锦屏I级水电站地下厂房围岩变形破裂的三维损伤流变分析

锦屏I级水电站处于高地应力区,地下厂房围岩在此是表现有一定塑性的大理岩。在工程开挖后围岩和支护结构的变形开裂特征明显。针对这些特点,采用损伤流变耦合的三维模型和分析方法,结合运用裂隙张开产生的附加变形分析法,对该工程地下厂房洞室群的稳定性进行分析,将厂房若干关键点的位移量与实测值进行对比,取得了较好的结果;同时,对洞室的长期时效变形进行预测分析。

开采沉陷三维损伤有限元分析

针对上覆岩体结构的复杂性,将节理、裂隙及正交各向异性岩体视为损伤岩体,建立了裂隙损伤岩体三维动态有限元分析模型,给出了较详细的三维仿真模拟有限元实施格式,完成了可考虑多种工程因素且能在WINDOWS下运行的三维模拟软件。分析模拟结果显示,对岩体结构复杂性的处理方式是可行的,所研制软件是有效的。

Park-Ang三维损伤模型的参数确定和性能等级划分

针对Park-Ang三维损伤模型的参数取值和性能等级划分研究不足,基于试验数据,通过2轮遍历搜索,确定了参数取值;并参照已有的性能等级划分,确定了适用于Park-Ang三维损伤模型的性能等级划分标准。用一组一维试验验证了参数取值和性能等级划分对于不同加载路径的适用性;用另一组试验验证了它们对于空间受力构件的适用性。结果表明:所确定的参数和性能等级划分标准与已有的Park-Ang三维损伤模型表达式共同组成了一个完整的损伤指标,这一指标能够较好地评价不同一维加载模式或空间受力构件的损伤。

低速冲击下复合材料层合板的三维损伤

考虑横向剪应力效应,对复合材料层合板低速冲击损伤进行有限元数值模拟和超声C(ultrasonic C)扫描无损检测。结果表明,用九节点厚壳单元和三维Tsai-Wu失效准则求解层合板冲击问题,损伤包络区域与超声检测结果一致性好,厚度方向上的损伤剖面为倒"T"字形,内部近似圆台形,背面层损伤为"枣核"形。

基于Ottosen本构关系的混凝土三维损伤模型

提出基于混凝土已有本构模型建立混凝土三维损伤模型的方法,该方法无需再进行新的参数标定,计算损伤不必通过对损伤演化方程的积分获得。基于Ottosen本构模型建立了相应的损伤模型,就损伤参量和Ottosen非线性指标的不同选取方式,对典型比例加载情形的全过程进行损伤分析,发现基于刚度下降和基于变形能力损失的两种不同损伤描述具有互补性,非线性指标采用比例增大法计算较为简单合理。

基于改进Sargin方程和过-徐模型的混凝土三维损伤模型

利用混凝土已有本构关系建立混凝土三维损伤模型.针对基于Ottosen本构关系建立的损伤模型中的不足之处,提出基于改进Sargin方程和过-徐模型建立混凝土三维损伤模型的方法.该方法利用改进的Sargin方程作为混凝土三维应力状态的等效单轴方程,基于等效单轴方程的割线弹性模量的下降率定义损伤指标,对典型比例加载情形全过程进行损伤计算.与Mazars、Ottosen损伤模型进行对比,该模型更符合试验结果,更能够描述不同加载比例下的损伤.

复合材料三维损伤模型在大开口结构强度预测中的应用

为了预测复合材料大开口结构的强度及损伤扩展情况,开展了3种不同复合材料三维损伤退化模型(瞬间退化模型、渐进损伤退化模型和连续损伤退化模型)在复合材料大开口结构强度预测中的应用研究,完成了含口框加强件的复合材料大开口结构面内纯剪切试验,并采用3种损伤退化模型对试验件及相关文献算例进行了数值模拟。数值模拟结果与试验结果的对比表明:3种损伤退化模型均可以较为精确地预测复合材料大开口结构的极限强度;与其他模型相比,连续损伤退化模型的预测精度最高、通用性最好且网格依赖度最低。研究结果为复合材料大开口结构力学性能的研究提供了理论指导。

基于统一强度理论的岩石三维损伤模型及其验证

本文基于岩石损伤、断裂演化的阶段性特征,将岩石应力-应变曲线分为两个阶段,第一阶段依次包括:Ⅰ-无损伤弹性、Ⅱ-微裂纹演化和Ⅲ-宏观裂纹成核三个内部损伤过程,曲线跨越峰值点;第二阶段包括:Ⅳ-宏观裂纹扩展和Ⅴ-摩擦滑动。鉴于此,提出两种不同类型的曲线拟合单轴应力-应变曲线并建立一维损伤模型。在复杂应力状态下,采用统一强度理论构造复杂应力等效应变,从而将一维损伤模型推广为三维损伤模型的统一框架。该模型参数直接取值单轴应力应变曲线,可表现岩石峰值后演化的重要特征如应力跌落、残余强度等。大量实验数据验证表明,模型曲线与实验曲线符合较好。模型可推广于岩土材料、金属的非线性描述。

三维复合岩层损伤本构关系与演化方程

根据岩石微结构模型及应力应变发展规律，运用统计学与损伤理论，建立了三维复合岩层的损伤演化方程及损伤本构关系。实验结果表明，二者吻合良好。这对正确描述复合岩层损伤破坏过程，深入研究层状岩体的稳定性具有实际意义。

类节理岩体单轴压缩损伤演化的CT试验研究

采用自制与CT机配套的专用加载装置，对含单裂纹试件进行了单轴压缩破坏的CT（Computerized Tomography)实时试验，对试件被压密→新损伤区产生→裂纹扩展的全过程进行了监控，得到了各阶段清晰的CT图象及CT数。通过分析，提出了岩石的损伤演化率和损伤门槛值概念，从细观和三维上初步掌握了类节理岩体损伤演化特性。

基于逐渐损伤理论的复合材料飞轮转子渐进失效分析

基于三维逐渐损伤理论,采用刚度衰减模型来预测三维复合材料飞轮转子的渐进失效特性,并与已有参考文献进行比对,验证模型的正确性。模型考虑的失效形式主要包括四种:纤维断裂,基体开裂,分层和基纤剪切失效。采用有限元法中的牛顿-拉普森非线性迭代算法进行三维渐进失效分析,分析不同缠绕预应力下飞轮的失效过程,并进行对比分析。计算结果表明,转子的失效首先发生在飞轮的中部,单元发生基体开裂失效,随着转速的提高,单元发生纤维断裂,导致飞轮在外径处发生爆破失效。缠绕过程中对纤维束施加预应力能提高飞轮的初始失效转速。在整个损伤过程中没有出现单元分层失效和剪切失效。

复合材料开口板压缩载荷下损伤扩展及强度影响因素研究

针对复合材料开口结构在压缩载荷下损伤扩展问题,采用累积损伤方法,对典型铺层方式下层合板压缩强度和损伤扩展规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:不同铺层方式对含孔层合板的强度特性和损伤扩展形式有显著影响。在此基础之上,进一步研究了不同开口尺寸、不同铺层比例对层合板压缩强度的影响。

螺旋CT三维重建在髋关节外伤检查中的价值

目的探讨螺旋CT三维重建在髋关节外伤临床检查中的价值。方法回顾分析30例髋关节外伤均经多排螺旋CT按照骨盆常规扫描条件进行容积扫描的病例。男18例，女12例，年龄28～72岁。扫描后再行薄层图像重建，然后利用后处理软件MPR、SSD及VR分别对髋关节进行成像。结果全组病例三维重建均显示良好，髋臼骨折22例、股骨头骨折3例、脱位伴骨折5例。MPR显示骨折30例，显示碎骨片23例。SSD显示骨折26例，显示碎骨片18例。VR显示骨折18例。结论多排螺旋CT三维重建是一种显示髋关节形态的最佳方法，及其强大的后处理功能在外伤性髋关节脱位的诊断中具有极高的临床价值，并日益成为最常用的首选检查方法。

含裂隙水脆性材料单轴压缩CT分析

采用CT机配套的自制专用注水加载装置,对含裂隙水压的单裂纹试件进行了单轴压缩破坏的CT(Computerized Tomography)实时试验,对试件被压密→新损伤区产生→裂纹扩展的全过程进行了模拟,得到了各阶段清晰的CT图象及CT数。通过分析,提出了类节理岩体脆性材料的损伤演化率和损伤门槛值概念,并对水压的影响进行了探讨,从细观和三维上初步掌握了类节理岩体脆性材料的损伤演化特性。

复合式支护技术在大型土质调压井中的研究与应用

华安水电站扩建工程的调压井大直径、高深度、土质围岩。为确保调压井顺利开挖和施工安全,对土质围岩调压井临时支护采用复合式支护技术,施工效果良好。结合三维损伤有限元分析计算,介绍该工程设计施工方案,为深大调压井及类似竖井工程快速施工提供参考。

连接结构的孔边强化层对复合材料含孔板失效过程的影响

在实际工程中,复合材料开口孔周围应力集中现象十分严重,使孔边极易发生破坏,且破坏形式多种多样。为提高含孔复合材料板的结构强度,可在孔边铺设一层一定厚度的材料,用来强化含孔板的承载能力。以三维逐渐损伤理论为基础,采用商用软件ANSYS的二次开发语言,建立对复合材料含孔板进行孔边结构强化的模型,在拉伸载荷下对具有强化结构的含孔复合材料板进行数值失效模拟计算,并与已有文献结果进行比较,验证了本模型的正确性。同时,分析各铺层的失效形式特点,以及不同强化层厚度对各铺层失效过程的影响,得到不同厚度的强化层下,层合板的初始失效载荷、最终失效载荷及整个失效过程,为复合材料含孔板强化结构的研究提供一定参考。

胶结修补对复合材料层合板各铺层失效形式的影响

复合材料由于重量轻、强度高等诸多优点使得其应用非常广泛,然而不可避免地也会在使用过程中出现损伤。受损结构的修补问题,成为日前急待解决的技术问题。在工程实际应用中,对受损复合材料层合板的常见处理方法就是在受损处用胶粘上一补片,用以弥补受损结构的不连续性。采用ANSYS参数化编程语言,以三维逐渐损伤理论为依据,考虑多种失效形式,按已有文献建立相应模型,并通过对比验证模型程序及算法的正确性。分别建立半穿透型及穿透型受损复合材料层合板受损修补模型,在拉伸载荷下对模型进行多参数计算,分别模拟受损不补与胶结修补模型的整个失效过程,取出其中最典型的三组数据进行对比。针对不同大小补片进行计算,得出胶结修补对复合材料层合板各铺层失效形式的具体影响。

基于率相关三维弹塑性损伤模型的复合材料渐进失效分析

建立了一个同时考虑复合材料非线性力学响应、应变率效应和损伤累积导致材料属性退化的弹塑性三维损伤本构模型。采用改进的塑性力学模型表征材料在动态荷载下的非线性力学行为。为准确预测复合材料在动态荷载下的弹塑性力学响应,引入了率相关放大系数对准静态下的塑性强化函数进行修正。采用“断裂带模型”对已开发的本构模型软化段进行规则化,以减轻有限元分析结果的网格敏感性。采用分区反抛物线插值法对基体损伤初始断裂面角度及纤维扭结/劈裂平面角度进行求解。开发包含数值积分算法的用户材料自定义子程序VUMAT,并嵌于有限元程序ABAQUS V6.14中,对力学行为展现显著非线性力学效应和应变率效应的IM7/8552碳纤维/环氧树脂复合材料层合板进行了渐进失效分析,验证本文提出的材料本构模型的有效性。结果显示,预测结果与已报道的试验结果吻合良好,表明已建立的率相关三维弹塑性损伤本构模型能准确预测此类复合材料层合板的在动态荷载下的力学行为,为复合材料构件及其结构设计提供了一种有效的分析方法。

补片形状和尺寸对复合材料胶接修补的影响

与传统的机械修补技术相比,复合材料胶接修补具有结构增重小、可设计性强、成形简单和成本低等明显的优点。因此,复合材料胶接修补技术已成功地应用于一些军用和民用飞机的受损结构。借助于ANSYS软件,以三维逐渐损伤理论为依据,分别建立含不同形状补片的复合材料胶接修补模型,其中母板和补片采用正交各向异性损伤模型,胶层采用各向同性损伤模型。在单向拉伸载荷作用下,同时考虑层合板和胶层的损伤形式和扩展趋势,确定层合板的最终失效载荷,并与已有文献进行对比,验证模型的正确性。损伤模型计算结果表明,补片的形状和尺寸均是胶接修补的重要设计参数,其对层合板的最终失效载荷影响显著。斜放的方形补片的修补效果较佳,当对方形补片进行圆角化处理时,受损层合板的拉伸承载能力得到提高。

复合材料受损板的结构分析与强度预测

基于三维逐渐损伤理论,通过采用ANSYS二次开发语言APDL,建立了含孔复合材料层合板的三维有限元模型,通过对层合板进行施压,综合考虑了层合板基体开裂、基纤剪切、分层和纤维断裂四种主要失效模式,并基于刚度退化准则,分析了复合材料层合板内部损伤的产生和扩展过程,求出了层合板的最终失效值。