考虑参数随机性的压实黄土蠕变变形不确定性分析

现有蠕变模型的计算值为确定值,未能考虑岩土材料和参数评估过程中的随机性。为反映岩土材料的变形随机特性,基于多次重复的一维固结蠕变试验,本文研究了分级和分别加载条件下压实黄土的蠕变特性,建立了考虑参数随机性的改进Merchant模型,提出了一种蠕变变形的不确定性预测方法,并通过延安高填方工程进行了验证。结果表明,压实黄土具有明显的衰减蠕变特性,引入非线性元件的Merchant模型能更好描述土体的应变时间关系,考虑参数随机性的模型计算值近似服从正态分布;通过不确定性预测方法可以获得蠕变变形值的概率云图,且工程实测蠕变变形值落在预测范围的95%的置信区间内,说明了考虑参数随机性的蠕变变形不确定性预测方法的有效性。

轴压松弛圆柱螺旋弹簧载荷分量数值模拟研究

螺旋弹簧高温轴压松弛试验难以监测加载端载荷分布及变化,利用有限元可模拟弹簧加载端载荷分量变化,有助于改进该试验加载方案。本文在高温下保持轴压变形不变,基于蠕变模型模拟了圆柱螺旋弹簧载荷变化,分析了温度、簧圈直径、簧丝直径对轴压载荷的影响,特别是对载荷分量的影响。发现温度与载荷分量负相关,但与载荷松弛剧烈程度正相关。簧圈直径与各载荷分量正相关,与各载荷分量松弛剧烈程度负相关。簧丝直径与各载荷分量松弛剧烈程度正相关,但当载荷分量绝对值很小时松弛现象消失。弹簧载荷越大,越需考虑各载荷分量对弹簧发生蠕变松弛的影响。这对于弹簧蠕变松弛试验设计及影响因素分析具有参考价值,对功能性弹簧设计有指导意义。

软弱围岩蠕变损伤机理及合理支护时间的反演分析

基于软弱围岩的蠕变损伤机理,提出了围岩蠕变损伤具有变形损伤与时间损伤耦合效应的观点。运用Burgers模型引入蠕变损伤变量,采用位移反分析方法对圆形巷道的粘弹性变形规律进行研究,得出软岩巷道合理支护时间的确定方法。通过工程实例证明该方法是合理的。

层状盐岩力学和变形特性数值试验研究

对含泥岩夹层层状盐岩力学和变形特性进行有限元分析。首先,用数值试验方法预测含泥岩夹层层状盐岩体宏观等效弹性力学参数,然后,建立层状盐岩复合体细观有限元模型,研究其在单轴和三轴压缩荷载下盐岩、泥岩以及界面细观应力应变场分布特征、应力集中问题,并将上述研究与已有的理论和试验成果进行对比。结果表明,运用细观有限元方法预测层状盐岩宏观弹性力学参数是一种直观有效的方法;泥岩和盐岩力学特性上的不匹配导致在层状盐岩的泥岩夹层中以及界面边缘处存在较为明显的应力集中和差异变形。单轴压缩时,泥岩体由于侧向变形能力差会受到横向拉伸应力作用而盐岩层则相应的受到横向压应力作用,三轴压缩时因围压和偏应力大小不同层状盐岩细观应力应变场分布特征则更为复杂;此方法能更为直观的分析层状盐岩的变形和破损特征,这一分析结果对进一步进行层状盐岩体内油(气)储库硐室稳定性分析提供了理论基础。

大岗山坝区岩体现场剪切蠕变试验及参数反演

现场剪切蠕变试验是了解岩体剪切蠕变特性的最重要手段。针对大岗山水电站坝区"硬、脆、碎"辉绿岩脉进行了现场剪切蠕变试验,分析了岩体的剪切蠕变变形规律和剪切蠕变速率特性。试验结果表明,在剪应力较小时坝区岩体剪切蠕变仅呈现出减速蠕变和稳态蠕变2个阶段;当剪应力接近屈服强度时,坝区岩体剪切蠕变速率由渐变增长转为突变增长,岩体在短时间内即发生破坏,呈现出加速蠕变特性。恒定正应力下辉绿岩体的稳态流变速率与剪应力之间可用指数关系来表征。根据剪切蠕变试验曲线,进行了岩体剪切蠕变模型辨识。辨识表明,西原模型可以较好反映坝区辉绿岩脉的剪切蠕变特性。通过优化反演获得坝区岩体的剪切蠕变参数,为坝基边坡工程稳定性分析和设计提供了重要的力学依据。

金坛储气库岩盐蠕变特性及其实用本构研究

通过对金坛盐矿储气库岩盐大量的实验发现:在不同应力水平作用下,岩盐的瞬态蠕变变形介于0.1%到2%之间,一般高应力水平作用下的变形量较低应力水平作用下的变形大;试件的稳态蠕变率从0.0023%/h到0.15%/h变化不等,随应力水平的提高,岩盐蠕变率变化十分明显。表明:应力水平越高,瞬态蠕变变形和稳态蠕变率均越大;反之亦然。在分析应力水平与蠕变变形关系实验及理论分析的基础上,结合金坛储气库实际,建立了基于应力水平的岩盐瞬态及稳态蠕变综合本构方程。该本构方程理论计算与实验结果吻合较好,可为金坛储气库运营的稳定性分析提供一定的参考依据。

PBX材料的蠕变损伤本构关系

依据分子链变形和滑动观点分析了PBX材料的蠕变机理 ,指出聚合物蠕变是颗粒高度填充聚合物基复合材料蠕变的主要根源。用一维粘弹性蠕变损伤模型对Johnson的实验数据作进一步分析 ,讨论了PBX造型粉粒度等因素对PBX聚合物基复合材料蠕变损伤的影响 ,并指出PBX材料的蠕变损伤存在某种随机性。

由压痕蠕变试验确定材料的蠕变性能参数

研究由平头压痕蠕变试验来确定受压材料蠕变性能参数的可行性· 利用有限元蠕变分析确定在定压痕应力下的压痕蠕变率,重点放在稳定压痕蠕变率和受压材料蠕变性能参数的关系上· 详细地研究了压头形状、大小和宏观约束对压痕蠕变响应的影响:当压头的尺寸和受压材料为同一数量级时,宏观约束将有十分明显的影响· 提出两种方法来由压痕蠕变试验来确定受压材料蠕变性能参数,并给出了算例,结果有利于准确认识平头压痕蠕变试验。

考虑加载历史影响的蠕变律

考虑到蠕变过程中 ,材料内部微观结构的变化 ,会使材料的变形行为发生改变 ,本文引入硬化状态变量表征加载历史对材料变形行为的影响。提出的蠕变律可以正确反映蠕变三个阶段的变形规律 ,由此导出的蠕变损伤演变方程与加载历史有关。

基于蠕变数据的应力松弛行为预测模型与方法

综合考虑三阶段蠕变速率的影响,克服现有蠕变方程不易求解的缺点,提出一种基于平均蠕变速率的线性蠕变—松弛转换模型;以幂律蠕变模型为基础,确立一套完整的基于蠕变数据的松弛性能预测方法。1Cr10NiMoW2VNbN为例的验证结果表明,该模型转换数据较好地与实际试验结果吻合,且远优于幂律蠕变模型,可推荐用于高温材料的松弛行为预测。

基于Norton-Bailey模型的P92钢初期蠕变过程分析

以Norton-Bailey时间硬化模型和Kachanov损伤模型为基础,提出一种能够全面描述蠕变全寿命期蠕变变形发展的本构模型。与Norton-Bailey模型相比,该模型可以更准确地反映蠕变第一阶段的变形累积,以Kachanov损伤演化方程描述蠕变第三阶段的变化;推导模型第一阶段和第三阶段的参数确定方法;根据实验数据,确定P92钢的模型参数。将该模型嵌入到在ANSYS接口程序中,并用于高温合金钢P92的蠕变寿命计算,结果表明模型与实验数据基本吻合。

巷道岩体蠕变断裂失稳区预测研究

地下巷道岩体具有一面临空,围岩的应力由原来的三向应力状态变为二向应力状态,在次生应力的作用下围岩会产生蠕变,其随时间的增长巷道将发生严重的收缩变形破坏,即蠕变断裂破坏。以白皎煤矿地质资料为背景,利用3D–σ有限元软件建立了巷道的三维结构模型,巷道采用正台阶式开挖,应用工程岩体蠕变断裂失稳两步计算法,分析了巷道岩体在动态施工过程中产生蠕变断裂形成塑性区域的演化特征,研究成果可为巷道支护设计提供理论依据。

基于改进Bingham模型的软岩参数非定常三维非线性黏弹塑性蠕变本构研究

传统线性元件组合模型难以描述岩石非线性加速蠕变阶段特性,给工程应用带来了巨大困难。提出一种新的应变触发非线性黏壶元件,并将其与Bingham模型串联,建立了可以描述岩石等速和加速蠕变特性的一维本构模型,进而推导出相应的三维蠕变本构模型,再将三轴压缩过程中岩石弹性模量的衰减方程引入该三维蠕变本构方程,得到一个能反映岩石蠕变全过程特性的三维非线性黏弹塑蠕变本构模型,根据泥岩蠕变试验数据对该模型参数进行了辨识。模型理论计算值与泥岩蠕变试验数据的对比表明改进的Bingham模型不仅可以充分反映软岩的等速蠕变特性,还可以很好地描述软岩的衰减和加速蠕变规律,且模型元件少,组合形式简单,为软岩非线性蠕变本构模型研究提供了新的借鉴。

黏弹性层合圆柱壳的蠕变分岔屈曲

采用Boltzmann积分型本构关系描述铺设单层的黏弹性力学行为,基于DMV扁壳假定和Kármán- Donnell几何非线性关系,研究了对称铺设黏弹性层合圆柱壳的前屈曲变形特征和分岔蠕变屈曲．对玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合圆柱壳的分析结果表明,在前屈曲阶段,挠曲变形和环向薄膜力随时间的变化趋势主要取决于圆柱壳的铺设方式,可以呈现完全相反的变化特征；层合短圆柱壳两端的边界条件对其蠕变分岔屈曲行为有决定性的影响,径厚比的增加将使分岔形式的延迟失稳现象更加明显．

考虑损伤的内变量黏弹--黏塑性本构方程

基于Rice不可逆内变量热力学框架,在约束构型空间中讨论材料的蠕变损伤问题.通过给定具体的余能密度函数和内变量演化方程推导出考虑损伤的内变量黏弹--黏塑性本构方程.通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验对一维情况下的本构方程进行参数辨识和模型验证,本构方程能很好地描述黏弹性变形和各蠕变阶段.不同的蠕变阶段具有不同的能量耗散特点.受应力扰动后,不考虑损伤的材料系统能自发趋于热力学平衡态或稳定态.在考虑损伤的整个蠕变过程中,材料系统先趋于平衡态再背离平衡态发展.能量耗散率可作为材料系统热力学状态偏离平衡态的测度;能量耗散率的时间导数可用于表征系统的演化趋势;两者的域内积分值可作为结构长期稳定性的评价指标.

三轴加载下盐岩蠕变损伤特性的研究

基于不可逆热力学,采用内变量刻划岩石材料的不可逆变形历史,引入四阶损伤张量,建立了盐岩的蠕变损伤本构模型,对盐岩在复杂应力条件下的蠕变行为进行了描述,与实验结果比较表明该模型能较好的描述盐岩不同阶段的蠕变行为及其主要因素对盐岩蠕变特性的影响。

PBX炸药粘弹性损伤本构关系研究

应用广义能量释放率及动态断裂理论,结合粘弹性效应建立了PBX炸药的统计细观损伤本构模型,将该模型嵌入到Ls-dyna有限元程序中对平面撞击实验进行了数值计算.通过与实验结果比较表明,建立的细观损伤本构模型能较好地描述PBX炸药在冲击作用下的动态损伤力学行为.

纳米丝应变率效应的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟了零温时不同应变率作用下纳米丝的拉伸力学行为。计算结果表明在缺乏热激活软化机制条件下,纳米丝应变率效应呈现出与宏观应变率试验结果相一致的特征。纳米丝在不同的应变率范围具有不同的变形机制。在应变率不敏感区和敏感区,纳米丝主要以位错运动作为塑性变形机制;在应变率突变区,纳米丝通过局部原子混乱区的持续扩展乃至整体结构的非晶化作为塑性变形机制。

镍基定向凝固高温合金力学性能的统计分析

通过随机抽样和统计的方法对定向凝固高温合金的弹性常数进行了分析。结果表明: 由于合金晶粒数目较少, 弹性常数统计结果的变异系数较大, 证实定向凝固高温合金横向性能分散性较大; 由抽样检验发现, 定向凝固高温合金的弹性常数统计上近似服从正态分布; 应该采用统计方法描述定向凝固合金的力学行为。

高温材料的多轴蠕变试验方法

综述了多轴蠕变的试验方法,并推荐了基于试验数据评价工程结构蠕变寿命的参考应力法。介绍了目前常用的薄壁管试验、环向缺口圆棒试验、环向缺口薄壁管试验、构件模拟试验、穿孔二向板试验、十字形二向板试验和紧凑拉伸试验等多轴蠕变试验方法;讨论了这些方法的优缺点及其适用范围。在分析欧盟ESIS P10-02缺口圆棒多轴蠕变试验规范的基础上,讨论了如何根据蠕变构件的参考应力、节点应力和失效模式来预测其多轴蠕变断裂寿命。