利用损伤力学模型研究地震前兆现象

在地震等灾变破坏发生之前会出现一定的前兆现象,本文通过损伤力学模型,运用数值计算的方法对此进行了研究.从计算结果可以看到,在灾变破坏发生之前,由损伤所释放的能量(能量释放)和加卸载响应比值Y都发生了异常明显的变化,这表明二者具有相同的物理机制,在一定程度上都能够较为定量地刻画出系统的损伤演化过程.如果把二者相结合则可能对地震等灾变破坏做出更为准确的预测,本文结合实际震例对此也进行了一定的研究.

热-水-力耦合作用下岩石损伤力学模型与验证

为了探讨高温、高孔隙水压、高围压对岩石损伤破坏的影响,基于损伤力学基本理论,并结合应变等价性原理,建立热-水-力耦合作用下的损伤力学模型,构建表征岩石损伤演化的表达式,通过水-力耦合作用下热损伤花岗岩室内试验验证了该模型的合理性,并根据室内试验确定了模型参数。试验结果表明:提出的模型能较好地反映热-水-力耦合作用下岩石应力-应变过程,且能表征上述作用下岩石损伤演化规律;高温损伤会导致岩石由脆性逐渐向延性转变,而孔隙水压会进一步加剧岩石损伤演化。

复合材料层合板低速冲击损伤分析的连续介质损伤力学模型

针对复合材料层合板低速冲击损伤问题,提出了一种各向异性材料连续介质损伤力学模型,模型涵盖损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则3个方面.通过材料断裂面坐标下的损伤状态变量矩阵完成损伤表征,并考虑断裂面角度的影响,建立了主轴坐标系下的材料损伤本构关系.损伤起始由卜克(Puck)失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,服从基于材料应变能释放的线性软化行为.模型区分了纤维损伤和基体损伤,并根据冲击载荷下层内产生多条基体裂纹继而扩展至界面形成层间裂纹(分层)的试验观察,引入基体裂纹饱和密度参数表征层间分层.以[0_3/45/-45]_S和[45/0/-45/90]_(4S)两种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了连续介质损伤力学模型的有效性.模型在不同网格密度下的计算结果表明单元特征长度的引入可以在一定程度上降低损伤演化阶段对网格密度的依赖性.

加筋板的累积损伤力学模型研究

为了研究船体梁在循环荷载作用下的极限承载能力,修改了钢材的累积损伤模型,并将其引入到加筋板的极限承载力计算模型之中,提出了一种循环载荷载荷作用下考虑材料损伤累积的加筋板极限承载力的计算方法。采用Visual Basic 6.0编制了循环荷载作用下加筋板的滞回曲线计算程序,进行了加筋板的计算,并采用有限元软件进行对比验证。结果表明:该方法具有较高的精度,可用于船体梁极限强度的计算评估。

纤维混凝土的损伤力学模型及抗拉性能研究

数值模拟方法广泛应用于纤维混凝土抗拉性能的研究中,但是由于纤维的尺寸较小且数量庞大,使得常用的等效模拟方法和离散模拟方法在模拟精度或建模效率上难以兼顾。近年提出的半离散模拟方法克服了上述方法在纤维几何模拟上的缺陷,实现了精度和效率的平衡,但是该方法在力学模型方面仍有改进的空间。通过借鉴混凝土的多线性损伤理论,构建了纤维强弱黏结损伤力学模型,与混凝土损伤力学模型相结合,实现了纤维混凝土损伤力学模型的统一,并据此改进了半离散模拟方法,这有利于该方法在纤维混凝土力学特性研究中的应用。基于上述理论,使用FORTRAN语言编写了相应的程序。针对单骨料混凝土试件的单轴拉伸试验以及砂浆试件的单丝拉拔试验,通过数值试验与物理试验的结果对比,验证了纤维混凝土损伤力学模型的合理性。基于骨料级配曲线以及蒙特卡洛方法,生成了一组复杂纤维混凝土试件,通过一系列单轴拉伸数值试验,研究了不同纤维掺量、纤维初始刚度、砂浆强度对混凝土抗拉强度、阻裂性能及韧性的影响。

复合材料连续损伤力学模型在螺栓接头渐进失效预测中的应用

提出考虑层合板面内(纤维和基体失效)和层间失效的复合材料连续损伤力学模型,对螺栓接头的渐进失效行为进行预测。基于Tsai-Wu强度准则,发展可以判定复合材料面内和层间失效的强度准则。采用幂指数衰减材料退化模型模拟复合材料的损伤扩展过程。建立连续损伤力学模型用以研究0°铺层比例和螺栓直径对复合材料螺栓接头挤压性能的影响,预测结果与实验结果吻合。结果表明:0°铺层比例过高,接头发生剪切破坏,降低连接结构承载能力;增大螺栓直径,层合板损伤受到抑制,可提高复合材料螺栓接头的挤压强度。

基于损伤力学模型胶结尾砂充填体强度特性研究

以地下矿山尾砂充填料为研究对象,利用充填体试块损伤力学模型和岩石力学试验机对胶结尾砂充填体在不同质量浓度、灰砂比和养护时间下的强度特性进行试验研究。引入充填体损伤力学模型和损伤因子来描述胶结尾砂充填体的强度特性和破坏过程。研究结果表明:充填体的单轴抗压强度随着质量浓度、灰砂比和养护时间的增加而增大,并且灰砂比和养护时间对充填体强度影响较大;结合试验结果,利用充填体损伤力学模型可以准确地描述充填体加载过程中的应力-应变曲线;结合应力-应变曲线得出的损伤因子值随应变增加而增大,且质量浓度和灰砂比越大、养护时间越长,损伤因子值越小,充填体越不容易破坏。

损伤力学模型在胶接结构耐久性／损伤容限分析中的应用

介绍了胶接结构胶层在简单加卸载情形下的损伤演化本构模型及其数值计算方法的国外研究工作，并对其在胶接结构的耐久性／损伤容限工程评估中的应用进行了分析评述，目的希望推动国内在航空胶接结构设计分析中的应用研究工作。

金属材料损伤理论模型的研究综述

金属材料塑性变形中伴随着表面缺陷、内部缺陷、损伤裂纹等,这些缺陷形式严重制约着金属的加工及其性能的提升。基于连续损伤力学理论和细观损伤力学理论,综述了其所对应的力学损伤模型,然后依据损伤模型的构建,可以有效地预测出材料的裂纹损伤,从而对后续的二次开发和仿真应用做了良好的铺垫。通过研究对比,Johnson-Cook模型以其简单的乘法形式、出色的预测应变速率和温度范围内力学行为的能力得到了研究者们的广泛应用,其形式非常适合于有限元程序模拟及其验证,而且该模型一直在不断地完善与优化。

顶煤损伤统计力学模型

假设煤岩微元强度服从 Weibull分布 ,分析了支承压力、煤层倾角、煤体力学性质对急斜放顶煤开采水平分段高度的影响 ,结果表明 ,损伤分析对确定水平分段这一关键技术参数有重要作用。

大采高综放开采煤岩损伤统计力学模型

根据特厚煤层大采高综放开采煤壁前方支承压力的分布特征,从煤岩内部缺陷的随机性分布特征出发,基于反映煤岩内部缺陷的微元强度服从韦布分布的概念,建立了支承压力作用下煤岩的损伤统计力学模型,确定了特厚煤层大采高综放面在煤壁片帮不影响生产的情况下的合理采高,并分析了特厚煤层大采高综放面合理采高与煤壁片帮程度、煤层内摩擦角、煤层内聚力和顶煤变形的关系。最后,通过工程实例分析,验证了该模型的合理性。

混凝土单轴应力状态的损伤力学分析及应变软化模型研究

利用先进的Ｉｎｓｔｒｏｎ电液伺服试验机，对混凝土单轴拉伸状态下的应力－应变全曲线进行了实测．根据实测结果和收集的文献资料，运用损伤力学理论，推导了相关的损伤方程。

裂隙型硬粘土的力学模型及其在边坡工程中的应用

硬粘土是介于软岩和硬土之间的一种介质 ,其中含有规律分布的裂隙 ,具有明显的方向性和各向异性特征 ;本文从实际应用的角度出发 ,提出一种适用于裂隙性硬粘土的损伤力学模型 ,并应用于南水北调中线渠道边坡工程的数值模拟分析。

不同含水率与围压下伊犁高温冻土三轴力学试验特性研究

为了探究含水率与围压变化对高温冻土物理力学性质的影响,以新疆伊犁河谷高温冻结黄土为研究对象,开展了黄土的矿物成分、物理性质,以及不同含水率和围压条件下冻土的三轴压缩试验。结果表明:伊犁黄土的粉粒与黏粒粒组含量占比较高,对冻融作用的反应敏感。低含水率时表现为应变软化现象,破坏形态以脆性剪切破坏为主,饱和含水率时表现为应变硬化现象,破坏形态以塑性鼓胀变形破坏为主,软化系数随含水率增大而逐渐减小。随着含水率增大,峰残内摩擦角逐渐降低,峰残黏聚力逐渐增大,变形模量逐渐增大。随着围压增大,弹性模量和损伤演化特征参数均逐渐降低,引入的损伤力学本构模型能够较好地描述高温冻土在不同含水率和围压影响下的应力应变全过程。研究成果可为伊犁河谷冻融滑坡成灾机理研究提供力学参数与理论依据支撑。

基于支承压力分布的大断面煤巷损伤模型分析

根据大断面巷道侧向支承压力分布的一般规律,从帮煤体内部损伤缺陷的随机性分布特征出发,基于反映帮煤体内部缺陷的微元强度服从威布尔分布的概念,建立了侧向支承压力作用下帮煤体损伤统计力学模型,并分析了巷高与巷帮煤壁片帮程度、煤层内聚力等力学关系,为帮锚杆支护提供科学依据。

不同应力三轴度断裂的晶粒尺度效应及损伤建模

开展了不同晶粒尺寸及应力状态下的薄板拉伸实验,发现晶粒一致时断裂应变随应力三轴度的增加逐渐减小,针对剪切应力状态,晶粒尺寸增大导致断裂应变增大,并且晶粒尺寸过大会导致试样断裂形式改变;而针对单拉及平面应变状态,随晶粒尺寸增大,断裂应变减小。为描述尺度效应及应力状态影响,通过有限元仿真,利用考虑尺度效应的GTN-Thomason模型模拟了试样的变形过程,对比了实验与仿真的力-位移曲线,验证了模型在较高应力三轴度下的准确性,仿真结果表明,晶粒尺寸增大导致孔洞连接加快,应力三轴度增加有利于孔洞增长从而导致快速断裂。进一步地,在考虑尺度效应的GTN-Thomason模型基础上加入剪切因素影响,提高了损伤模型在较低应力状态下的预测精度。

一种简化的混凝土损伤本构模型及其应用

针对混凝土在不同应力状态下强化、损伤的各向异性发展及各向异性效果、体积和偏量变形间的耦合和损伤机理与破坏模式的差异等不可逆变形以及损伤的基本特征,提出了一种简化的损伤本构模型。它采用标量损伤变量以避免采用各向异性损伤张量造成的分析与计算上的困难,同时采用Lode参数ms描述不同应力状态及非比例加载史下材料的各向异性损伤与损伤的各向异性效果,发展了相应的算法。对三轴复杂加载史下混凝土的响应进行了分析,其结果与试验结果的比较显示了良好的一致性。

基于损伤力学的TB6冲击缺陷影响系数

TB6材料的主要缺陷类型有冲击、刮伤和腐蚀。针对冲击缺陷,主要的表征参数为冲击凹坑底部半径及冲击深度。冲击缺陷会对TB6材料的疲劳性能造成一定的影响,用缺陷影响系数Kflaw来衡量这种影响的程度,缺陷影响系数的定义为:光滑试件的疲劳极限与带缺陷试件的疲劳极限的比值。损伤力学是固体力学的分支,是工程技术迅速发展对基础学科的需求的产物。如今对金属疲劳损伤力学的研究已经到达了可以应用于工程上的水平,损伤力学的核心是损伤变量的确定。利用金属疲劳损伤力学的方法可以对TB6材料的疲劳寿命进行预估,预估寿命的精度取决于疲劳损伤力学模型的精度。

混凝土在多维应力状态下的损伤本构模型

已有的混凝土平面应力有限元分析均是利用单轴应力-应变本构关系,其中经验系数的选取带有相当的主观色彩,因此十分有必要建立混凝土在多轴应力特别是二维应力状态下的本构关系并直接应用于非线性分析.基于连续损伤力学的理论框架,作者建立了理论上较为完备、应用较为简单的确定性混凝土拉剪弹塑性损伤本构模型.模型数值模拟和已有试验结果的对比表明,本文建议模型能够很好的描述双轴应力条件下混凝土材料的弹性区域包络线以及强度包络线,同时应力-应变全过程结果和Kupfer (Kupfer et al.1969)的试验结果吻合良好,能够很好的模拟混凝土双轴受压强度的提高和双轴拉压应力状态下的"拉压软化效应",这对混凝土结构的非线性分析是非常重要的.

损伤和残余应力对钢构件性能的影响

研究累积损伤、厚度方向和纵向残余应力对焊接组合厚板钢构件承载力和刚度的影响,对不同尺寸参数的构件的滞回性能进行了分析比较。结果表明,在静力作用下,累积损伤模型和残余应力对极限承载力的影响微小,对于刚度的影响较大,在低周往复荷载作用下,累积损伤模型和残余应力会使厚度偏大的构件滞回性能减退更加明显。所以采用合理的损伤模型和残余应力有利于正确分析焊接组合厚板钢构件的力学性能,从而增加整体结构的可靠度。