高强度双相钢板韧性断裂准则参数研究

为预测不同高强钢板料的韧性断裂失效,通过设计四种高强钢的拉伸、剪切和破裂失效试验,标定了韧性断裂准则的损伤参数;将试验和数值模拟相结合建立了损伤参数与材料属性之间的关系,以减少标定韧性断裂准则损伤参数的困难。为验证该准则在不同应力三轴度下预测高强钢断裂失效的普适性和准确性,通过剪切、拉弯、胀形试验和数值模拟,表明该韧性断裂准则能较好地预测不同先进高强钢的断裂失效。

Drucker-Prager准则参数有效性及第二主应力对强度的影响分析

由于非粘性土在现实中不能承受拉应力的作用,在使用D-P准则描述岩土材料时,其强度参数的范围受到了限制。通过坐标变换,对粘性土与非粘性土建立了统一的D-P准则表达式;在π平面上从几何关系角度对D-P准则的参数有效性进行了分析,结果表明D-P准则参数α的有效范围为0≤α≤3/6;并进一步求出了D-P系列屈服准则的有效φ值范围。分析了第二主应力对D-P系列屈服准则强度的影响,建立了/b oφφ-b关系曲线,结果表明:相对于M-C准则,D-P1准则高估了材料的强度,而D-P3准则低估了材料的强度,D-P2准则的强度特性介于D-P1和D-P3之间;在oφ小于10o时,D-P4、D-P5和D-P6准则都与M-C准则有较好的近似;而当oφ大于10o时,这三个准则在靠近三轴拉伸区强度得到增长的同时,总是伴随着在三轴压缩区的弱化;D-P5准则在参数α的有效范围内,进行复杂三维应力状态的数值模拟时可以得到与M-C准则相近的结果;由于其在数学处理上的方便,D-P5准则具有广阔的应用前景。

基于裂隙岩样的多组贯穿裂隙岩体峰后应力-应变曲线研究

在岩土工程中,裂隙岩体经常处于峰后变形状态,研究裂隙岩体的峰后应力-应变关系对预测结构的稳定性有重要意义。基于峰后软化阶段强度参数的逐渐演化行为,首先提出一个求岩石峰后应力-应变关系和裂隙峰后应力-切向位移关系的一般方法。然后采用摩尔-库仑强度准则,以岩石的最大主应变和裂隙的切向位移作为软化参数,假设强度参数为软化参数的分段线性函数,分岩体沿裂隙滑移破坏和沿岩石剪切破坏两种情况,提出多组贯穿裂隙岩体峰后应力-应变关系式的求法。最后,在算例中,分岩体沿裂隙滑移破坏和沿岩石剪切破坏两种情况给出了裂隙岩体的峰后应力-应变曲线,讨论了裂隙的平均间距、法向刚度和剪切刚度对峰后应变的影响。结果表明,裂隙的平均间距、法向刚度和剪切刚度越小,裂隙岩体的轴向应变越大。

围压作用下岩石峰后应力-应变关系模型

假定峰后软化阶段任意一点皆满足摩尔库仑极限破坏条件,建立岩石峰后后继屈服面模型。利用岩石峰值处和残余阶段初始处应力状态绘制几组莫尔应力圆,获得不同围压下峰值处和残余阶段初始处的黏聚力c和内摩擦角φ,然后分别建立黏聚力c和内摩擦角φ同围压的函数关系。基于莫尔-库仑准则,以最大主应变ε作为软化参数,以分段线性函数形式演化黏聚力c和内摩擦角φ的正切,反求内摩擦角φ,从而建立岩石峰后应力-应变关系模型。数值算例研究Tennessee大理岩三轴试验的峰后应变软化过程,模拟结果与试验结果较吻合。研究结果表明:建立的峰后应力-应变关系模型合理而可靠,可以较好地描述不同围压下岩石的峰后力学行为。

隧道围岩弹-脆-塑性应力的三剪统一解

基于三剪统一强度准则,采用更符合脆性岩石峰后强度特性的弹-脆-塑性模型,推导了考虑第二主应力和脆性软化共同影响的隧道围岩应力解,并与广义Hoek-Brown强度准则解进行了比较。研究结果表明:第二主应力、围岩材料模型、脆性软化均对围岩应力大小及分布具有显著影响。本文准则参数b=0时的应力解析解与广义Hoek-Brown强度准则应力解的峰值和分布规律均有较好的一致性,说明了本文应力解的合理性;当岩体强度具有明显的第二主应力效应时,广义Hoek-Brown强度准则已不再适用,但本文准则参数b>0时的应力解则具有很好的适用性。同时,理想弹-塑性模型低估了围岩塑性区范围,在准则参数b分别为0、0.05、0.1的情况下,弹-脆-塑性模型的围岩塑性区半径R相比理想弹-塑性模型平均可以增大45.5%;考虑第二主应力效应可以更加充分发挥岩石材料的强度潜能,随着准则参数b的增大,即第二主应力σ2效应的增大,围岩塑性区半径R和临界支护力py均不断减小,相比准则参数b=0时最大值分别减小了18.9%和10.8%。峰后粘聚力cr对围岩应力的影响也很显著,随着峰后粘聚力cr的增加,塑性区半径R不断减小,cr=0.11 MPa时的塑性区厚度比cr=0.055 MPa时减小43.3%。

弹丸冲击贯穿有限厚混凝土材料靶板的背面成坑效应

弹丸冲击贯穿有限厚混凝土靶板后,靶板背面有大块的混凝土剥落,形成近似的锥形坑。为了研究背面弹坑半锥角θ这一作为混凝土靶板贯穿后破坏范围问题研究中的重要参量,将贯穿问题等效为轴对称条件下的冲切破坏问题。采用双剪应力三参数强度准则及刚塑性模型,得到了极限应力圆的包络线方程,给出了轴对称破坏机构,进而求得θ值的表达式。理论计算结果与数值模拟结果、实验数据三者之间吻合度较好。研究表明,θ值由混凝土材料抗压强度与抗拉强度比值决定。基于上述研究,提出在混凝土中掺加钢纤维以提高有限厚靶板抗贯穿能力的实际方法,并进行了弹道实验。实验结果表明,贯穿破坏后靶板碎片的数量及θ大幅降低,显示了高含量异型钢纤维混凝土在抗贯穿方面的适用性。

基于双剪强度理论的混凝土板极限冲切承载力计算方法

将混凝土板的冲切破坏简化为平面应变问题,采用双剪应力三参数强度准则对冲切破坏时的混凝土板剪压区的复合应力进行分析,得到了剪压面上的极限竖向剪应力,利用静力平衡条件求得混凝土板的极限冲切承载力计算公式。与国内外246个试件的试验数据进行比较表明,该公式的计算结果与试验结果吻合良好。计算公式的计算模式概念清晰,可供结构设计时参考。

多轴强度安全系数的定义及应用

针对基于古典强度理论的传统安全系数定义不能确切地表示材料在多轴应力状态下的安全度,也很难直接应用于一般的多参数强度准则的问题,引入失效距离的概念,给出了多轴强度安全系数的定义及其计算方法。以混凝土材料为例,选择常用的5种强度准则,分别给出了多轴强度安全系数的计算公式。选取3组较为典型的应力组合,分别计算了5种强度准则对应的多轴强度安全系数,所反映的混凝土材料强度状态与三轴试验结果相当吻合。结果表明,所定义的多轴强度安全系数有利于改变现行设计准则中经常采用单轴强度安全系数的习惯,为更加科学合理地进行结构强度设计和校核提供了有效的工具。

岩石指数型强度准则在主应力空间的特征

指数型强度准则利用显式函数表示最小主应力和中间主应力对强度的影响,强度准则参数具有明确的力学含义;常规三轴压缩强度表明,随着正应力增大,剪切强度趋于常数,而破裂角趋于45°;但Mohr应力圆与外包络线在切点附近差异较小,且岩石并非均匀各向同性材料,实际破裂角与理论破裂不会完全一致。真三轴试验数据的离散性较大,强度准则参数对拟合偏差的影响并不显著,而以最小拟合偏差确定的参数未必体现岩石的真实力学性质。在研究强度准则在主应力空间内的力学特征之后,建议依据应力趋于无限时中间主应力与最小主应力对强度的影响系数在σ2=σ3处相等来确定强度准则参数,由此得到的拟合误差并未显著增大。

考虑抗弯钢筋影响的混凝土板冲切承载力计算

本文采用刚塑性模型和空间问题平面化的合理假定,将复杂的钢筋混凝土板的冲切问题简单化,给出了在竖向荷载作用下无抗冲切钢筋的混凝土板的冲切破坏机构和承载力示意图,认为其承载力由混凝土部分和钢筋部分共同承担。然后采用双剪应力三参数破坏准则,利用虚功原理求得混凝土部分的抗冲切承载力,并综合考虑了抗弯纵筋的销栓作用,推导出钢筋混凝土板的冲切承载力计算公式。公式形式简洁,计算结果与试验结果吻合较好。

多参数强度准则与非线性本构关系在砼坝有限元应力分析中的应用

简述砼强度理论和本构关系的研究和应用现状 。

混凝土非线性本构模型的构建

通过分析各种常用的材料强度破坏准则，建议了一种适合混凝土非线性特性的破坏准则；采用了非线性指标βｔ，βｃ区别对待材料的不同拉、压状态；引用了Ｓａｒｇｉｎ的一维应力应变关系．结合以上３个方面，提出了一个较为合理恰当的混凝土非线性本构模型，便于有限元的实施。

基于直剪试验的土体变形时间效应及状态类别分析

开展了不同剪应力水平下土体剪切位移的时间效应特征分析,提出了随剪应力水平增加,土体变形状态对应呈现快速稳定、缓慢稳定、缓慢破坏和快速破坏4种演化类别。通过粉质黏土蠕变直剪试验,对不同压实度下与剪应力水平相对应的土体剪切位移时间效应的4种状态类别进行了研究。采用幂函数拟合剪切位移时间历程试验数据,将幂次值作为划分变形状态类别的理论判据,基于幂次值与剪应力水平对应关系的曲线形态特征,得到了土体4种变形状态对应的3个剪应力水平阈值,提出了基于Coulomb强度公式表达的相应变形状态强度参数及其与极限状态强度参数的关系式。针对高速铁路无砟轨道路基工后沉降控制须满足毫米级变形的特殊要求,明确了应将土体变形时间效应控制于快速稳定状态作为路堤填料选择及压实标准的设计原则和技术条件。所得成果对构建高速铁路路基土工结构变形状态控制设计技术提供了理论和试验依据。

基于三参数强度准则的高强混凝土井壁力学特性分析

为了分析高强混凝土井壁的力学特性,采用三参数强度准则推导出了高强混凝土立井井壁极限承载力理论解以及弹性区和塑性区应力与半径和荷载之间的解析表达式,并对计算结果进行了实验的验证。计算分析表明:在弹性区,高强混凝土井壁径向压应力σr随半径r的增大而增大,环向压应力σθ随半径r的增大而减少;在塑性区,径向压应力σr和环向压应力σθ均随半径r的增大而增大。当井壁内半径为4.0 m、厚度为1.0 m、混凝土强度等级为C60时,井壁极限承载力为22.87 MPa,井壁厚度每增加0.1 m,井壁极限承载力增加2.8 MPa左右。同时,混凝土井壁的环向压应力σθ达到164.38 MPa,是混凝土立方体单轴抗压强度的2.7倍左右,表明考虑了混凝土多轴强度影响的三参数强度准则更适用于高强混凝土井壁力学特性分析,为高强混凝土井壁结构的设计计算提供了的理论参考。

混凝土板受冲切承载力计算方法探讨

基于试验构件的冲切机理和受力特征,采用刚塑性模型和双剪应力三参数强度理论,对四边支承钢筋混凝土矩形板在矩形受力荷载作用下的冲切承载力进行极限分析,求得混凝土板冲切承载力的理论计算公式.在此基础上,考虑混凝土板中抗弯纵向钢筋的作用,提出混凝土板极限冲切承载力的建议计算公式.与试验数据比较表明,该公式的计算结果与试验结果吻合良好.

闸板防喷器-窜动钻杆动态剪切机理研究

针对钻杆窜动状态下的闸板防喷器剪切机理不明确,造成现场作业缺乏理论指导的现象,以窜动钻杆为研究对象,应用基于拉、压、剪耦合作用下的三参数广义强度准则,构建了适用于窜动钻杆应力计算的理论模型,详细阐述了在闸板正常切入条件下钻杆的剪切机理,主要包括钻杆断口截面变形过程、作用载荷应力规律以及断口损伤程度,并通过显式动力学仿真分析模块对理论模型进行验证。研究结果表明,相对于静态剪切工况,窜动状态下的钻杆在剪切过程中所受的应力较大,断口损伤程度较为严重,且在钻杆发生完全断裂时,闸板的行程位移量较大。由理论模型计算出的应力数值与仿真分析得到的数据相对偏差小于10%,证明了其具有较高的适用性。研究结果可为剪切闸板防喷器的现场使用及性能评估提供理论依据。

Hoek-Brown强度准则研究进展及岩体力学参数取值

岩体力学参数取值是工程建设过程中的关键环节之一,取值方法及结果的合理性对围岩稳定性研究及支护设计至关重要。文章以Hoek-Brown强度准则为基础,系统性地讨论了该方法和取值结果的基本特点,及其与规程规范经验取值方法的差异和根源。概括地,基于Hoek-Brown强度准则的岩体力学参数取值方法综合考察了岩性、围岩质量、围岩应力这三个关键性地质因素的影响,与规范方法相比,更为全面地考虑了地质因素的多样性及其导致力学参数取值的差异性。深埋岩体工程实践表明,这一取值方法比传统M-C强度理论和建立在该理论基础上的规范取值方法相对合理。

新的多参数强度准则

在新的力学模型上建立了三种类型的四参数强度准则.这三个新的强度准则不仅适用于拉压强度不等的材料,并且适用于那些单轴压缩强度不等于双轴压缩强度的岩土类材料.这三个强度准则有一普遍意义:最大剪应力准则、莫尔-库仑准则、双剪应力单参数准则、两参数准则、三参数准则,还有近年来提出的一些准则都是这三个准则的特例.

基于双参数断裂准则的剩余强度预测

双参数断裂准则为一种估算结构剩余强度的简单方法,然而原始推导过程应用了一些假设。为了给出更严谨的证明,从Neuber公式出发严格推导双参数断裂准则公式。用试样的初始裂纹长度代替临界裂纹尺寸,以简化该准则。运用简化的双参数断裂准则估算M(T)、C(T)试样以及复杂结构(三孔拉伸试样)的剩余强度。结果表明:运用简化的双参数断裂准则估算M(T)、C(T)试样的剩余强度时,估算误差在7%以内;运用简化的双参数断裂准则估算复杂结构(三孔拉伸试样)的剩余强度时候,估算误差在5%,说明双参数断裂准则可以用于加筋壁板剩余强度的预测。

用Hoek-Brown强度准则计算隧道围岩的c_m和φ_m值

把Mohr-Coulomb强度包络线与Hoek-Brown经验强度曲线联系起来,推导出用Hoek-Brown强度曲线的斜率计算围岩岩体抗剪强度参数的公式,指出这样得到的抗剪强度参数将与围岩岩体所处的应力状态有关,对不同埋深,开挖卸荷的围岩岩体的数值模拟尤为有效。