考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型

针对目前岩石压缩损伤模型未能很好地同时考虑微裂纹滑移与扩展对岩石总变形的贡献、微裂纹复合扩展准则及岩石损伤程度对被激活裂纹数量影响等不足,基于细观力学对微裂纹在单轴压缩荷载下的滑移及扩展机理展开研究。首先根据微裂纹滑移模型及能量平衡原理,建立了岩石单轴压缩应力应变关系,并认为微裂纹服从Weibull分布模型;进而以应变能密度准则作为微裂隙扩展判据,采用迭代法求解复合型断裂的翼裂纹扩展长度,并获得用翼裂纹扩展长度表示的岩石损伤变量演化方程,由此提出了一个新的岩石单轴压缩损伤模型,并验证了其合理性;最后,采用参数敏感性分析研究了微裂纹长度及摩擦系数和岩石断裂韧度对岩石力学特性的影响。结果表明:由本模型预测得到的岩石单轴压缩峰值强度与试验结果吻合较好,说明了其合理性。同时发现随着微裂纹长度增加及其摩擦系数减小、岩石断裂韧度增加,岩石单轴抗压峰值强度及峰值应变均随之减小。当微裂纹长度由60μm增加到120μm时,岩石单轴抗压峰值强度近似线性降低;而当微裂纹摩擦系数由0.5增加到0.8及岩石断裂韧度由0.3 MPa·m^(1/2)增加到0.6 MPa·m1/2时,岩石单轴抗压峰值强度均是先缓慢增加,而后迅速增加。本研究为岩石压缩损伤本构模型的建立提供了一条新的思路,具有重要的理论意义。

基于SMC复合材料矿用NO_(2)传感器外壳设计

针对传统的不锈钢材质传感器外壳可塑性差且加工成本高的问题,通过研究SMC玻璃纤维环氧树脂复合材料的力学性能,按照等效刚度原则计算传感器外壳的壁厚,建立三维模型,并进行了静力学仿真分析验证。仿真分析结果表明:基于最大应变准则,采用SMC玻璃纤维环氧树脂复合材料设计的矿用NO_(2)传感器外壳能承受0.5 MPa的静压力,满足使用强度要求。

考虑T应力的最大周向应变断裂准则研究

岩石的裂纹扩展问题需要确定所采用的断裂准则。为克服最大周向应力准则与材料参数以及平面应力和平面应变无关的不足,该文基于最大周向应变准则思想,推导既包含裂纹尖端r^(1/2)奇异应力项,又考虑非奇异项的应变型断裂准则。通过在K_Ⅱ中考虑摩擦的影响作用,进而实现不同摩擦系数条件下裂纹的起裂角度和起裂强度的研究。运用文中所提出的断裂准则,分别研究含单裂纹的无限板在双轴拉伸和双轴压缩两种条件下的断裂特征,进一步揭示泊松比、侧压系数、摩擦系数等材料参数对裂纹扩展的影响作用,计算结果与相应的试验及理论结果具有较好的一致性。

防止承压设备总体塑性变形的5%最大主应变准则

提出了按5%应变确定塑性载荷的最大主应变准则。该准则可以用来防止承压设备的总体塑性变形。5%最大主应变准则只需要经过弹塑性分析,求出承压设备在载荷作用下产生的最大主应变,当最大主应变达到5%时,作用在承压设备上的载荷就是塑性载荷。与其它已有确定塑性载荷的准则相比较,5%最大主应变准则不需要预先画出载荷—变形(应变)曲线,因而,就不需要选择变形参数(选择变形点的位移,或者容器体积的变化等)。例子分析给出了5%最大主应变得到的塑性载荷,并与应力分类方法、两倍弹性斜率准则和双切线准则作了比较。

混凝土复合型裂缝最大拉应变断裂准则

根据线弹性断裂力学，推导出了复合型裂纹的最大拉应变断裂准则，并与最大拉应力理论、应变能密度因子理论作了比较、分析；最后引用了大量试验资料验证了最大拉应变理论的适用性。

实践中发展的最大有效力矩准则

最大有效力矩准则发表以来,不断得到新的野外观察和实验结果的验证,正在得到国内外同行的支持。岩石的变形行为取决于自身力学性质、构造层次(包括温度、压力、流体压力等因素)和应变速率。浅构造层次中平面菱网状构造和剖面共轭膝褶带,钝角面对缩短方向,受最大有效力矩准则控制,是对慢应变速率的构造响应。证明应变速率对变形行为的控制程度不亚于构造层次。韧、脆性构造的共存意味着构造演化过程为快、慢应变速率的交替。

纤维缠绕气瓶设计分析

讨论了具有金属内衬的纤维缠绕气瓶在加压和卸压过程中的变形特性。依据网格理论,给出了纤维缠绕壳体的设计方法。对塑性性能良好的金属材料内衬,可用强度理论中的最大正应变准则进行强度设计。推导出气瓶卸压时内衬不失稳所应满足的条件。为使卸压时内衬不失稳,内衬与纤维缠绕壳体之间应有足够的粘接强度,而且内衬的壁厚应越薄越好。对壁厚较薄的内衬,给出了气瓶卸压时内衬不失稳的最小粘接强度的确定方法。算例表明,文中给出的设计分析方法,可用于具有金属内衬纤维缠绕气瓶的初步设计。

含裂纹板在冲击载荷作用下的失效准则

研究了含裂纹板在低速率冲击载荷作用下的互型动态起裂问题。分析了裂尖塑性区附近的周向应变，利用裂尖塑性流变模型的概念，建立了一个裂尖计算模型，推导出裂尖张开位移和裂尖塑性区周线上最大周向应变的关系。据此提出最大周向应变理论作为动态起裂准则。通过ＬＹ１２ＣＺ制成的带裂纹试件在ＭＴＳ─８１０试验机上进行冲击拉伸试验，利用数值计算和实验结合的方法，计算了εθ·（ｔ）、ＣＴＯＤ（ｔ）和Ｊｄ（ｔ）随时间的变化曲线，验证了最大周向应变理论作为动态起裂准则的可行性。

Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝应力强度因子和应变能释放率的关系

为了探究复合型裂缝的应力强度因子K和应变能释放率G的关系,基于最大应力准则,采用能量法对Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的扩展进行理论分析。根据单一型裂缝应力强度因子和应变能释放率的关系,推导出Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝K与G的关系公式,利用Abaqus软件建立Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的有限元模型,计算Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的应力强度因子和应变能释放率,与推导公式的计算结果进行对比,二者误差仅为2.5%,验证了推导公式的合理性。

空间复合型裂纹的性能参数

为了进行空间复合型裂纹的应力强度因子K与应变能释放率G的关系研究,应用断裂力学理论,基于最大主应变准则对Ⅰ型裂纹、Ⅲ型裂纹以及空间复合型裂纹的扩展进行理论分析,应用主应变下的空间复合型裂纹开裂断裂准则推导出Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹K与G的关系式,并利用有限元软件ANSYS对关系式进行验证。结果表明,该关系式计算结果与有限元软件的计算结果吻合较好,相对误差在允许范围内。

最大转动角梯度准则在断层预测中的应用研究(Ⅰ)─—断层构造转动和形变的度量及变形岩层初始位形的恢复

介绍了转动与变形的和分解定理以及最大转动角准则（MRAGC）．考虑到无褶皱或褶皱不发育的沉积岩区的断层变形的特点，将断层面简化为连续变形的岩层面，从而将MRAGC引入到断层预测的研究中．并且从数值离散的角度探讨了度量断层构造的转动和形变的可能性，给出了一种新的恢复变形岩层初始位形的方法．这种新方法克服了其它方法所存在的缺陷和不足．研究结果表明：用MRAGC进行断层构造预测的关键是：1）度量断层构造的转动和形变；2）恢复变形岩层的初始位形．

Ⅰ-Ⅲ复合型临界裂纹长度及剩余寿命的估算

以考虑裂纹面扭转的应力强度因子代替不考虑裂纹面扭转的应力强度因子 ,在小范围屈服条件下的最大应变准则的基础上 ,估算了Ⅰ Ⅲ复合型裂纹的临界裂纹长度 ,从而估算了Ⅰ Ⅲ复合型裂纹的剩余寿命 ,试验表明 ,此方法可以应用到工程上。

基于最大周向应变断裂准则定向射孔水力裂缝扩展研究

利用最大周向应变断裂准则,基于裂纹扩展增量法模拟水力裂缝扩展过程。数值模拟结果表明,上述裂缝扩展方法能有效模拟水力裂缝扩展过程。在此基础上利用该方法分析了定向射孔水力裂缝初始起裂水压、扩展路径和裂缝"偏转角"受射孔长度与倾角、地应力差、泊松比和注水压力的影响。通过预测裂缝初始起裂水压和扩展路径,可以优化选择合适的射孔参数。减小地应力差有助于降低裂缝起裂水压,同时可以使裂缝在扩展过程中沟通更大的有效储层。泊松比在临界荷载条件下对裂缝起裂特性产生显著影响,但是在高水压条件下对裂缝扩展路径无明显影响。敏感性分析表明,射孔倾角是影响压裂效果的关键性因素。对上述多因素的影响分析可以为定向射孔水力压裂设计与施工提供重要的参考依据。

基于广义最大周向应变准则的断裂特性研究

裂纹尖端应力场的非奇异性常数项(T应力)对脆性或准脆性材料的断裂特性及裂尖塑性区的形状和大小都有显著的影响。为了探究T应力对脆性或准脆性材料Ⅰ∼Ⅱ复合型断裂特性的影响规律,基于先前研究中提出的计及T应力影响的广义最大周向应变准则进一步讨论了T应力、裂纹尖端的临界距离r_(0)和泊松比v对中心裂纹圆盘试件的裂纹扩展路径以及临界应力强度因子的影响规律,并利用该准则对基于中心裂纹圆盘试件的断裂试验结果进行了有效评估。结果表明:与传统的最大周向应变准则相比,中心裂纹圆盘试件中由于负T应力的存在,会使得裂纹开裂角的绝对值减小,同时使得临界应力强度因子(断裂韧度)的值增加。考虑了T应力影响的广义最大周向应变准则能很好的对试验结果进行预测;并且在纯Ⅱ型时,基于广义最大周向应变准则的理论预测值比基于广义最大周向应力准则的理论预测值更接近试验值。

麻花钻加工20Cr的断屑仿真分析

利用有限元软件DEFORM-3D,对麻花钻钻削20Cr的断屑过程进行了仿真分析。根据塑性材料断裂强度理论,以切屑卷曲变形为断屑判据。通过模拟分析,得出了工件的等效应力、应变及其分布,以及工件上P点最大等效应变的变化规律,阐释了该点最大等效应变与切屑卷曲变形的正相关性。提出并验证了P点最大等效应变的峰值可作为麻花钻加工20Cr的断屑判据。

瓦楞板全局应变极限研究

瓦楞板在土木、航空、航海工程中均得到广泛应用,而瓦楞结构的设计和优化则需要变形极限作为设计约束。基于周期均匀化理论,推导了瓦楞板局部应变和等效全局应变之间的关系并获得最大应变值;在此基础上,依据最大应变判据,推导了不同载荷条件下的全局应变极限的分析解。本方法形式简约、精度高,且对任意波纹形状均适用。最后,本文讨论了波纹几何参数对瓦楞板全局应变极限的影响。

考虑T应力下受压岩体水力压裂特性分析

自然状态下岩体多处于受压状态,分析受压岩体水力压裂性质对于完善和发展水力压裂技术有着重要意义。基于线弹性断裂力学的基本理论,对受压岩体水力压裂性质开展研究,通过最大周向应变准则,考虑裂隙尖端非奇异项即T应力的影响,推导出闭合和非闭合状态下临界水压和临界起裂角计算式。将该计算式用于某岩石水力压裂工程实例计算,所得计算值与实际值较为吻合。最后分析了闭合和非闭合情形下泊松比和侧压力系数对临界水压和临界起裂角的影响。该文研究可为实际水力压裂技术提供一定的理论参考。

飞机机翼油箱晃振仿真与全尺寸试验验证

飞机飞行过程中,机翼油箱受晃振激励易发生结构破坏,造成经济损失和人员伤亡,因此,飞机适航审定有必要合理评估机翼油箱晃振响应。现行飞机适航审定基于全尺寸试验,经济代价高且费时;数值分析多考虑规则油箱开展趋势影响研究,无法有效反映非规则油箱的晃振响应。该文以某全复合材料机翼油箱为研究对象,基于VOF法和模态叠加法描述非规则油箱液体晃动和结构振动,考虑流固耦合和晃振解耦获取油箱壁面应变信息,采用最大应变准则进行机翼油箱复合材料壁面结构失效分析,开展机翼油箱全尺寸晃振试验验证数值仿真的有效性。该文给出油箱壁面应变幅值和分布随油箱载液量、晃动幅值与频率、振动幅值与频率变化的时域响应,指出晃动破坏多发生于油箱下蒙皮近翼梢侧,振动破坏多出现在油箱下蒙皮近翼根处,晃振响应由振动因素主导。该文验证了数值仿真代替全尺寸试验的可行性,并基于数值仿真和物理实验研究油箱壁面应变水平和载液量、晃动和振动激励的非线性关系,为飞机适航审定提供有效指导性意见。

单轴压缩剪应变局部化带分布的数值模拟及其对最大有效力矩准则的验证

基于应变软化理论,模拟岩石加载应力时出现局部化韧性剪切带到发育褶劈理的过程,从而验证最大有效力矩准则的有效性。根据相关试验规程和标准规定的试样形状、尺寸和应力加载速率,采用FLAC3D软件,对岩石试样在单轴轴对称压缩条件下局部化剪切带的形成过程进行数值模拟,应变软化后得到的共轭剪切应变集中带共轭夹角为107.7°,论证了最大有效力矩准则的109°规律,同时也合理解释了横切面的剪切应变等值线的随机性表现。

基于最大周向应变准则的线弹性材料纯Ⅰ型断裂机理研究

基于对裂纹尖端应力场常数项T应力的考虑和MTS准则的缺陷,建立基于最大拉应变准则的线弹性材料裂纹扩展判别准则.运用最大周向拉应变准则,以受双向压应力的无限大平板内含贯穿直裂纹为研究对象,给出线弹性材料裂纹的起裂方向和起裂条件,分析T"应力和泊松比对纯Ⅰ型裂纹的起裂角和断裂韧性的影响.研究结果表明,T应力和泊松比对裂纹起裂角和断裂韧性的影响是不可忽视的.考虑T应力后,裂纹扩展发生偏折,起裂角随泊松比的增大而增大;此外,T应力和泊松比对断裂韧性的影响分为两个阶段.考虑T应力的最大周向拉应变准则用于脆性材料裂纹起裂的研究弥补了应力准则的不足,能够更好地预测裂纹初始扩展角及断裂韧性.