应变局部化的位置就是破坏的位置,通过研究发现煤岩截割过程是典型的变形局部化过程。采用数值方法研究了煤岩局部化变形过程,采用白光数字散斑相关方法研究了煤岩截割过程,并采用MATLAB进行数据处理,得到每一加载步的最大剪应变图,发现了变形过程的局部化现象,进而提出了煤岩截割的变形局部化理论。

非局部化弹塑性理论及其应用

基于非局部弹塑性理论,在经典的弹塑性本构模型中引入材料内部特征长度,并考虑材料内部特征长度与塑性化程度的关系,在整个模型空间各质点形成可变的微小表征体积单元。进而在可变的微小表征体积单元内对塑性乘子进行空间非局部化平均,间接考虑材料内部微结构的变化及相互作用,建立可变特征长度非局部弹塑性模型。最后,将提出的非局部弹塑性模型通过有限元理论应用到压缩平板端部摩擦效应的模拟中。模拟结果表明:非局部弹塑性模型较经典弹塑性模型计算效率更高,计算结果更合理。

弱耦镜像对称工程结构模态局部化度结构参数表征

模态局部化现象对弱耦镜像对称工程结构的动态分析与主动设计至关重要。基于小参数摄动理论,针对由左右两个完全相同但在几何上互为镜像的子结构所组成失调对称结构,用峰值振幅比定义模态局部化度,重点建立了预测模态局部化发生的定量判据。该判据确立了局部化度的具体数值与结构的几何、质量及弹性等参数之间的直接影响关系。以此为依据,可实现通过失调量的主动设计达到灵活控制模态局部化强弱程度的目的。对一个弱耦近频对称结构的单边刚度失调模型的局部化振动的数值分析结果表明:(1)联结刚度失调产生的模态局部化对失调对称结构的振型将产生显著的影响;(2)验证了所提出的模态局部化定量判据及局部化度的结构参数表征的可行性和有效性。

失谐周期弹性支撑多跨梁中的波动局部化

分析研究了失谐周期弹性支撑多跨梁中的波动局部化问题 .采用传递矩阵方法给出了系统的传递矩阵 ,采用Wolf提出的计算Lyapunov指数的方法 ,确定了局部化因子 .作为算例 ,给出了结构中局部化因子的数值结果 ,分析了跨长的失谐程度、线弹簧和抗弯弹簧的无量纲刚度对弹性波局部化的影响 .

基于非局部化方法的边坡稳定性分析

应变局部化问题已经成为岩土力学研究的一个重要课题,边坡的稳定性分析必然要考虑这种应变局部化对边坡的稳定性影响。结合Bazant等的非局部化模型方法,将其推广应用到弹黏塑性本构模型中去,考虑两种正则化机制的耦合作用,并采用有限元方法结合滑面应力法对边坡的稳定性进行分析。将数值分析结果与极限平衡法和基于线弹性本构的滑面应力法结果进行了对比,从分析结果来看文中的计算结果是合理的,对实际工程具有一定的指导意义。

网壳结构模态局部化现象的试验检验

通过一个凯维特型单层球面网壳结构的缩尺模型试验,对网壳结构的模态局部化现象进行研究。定义了模态局部化现象的定量描述指标,试验中通过附加节点质量和削弱杆件截面构造结构物理参数发生改变的工况,采用准确度高的试验模态分析法对各工况下的结构进行模态测试,随机测取了3个结构模态,对各种工况下这3个结构模态的振型变化和局部化情况进行了分析。结果表明,网壳结构物理参数的小量变化可能引起某些结构振型发生比较明显的变化和局部化,在进行网壳结构的抗震计算和损伤识别时有必要考虑模态局部化的影响。