岩石三维非线性黏弹塑性损伤蠕变模型研究

为了准确描述岩石蠕变曲线的各阶段特征,将Kelvin模型中黏壶元件的黏滞系数定义为与时间相关的函数,并根据蠕变损伤理论构建了一个考虑蠕变参数随时间劣化的损伤黏弹塑性体,进而将弹性体、非线性Kelvin体、黏性体和损伤黏弹塑性体进行串联,提出了可以描述岩石蠕变全过程的非线性黏弹塑性损伤蠕变模型,并合理推导了该模型在恒应力情况下的一维和三维蠕变方程。最后,根据相关蠕变试验数据进行参数识别来验证损伤蠕变模型的有效性,对比分析理论模型和试验数据的相关性,结果表明该模型能很好地描述岩石蠕变全过程,且相关系数均在0.92以上。

基于DIC方法的混杂纤维增强再生粗骨料混凝土力学性能研究

为探究混杂纤维增强再生粗骨料混凝土(HFR-RCAC)的基本力学性能,以钢-聚丙烯混杂纤维(HF)体积掺量(0%、0.5%、1.0%)和再生粗骨料质量取代率(0%、25%、50%、75%、100%)为主要试验参数,共制备45组试件,进行抗压试验、劈裂抗拉试验和抗折试验,借助数字图像相关(DIC)方法对试件表面的全场位移和应变进行监测,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察了聚丙烯纤维与再生粗骨料之间的界面过渡区的微观结构。结果表明,随着再生粗骨料替代率的增加,HFR-RCAC的力学性能有所下降,而掺入纤维可以弥补再生粗骨料带来的强度损失,显著提高其力学性能;通过DIC方法获取试件抗压破坏的全场应变演化,并基于最大主应变演化过程分析了试件表面宏、微观裂纹的动态演化特征,HF对混凝土的增强主要以阻碍宏观裂纹扩展的形式体现。利用SEM表征了聚丙烯纤维-水泥基体界面过渡区的微观结构变化,从微观角度解释了HFR-RCAC力学性能的变化以及纤维改性增强机理。

岩石分数阶黏弹塑性损伤蠕变模型研究

为了准确描述岩石蠕变变形破坏的全过程特征,基于分数阶微积分理论,提出了一种用于描述岩石初始非线性衰减蠕变阶段蠕变变形特征的非定常Abel黏壶;进而根据连续损伤力学理论,建立了考虑蠕变损伤的分数阶非线性损伤黏塑性体,以描述加速蠕变阶段的蠕变力学行为。将非定常Abel黏壶和分数阶非线性损伤黏塑性体与胡克体、黏性体进行串联,建立了一种新的岩石分数阶黏弹塑性损伤蠕变模型,并结合广义胡克定律及Perzyna黏塑性理论推导出三维应力状态下的蠕变方程。最后,利用相关蠕变试验数据反演拟合,对比分析试验数据与模型曲线的相关性。结果表明:由该模型导出的蠕变方程不仅可以准确描述岩石在低应力水平下稳态蠕变阶段的非线特征,而且能够反映岩石在高应力状态下的加速蠕变特征,相关系数均在0.96以上,实现了对岩石蠕变过程3阶段的模拟。

基于SOLIDWORKS和ADAMS的三级行星轮系动态性能研究

为研究行星轮系动态性能,以三级行星轮系为研究对象,构建了合适的动力学仿真模型,分析得到了三级行星轮系的动力学特性。首先,利用Solidworks建立其三维实体模型。其次,通过Adams对行星轮系进行动力学仿真,基于Hertz接触理论分析得到了转速、齿轮啮合力、质心位移和速度的变化规律,根据仿真得到的行星齿轮转速计算系统的传动比与理论传动比结果相比误差为1%,验证了所建动力学模型的准确性。最后,分析了不同转速对行星齿轮接触力变化规律的影响,为改善行星齿轮动态特性和实现系统动态的优化设计提供理论依据。同时,齿轮啮合频率特性的分析,对齿轮故障诊断具有一定的指导意义。

含孔纤维增强层合板抗拉强度和失效行为研究

为了探讨不同圆孔直径下玄武岩纤维/环氧树脂(basalt fiber/epoxy resin,BF/EP)增强镁合金层合板的抗拉强度和失效行为。制备相关试件,用数字图像相关技术(digital image correlation,DIC)对其进行准静态拉伸试验,用Abaqus对层合板进行建模,Vumat子程序集成出渐进损伤模型。通过数值模拟和试验分析层合板损伤失效,用扫描电镜(SEM)观察层合板断口特征和微观失效模式。结果表明:抗拉强度与圆孔直径呈反比,最小孔径(2 mm)与最大孔径(10 mm)层合板抗拉强度分别为255.16、135.24 MPa,与数值模拟误差小于9%,具有参考意义。DIC监测及有限元模拟下,试件在渐进损伤演化直至失效过程中,裂纹由孔周应力集中最大区域向自由边缘延伸,垂直于加载方向,层合板初始损伤由镁合金层承担,最终失效行为由BF/EP层占主导作用。