基于Kelvin模型的圆形巷道位移反分析的唯一性

讨论了黏弹性岩体中圆形巷道位移反分析的唯一性问题。以Kelvin模型为研究对象,在圆形巷道位移解析解的基础上,利用参数可辨识条件,对岩体参数进行了位移反分析唯一性的研究。结果表明:无论测量出多少个测点的位移,都不能唯一地反分析出所有岩体参数,至少要已知2个参数,才有可能唯一地反分析出其余参数;随着已知参数的增多,各参数的可辨识性逐渐增强;竖向地应力与水平地应力是否相等,且二者作为已知条件时其大小是否为0对反分析结果有较为明显的影响;适当减少待反演参数的数量对提升反分析结果的唯一性有显著影响;所有参数中地应力具有最好的可辨识性,其次是弹性模量,泊松比及黏滞系数最差。

确定Kelvin模型粘弹性材料参数的一种实验方法

从Kelvin模型和Euler-bernoulli梁理论出发,利用弹性-粘弹性相应原理和弹性材料动力学理论得出粘弹性梁的动力学方程。利用中心差分法分析了粘弹性材料悬臂梁的动态函数。根据振动特性,将材料参数与梁应变响应周期及振幅衰减相联系;利用这种联系,提出了测定Kelvin模型粘弹性材料参数的一种简单实验方法;分别取不同长度的橡胶悬臂梁进行了相应的实验,测出了材料的剪切模量和粘性系数;分析实验结果,得出一些有益的结论。

基于颗粒流程序的广义Kelvin模型及其应用

研究具有流变特性的由一个Maxwell体和任意个Kelvin体串联组成的广义Kelvin模型,并对其本构关系进行推导。在Microsoft Visual Studio平台上采用C++语言编译模型的头文件和源文件,开发出广义Kelvin模型的动态链接库(DLL)文件,在二维颗粒流程序(PFC2D)中对DLL文件进行加载调用,实现对广义Kelvin模型的开发。对含不同数量Kelvin体的广义Kelvin模型进行应力松弛模拟试验,得到接触力随时间的变化关系并与理论解对比,验证了开发模型的准确性。在此基础上,以某露天煤矿的含粉质黏土边坡为工程实例,利用开发的广义Kelvin模型对其失稳过程进行模拟,所得结果与边坡现场特殊的帽檐形破坏模式相符,而与采用普通线弹性模型模拟得到的边坡失稳形态为"圆弧滑动"不一致,说明该模型可用于研究此类含粉质黏土边坡失稳的破坏机制,并在此基础上,提出了对该类含具有流变特性的粉质黏土边坡的处治建议,研究结论可为今后类似研究提供有益的参考。

广义Kelvin模型在沥青路面中的应用

为了得到普适性黏弹性本构方程的解答,选择广义Kelvin模型作为沥青混合料的本构模型,并分析了该模型的力学响应.首先,推导了沥青混合料一维广义Kelvin模型在重复单轴半正矢荷载作用下的应力-应变关系,并提出了获取该工况下材料参数的新方法;然后,将一维广义Kelvin模型推广到三维空间中,并给出了对应的有限差分算法;最后,验证了三维广义Kelvin模型和有限差分算法的正确性,分析了广义Kelvin模型在沥青路面中的适用性.结果表明,采用所提的参数获取方法以及本构模型的演算和推广能够实现广义Kelvin模型在沥青路面中的应用.广义Kelvin模型可以准确有效地应用于沥青路面黏弹性响应计算中.

基于Kelvin模型的粘弹性浅拱的动力稳定性

研究了外激励作用下非线性粘弹性浅拱的动力行为.通过达朗贝尔原理和欧拉-贝努利假定建立了浅拱的动力学控制方程,其中采用Kelvin模型来表示非线性粘弹性材料的本构关系,并利用Galerkin法将方程简化用于数值分析.分析了粘弹性材料参数、浅拱矢高、外激励幅值和频率对系统分岔和混沌等非线性动力学行为的影响,结果表明各种参数条件下系统的非线性动力特性十分复杂,周期运动、准周期运动和混沌运动窗口在一定条件下交替出现.

单自由度系统强迫振动下Kelvin模型和Maxwell模型的比较

以Kelvin模型和Maxwell模型为对象,研究了单自由度系统强迫振动下2种模型的系统响应。首先,将单自由度强迫振动分为简谐激励下的强迫振动、偏心质量引起的强迫振动和支承运动引起的强迫振动3种情况,分别在这3种情况下建立了2种模型的运动微分方程,并得到了系统的解析解。随后,通过解析解得到了振幅放大因子和相位差的解析式,研究了系统的幅频响应曲线和相频响应曲线。通过比较2种模型的幅频响应曲线,发现在偏心质量和支承运动引起的强迫振动情况下Maxwell模型在小阻尼时振动控制效果远优于Kelvin模型。

基于Kelvin模型的曲线梁桥地震碰撞响应分析

选取西北地区某立交桥为研究对象,基于Kelvin碰撞模型,对结构进行地震作用下的碰撞力、位移、内力、应力进行非线性时程分析。计算结果表明,地震作用下桥梁结构的碰撞力、碰撞次数与地震动输入的方向是密切相关的,碰撞作用产生的碰撞力大小是影响结构梁体切向、径向位移的最主要因素,碰撞作用对梁体跨中拉应力的影响很小,而对梁体跨中和梁端压应力的影响很大,特别对靠近碰撞单元的梁孔影响更加显著。

基于分数阶Kelvin模型的饱和黏土一维流变固结分析

引入基于Caputo分数导数的弹壶元件修正Kelvin模型,以描述饱和黏土的一维流变本构关系。沿用Terzaghi饱和土一维固结理论的假设推导流变固结方程,引入Laplace变换和基于Fourier级数展开的Laplace数值逆变换解法进行数值求解。通过与基于整数阶导数模型解析解的对比,证明数值解法的有效性。通过对文献中一维流变固结试验结果的模拟,验证修正Kelvin模型的适用性。然后分析弹壶元件中分数导数阶数和黏滞系数对地基流变固结进程的影响。计算结果表明,在固结开始相当长的一段时间内,孔隙水压的整体消散速度要快于Terzaghi一维固结理论,但在固结后期则会慢于后者;而且在整个固结过程中,地基沉降速率都要慢于后者。总体来看,地基沉降滞后于孔压消散,并且分数导数阶数越小或黏滞系数越大,这种现象就越明显,而且沉降稳定需要的时间越长。

粘弹性广义Kelvin模型的FLAC^(3D)二次开发

针对不同力学特性的岩土体材料,基于现有的商业数值分析软件进行本构模型的二次开发,可以更为科学地模拟工程实际问题。根据FLAC3D提供的程序接口,以广义Kelvin模型为例,探讨了粘弹性模型开发的基本原理,同时给出了程序代码编写中的几个关键函数,并通过圆柱体的压缩试验对自定义本构模型进行验证。结果表明,试验曲线与广义Kelvin模型模拟曲线相吻合,验证了文中采用的开发思路是正确的,可为其他本构模型的开发提供参考。

基于有损伤体元件的广义Kelvin模型蠕变全过程探究

岩石的蠕变特性往往对隧道和地下工程的稳定性有着重要的控制作用.针对岩石蠕变的阶段性特征,可将岩石蠕变全过程分为四个阶段.广义Kelvin模型可较好地反映前三个阶段的岩石蠕变特性,不能理想地反映加速蠕变阶段特征.通过引入损伤体元件和Kachanov的损伤因子演化公式,构建了具有损伤体元件的广义Kelvin模型,从而建立了可以体现岩石蠕变全过程的蠕变模型,并提出较为简单的组合模型参数计算方法.该模型不仅能较好地反映岩石蠕变全过程,且模型参数易于确定.利用该模型对砂质泥岩单轴压缩蠕变实验曲线进行拟合分析,拟合效果良好,研究结果可为类似工程提供参考.

节理试样法向蠕变特征及其非定常Kelvin模型

为研究不同法向载荷下大理岩节理试样法向蠕变特征,对4个大理岩节理试样进行了5个法向载荷下的短期蠕变试验。基于节理法向蠕变机理和蠕变试验曲线特征,提出一种非定常Kelvin蠕变模型,并对模型适用性进行分析。结果表明:大理岩节理试样短期法向蠕变主要包括减速蠕变阶段和等速蠕变阶段。在蠕变量较小时,减速蠕变阶段较短;反之,较长。非定常Kelvin模型对蠕变试验曲线的拟合效果较好。随法向载荷增加,节理试样法向蠕变量和拟合相关系数R2整体上呈先减小后增大趋势,粘弹性模量和初始粘滞系数呈先增大后减小趋势。研究结论对岩石节理试样法向蠕变的数值模拟和岩体工程实践具有一定帮助。

Kelvin模型应用于福建水口库区斜溪形变场地沉浮分析

沿斜溪场地乡村公路布设4个水准测点,其中2个点高差在1997~2015年趋势下降,之后趋势上升。研究斜溪断裂性质认为,断层上盘在2015年前后由下沉转为上浮,经异常核实为机砖厂影响所致。为解释场地沉浮现象,采用粘弹性介质模型,利用跨断层短水准观测资料和最小二乘方法计算介质的延滞时间为32个月。

Kelvin模型黏弹性圆柱体轴向流动中的动力特性

对线、转动弹簧支承Kelvin模型黏弹性圆柱体轴向流动中的特征方程进行了推导,运用Matlab语言编程求解了其在轴向流动中的前三阶复频率,给出了在质量比β和无量纲延滞时间α一定,改变无量纲线弹簧刚度α和转动弹簧刚度b的情况下,Kelvin模型黏弹性圆柱体的前三阶模态无量纲复频率的实部及虚部与无量纲流速v之间的关系曲线图,分析了无量纲弹簧刚度对圆柱体动力特性的影响。

基于广义Kelvin模型的三维流变损伤本构模型

岩石加速流变阶段蠕变损伤引起的附加蠕变是导致岩石破坏加快的重要原因.以一维广义Kelvin体应力应变关系为基础,推演三维流变本构方程,并引入Kachanov损伤演化方程,建立了基于广义Kelvin模型的三维流变损伤本构模型.通过对花岗片麻岩三轴流变试验结果的模拟,验证了该模型的有效性.结果表明:基于广义Kelvin模型的流变损伤本构模型可以反映花岗片麻岩的减速蠕变和等速蠕变过程,并且可较理想地反映加速蠕变过程.

基于广义Kelvin模型的非定常盐岩蠕变模型

针对川东北油气田盐岩地层普遍出现的套损现象,对该地层段盐岩的蠕变特性进行研究。用非定常黏壶元件替换广义Kelvin模型中的线性黏壶元件,建立非定常广义Kelvin模型;将其与能够描述盐岩稳态蠕变特征的Heard模型进行串联,构建新的四元件NGKH盐岩非线性蠕变本构模型,可以描述盐岩的衰减蠕变阶段和稳态蠕变阶段特征。基于室内三轴蠕变试验结果,利用Levenberg-Marquardt算法对NGKH模型蠕变参数进行识别。基于FLAC3D的UDM接口程序,采用C++编程语言对其进行二次开发;并通过三轴蠕变试验的数值模拟对开发NGKH模型进行验证。研究结果表明:NGKH模型的拟合结果与室内试验结果吻合良好,该蠕变模型能够准确描述盐岩的非线性蠕变特性;通过黏弹性与非线性计算结果,验证了开发NGKH模型程序的正确性和合理性。

肋软骨黏弹性函数拟合及广义Kelvin模型

目的针对肋软骨的生物力学研究较少,且仅限于简单实验分析的现状,本文对肋软骨黏弹性函数关系进行了研究。方法采用最小二乘法得到肋软骨的应力-应变函数、归一化应力松弛函数,最后确定了松弛函数。着重构建了黏弹性材料广义Kelvin模型,并用来表述肋软骨归一化蠕变函数,同时对所建函数拟合精度进行了仿真分析。结果研究结果表明,所建函数及模型能较好地表述肋软骨生物力学性能。结论本文的研究对肋软骨的三维可视化模型有限元分析和正常生理及损伤机制的研究有重要参考价值。

基于修正Kelvin模型的活检针预穿刺模型建立与分析

针对预穿刺过程中活检针的受力变化难以分析的现状,提出了一种修正Kelvin模型,对预穿刺过程中活检针的受力特点进行建模分析。与原有理论模型Kelvin-Voigt模型相比,修正Kelvin模型在考虑组织黏弹性的同时,研究了预穿刺力随穿刺时间和穿刺速度的变化情况。最后利用穿刺实验进行验证,通过对比分析Kelvin-Voigt模型和修正Kelvin模型的相对误差,发现修正Kelvin模型能够与实验数据实现更好的吻合。研究表明,修正Kelvin模型对预穿刺力进行建模分析更具合理性。

单自由度系统强迫激励下惯容对Kelvin模型和Maxwell模型的影响

在Kelvin模型和Maxwell模型的基础上分别串联和并联惯容,研究在强迫激励作用下对系统响应的影响。首先列出由简谐激励、支撑运动、偏心质量引起的强迫振动系统的动力学方程,然后求出各个模型的解析解,得到各个模型的幅频曲线。通过比较振幅放大因子和幅频曲线,发现在不改变刚度和质量的情况下,两种模型并联惯容可以降低系统固有频率,使共振区提前,并且有很好的隔振减振作用。串联惯容在简谐激励和支撑运动引起的强迫振动中有减振隔振效果。

基于分数阶导数下kelvin模型改进

通过Riemann-Liouville分数阶导数分析经典Kelvin模型,利用蚁群优化算法,结合温度对冻土蠕变的影响,进而改进经典kelvin模型。根据采集及分析不同温度下的人工冻结砂土试验数据及结果发现改进后的Kelvin模型不仅可以较准确地描述冻土蠕变过程中温度、应变及时间的关系,也可以更精准地描述出蠕变过程的三个阶段(初始蠕变、匀速蠕变及加速蠕变),使理论公式与实际工程更加贴近,为实际工程中冻结施工过程提供更准确地理论基础。

基于分数阶黏弹性模型的HTPB推进剂残余应力演化过程研究

基于Grünwald-Letnikov离散格式,构建了基于ABAQUS二次开发的分数阶Kelvin模型材料本构。推导了三维下接近真实松弛实验边界条件的解析解公式,采用遗传算法对本构参数进行了精确辨识(相对误差小于6%)。通过单向拉伸松弛实验有限元模型计算验证了有限元计算结果收敛于解析解(相对误差小于3%)。最后采用松弛实验标定得到的本构参数,对HTPB推进剂固化降温过程及固化降温后残余应力松弛过程(10 h)进行了有限元计算。结果表明,固化降温后初期应力集中出现在中孔及人工脱粘层与药柱的分离处。随着松弛演化过程,药柱内部残余应力均下降,中孔及分离区处残余应力仍然显著大于其他区域,但中孔处应力梯度相对较小,分离处应力梯度显著大于其他区域。