考虑温度和时间双重影响的混凝土蠕变模型构建

为了研究温度对混凝土结构蠕变特性的影响,开展不同温度作用下混凝土三轴蠕变试验,分析了不同温度作用下混凝土结构的轴向蠕变特性。在温度作用下,混凝土的内部损伤与非均匀程度参数有关,建立非均匀程度参数与温度之间的关系;假定混凝土蠕变模型是关于温度和时间的函数,结合上述损伤变量和微元体强度分布概率模型,建立了考虑温度和时间双重影响的混凝土蠕变模型。基于最小二乘法和试验数据对模型的准确性进行验证,并采用西原模型对其优越性作进一步验证。结果表明:不同温度作用下蠕变损伤模型与试验数据的吻合度都较好,且相关性系数在0.95以上,说明了所建立模型的正确性;同时,该模型与试验数据的吻合度要优于西原模型,并且在描述加速蠕变方面具有一定的优越性。该理论模型为地下工程中混凝土支护结构的长期变形预测研究提供理论依据。

考虑时间效应的采空区顶板稳定性分析

根据红岭铅锌矿采场顶板受力特征,基于Reissner厚板理论,建立了采场顶板的厚板力学模型;根据顶板不同边界条件,推导了固支和简支两种条件下顶板内部最大应力、弯矩和挠度方程;基于Kachanov蠕变损伤理论,构建了采场顶板蠕变损伤模型,并对采场顶板损伤失稳时间进行了深入分析。结果表明:固支条件下,顶板最大弯矩及应力出现在四边中点处,即四边中点处首先出现损伤,由蠕变损伤模型可知,长边中点损伤孕育时间为110.32d,短边中点损伤孕育时间为121.19d,之后损伤逐渐向外侧扩展;简支条件下,顶板最大弯矩及应力出现在顶板中心处,此时中点处损伤孕育时间为49.89d,应在此时间之内充填采空区保证顶板稳定性。工程实例分析表明,顶板损伤孕育时间与顶板厚度呈正比关系、与上覆岩层压力呈反比关系,即顶板越厚,损伤孕育时间越长,上覆岩层压力越大,损伤孕育时间越短。

理论流变力学模型中蠕变损伤的研究方法与问题

在用理论流变力学模型研究蠕变损伤时,以往许多研究按照Lemaitre应变等效原理,根据理论流变力学模型在模型参数为常数条件下得到的蠕变方程,将其中的应力替换成有效应力,以引进损伤变量,并采用适当的损伤演化方程来描述损伤变化规律,由此得到蠕变损伤方程,这等同于将理论流变模型中的流变参数p替换为p(1-D)(D为损伤变量),这时的流变参数是一个变量,这种做法存在着与参数非线性理论流变力学模型研究中相同的问题,即通过直接将常参数条件下的蠕变方程中的参数替换成其相应的函数而得出错误的变参数条件下的蠕变方程。本文先假定蠕变时间与损伤时间一致,给出将理论流变力学模型微分型本构方程中的应力替换成有效应力,再由此解出蠕变损伤方程的方法。在此基础上,进一步证明用叠加原理求解理论流变力学模型蠕变损伤方程的正确性,并据此给出蠕变时间和损伤时间不一致时的理论流变力学模型蠕变损伤方程求解方法。指出以往研究中的一些问题并给出更严谨的结果,可望为以后的研究提供借鉴。

高温构件延寿的力学基础研究进展

对高温装置延寿的力学基础研究进展做了综述，并着重阐述了延寿的结构力学原理。

基于统一强度理论的泥页岩蠕变损伤强度解

针对目前泥页岩井壁蠕变计算未考虑中间主应力的问题,依据双剪统一强度理论,引入中间主应力参数b,通过理论分析和实践验证,推导了三轴试验条件下泥页岩蠕变损伤强度准则表达式,分析了b值、时间、井壁深度等因素变化对井壁蠕变的影响。结果表明:中间主应力对浅层井壁蠕变的影响较大,考虑中间主应力的作用将会进一步加剧泥页岩的蠕变;中间主应力的作用会使短时间泥页岩蠕变值有较大上升,因此应结合工程实际合理选择相应的中间主应力参数。依据本文所建立的泥页岩蠕变损伤强度准则可以考察中间主应力对泥页岩蠕变变形的影响,同时进一步预测不同时间段泥页岩的变形情况,为现场井壁稳定的判别提供理论支撑。

四边简支矩形板的蠕变损伤非线性弯曲

基于Kachanov蠕变损伤理论和Von Karman非线性板理论,建立了在横向和面内载荷共同作用下蠕变损伤四边简支矩形板的非线性弯曲平衡方程,采用有限差分法进行数值迭代求解,分析了几何非线性、面内荷载等因素对板非线性蠕变损伤特性的影响．

考虑水平荷载的采空区群系统灾变失稳模型

为了研究采空区群系统的灾变失稳,将顶板简化为弹性薄板,矿柱简化为在长期荷载作用下会产生蠕变损伤的Poynting-Thomson体,考虑水平荷载和竖直荷载的共同作用,结合流变理论和燕尾突变建立采空区群顶板—矿柱系统灾变失稳模型。计算出模型突变时顶板中心的下沉量,矿柱有效支撑面积与顶板面积的比值,以及模型从开始到发生突变的时间,以广西盘龙铅锌矿为工程实例进行验证,得出盘龙矿采空区群系统的稳定时间与实际情况相符,验证了该模型的可靠性和实用性。同时,研究了各影响因素对采空区群系统稳定性的影响,为采空区群系统稳定性分析提供了新思路和新方法。

基于统计损伤原理的岩石加速蠕变模型研究

针对现有蠕变理论模型无法较好地描述岩石黏塑性阶段的加速蠕变特性及如何确定岩石加速蠕变阶段的启动条件等问题,对取自阜新恒大煤矿深部围岩开展了室内三轴蠕变试验,分析了岩石在蠕变变形规律。为了使建立的模型不仅较好地描述岩石蠕变特性,也可以较好与经典蠕变曲线各阶段相对应,通过经典的蠕变变形示意定义了各个分段临界点的指标,进而建立了一种考虑加速蠕变变形的新型岩石黏弹塑性蠕变模型。结果表明:在考虑岩土类内部缺陷发育的基础上,采用统计损伤理论来构建岩石加速蠕变模型,使得试验曲线也与模型曲线具有良好的吻合度,说明了基于统计损伤原理建立的岩石加速蠕变模型,来反映岩石蠕变全过程曲线是正确的;这也证明了采用统计损伤变量和经典蠕变曲线定义的临界点指标的正确性。岩石蠕变加载过程也是一种岩石内部微元体损伤破坏的过程,在材料微观结构上表现为不可逆性。通过将蠕变曲线分阶段,来定义分段临界点的损伤变量的表达形式,结合统计损伤理论和Perzyna黏塑性模型,对传统的西原体模型进行适当的改进,建立非线性蠕变损伤模型,从而更好地体现了损伤受岩石内部应力应变状态影响和损伤演化规律。

疲劳-蠕变交互作用下挤压筒设计理论及寿命预测模型

大型挤压筒长期在高温下承受循环高压的作用,疲劳-蠕变交互作用引起的筒体变形、开裂已成为挤压筒失效的主因,严重影响了挤压产品的生产效率和成本。着重研究疲劳-蠕变交互作用下的挤压筒服役寿命计算方法,通过对挤压过程下的复杂载荷边界条件建模,引入DDM方法分析多层挤压筒应力分布,并在此基础上通过试验获取挤压筒材料H13在服役温度下的疲劳和蠕变本构模型,通过逐步迭代计算疲劳、蠕变损伤与应力分布的演变,预测损伤累积到达临界值。提出的挤压筒疲劳蠕变寿命预测理论可为大型挤压筒设计提供新的准则,也可指导维修挤压筒修正各层筒间的过盈量和控制挤压生产工艺设计,以延长挤压筒整体的使用寿命。

高地应力条件下深部砂岩三轴蠕变特性及本构模型

大量的工程建设项目存在高陡岩质边坡,在高应力环境下,岩石的蠕变特性是评价边坡长期稳定性的关键指标。为探讨深层高应力条件下岩石的蠕变特性,本文采用分级加载的方式对高陡岩质边坡深部砂岩进行三轴蠕变实验。研究表明,在高应力环境下,硬岩也呈现出典型的蠕变特性,基于损伤理论,引入一个非线性黏塑性体元件,提出一种改进的Burgers模型来描述深部砂岩的蠕变本构特性。通过数据拟合对比,验证改进的Burgers模型的正确性和适用性。研究结果为高地应力条件下的工程建设提供了有效的基础资料和参考依据。

基于改进Kelvin模型的三维蠕变损伤模型研究

岩石在长时间的蠕变发展中,会呈现出不同的阶段性特性,开始表现为衰减蠕变,蠕变速率逐渐减小,紧接着保持稳定的蠕变速率呈现稳定蠕变发展,最后外界应力超过屈服应力导致加速蠕变.常用的元件模型只能有效地模拟衰减和稳定蠕变阶段,加速蠕变特性则需要引进非线性特性的元件模型或是损伤理论,本文引进损伤理论和损伤元件,与常用元件组合模型串联组合,即可模拟出全过程的岩石蠕变特性,通过引进弹塑性损伤元件和Kelvin元件模型,建立了三维改进的Kelvin蠕变损伤模型,并推导了三轴压缩下岩石的轴向应变方程,用砂岩蠕变试验数据拟合出模型参数.建立的模型参数较少,易于确定,而且推导的三维模型更能真实的反应岩石在自然界中的应力状态.

蠕变损伤强度理论新准则

在理论推证和试验的基础上，建立了一种崭新的蠕变损伤强度理论，引入了一个新的强度指标，即材料的极限有效损伤应力强度。实验证明它较之传统强度理论中的屈服极限或强度极限更具有合理性，实验测定结果的稳定性更好。因此，依据该强度理论，可对发生蠕变损伤的热力构件或热力结构的有效使用寿命，作出更加合理的估计。

基于梁理论的涡轮冷却叶片蠕变计算

提出一种以梁理论为基础,采用累积损伤理论,利用材料的拉逊-米勒曲线方程计算给定外载荷作用下的等效应力,然后再利用材料的蠕变曲线计算涡轮叶片蠕变变形的方法。使用该方法对航空发动机燃气涡轮工作叶片在经历5个工况后叶尖的蠕变伸长量的平均值进行计算,并与发动机持久试车结果进行对比。结果表明,该方法所得叶尖平均蠕变伸长量与试车后的叶尖最大残余变形的误差为14.0%,验证了该方法在一定精度范围内的有效性。

火电厂耐热钢的非线性局部化蠕变损伤理论研究

针对火电厂中蒸汽管道与汽包一类承压部件常用耐热钢材,在经历长时间高温高压作用后,处于蠕应变Ⅲ阶段过程时,发生非线性局部化(大变形)蠕变损伤问题,给出损伤本构描述,提出非线性局部化蠕变损伤本构模型及其数值变分原理与有限元离散化形式,从而形成另一种弹塑性蠕变损伤理论与数值变分新方法。

火电厂耐热钢的非线性局部化蠕变损伤研究

针对火电厂中蒸汽管道与汽包一类承压部件常用耐热钢材 ,在经历长时间高温高压作用后 ,处于蠕应变Ⅲ阶段过程时 ,发生非线性局部化 (大变形 )蠕变损伤问题 ,给出损伤本构描述 ,提出非线性局部化蠕变损伤本构模型及其数值变分原理与有限元离散化形式 。

相变温度下(800℃)核电设备用A508-Ⅲ钢的蠕变损伤及本构方程研究

在800℃条件下,对国产压力容器(RPV)用A508-Ⅲ钢分别进行17.5 MPa、20 MPa和27 MPa 3种载荷下的蠕变试验及部分载荷下的蠕变中断试验(20 MPa和27 MPa)。微观组织及蠕变曲线研究表明,随着蠕变时间的增加,试样内空洞及第二相粒子的体积分数近似成线性增长;由此可以推断蠕变空洞萌生、扩展及第二相粒子的粗化是造成蠕变损伤的主要原因。本研究从细观力学思路出发,结合A508-Ⅲ钢蠕变过程中微观损伤机理,通过定义无损相、空洞相和第二相粒子相组成三相复合体作为代表性体积单元,提出考虑微结构损伤及演化的K-R蠕变本构方程。通过归一化处理,最终获得反映空洞及第二相粒子演化的蠕变本构方程和损伤演化方程的形式,建立微观结构损伤与本构方程之间的内在联系。