弹塑性力学中加载路径效应的类比教学设计

弹塑性力学是工程类研究生必选的核心课程,具有高度的抽象性和复杂性。基于经典薄壁圆管拉扭问题,对三种典型应力/应变路径进行深入分析,秉承“多走一步,深入三分”的教学理念,在教材中“不一样”结论的基础上,探讨了加载路径效应中“不一样”的规律性、统一性和普适性,并将发现的规律性与社会心理学中的经典理论进行了类比,提出了塑性强化材料应力路径的“首因效应”和应变路径的“近因效应”。塑性力学理论与社会心理学理论之间的强烈反差对比与完美的和谐统一,成功地激起了学生学习的热情,同时帮助学生建立了有效的知识框架,取得了很好的教学效果。

真三轴静载作用下混凝土的动态力学性能研究

研制了一种真三轴静载作用下混凝土、岩石动态实验系统。该系统采用液压伺服控制系统可对试件施加三向独立的100 MPa静载、采用霍普金森杆(SHPB)冲击加载可对试件施加1 GPa以下的冲击动载;同时,立方体试件六个面的动态信号可由六根杆上的应变片记录。由此,研究了C30混凝土材料在不同的真三轴静载条件下的动态压缩性能,得到了三向独立的动态应力应变关系、动态体积应变、动态Drucker-Prager强度参数等。尼龙和花岗岩试件作为对比材料,进行了初步探讨。

花岗岩压剪联合冲击特性与细观力学机制研究

在MTS试验系统和Hopkinson压杆装置上添加不同倾角的垫块,对山东花岗岩进行3种应变率(3×10-5,50和100 s-1)下倾角为0°,15°,30°,45°和60°五种加载路径的压剪联合加载实验研究。结果表明:花岗岩的法向和切向模量都有一定的加载路径敏感性(即压剪耦合效应)和明显的应变率效应;其中花岗岩的法向模量对剪切应力很敏感;同时,花岗岩的破坏强度也具有明显的加载路径敏感性和应变率效应。应用Drucker-Prager准则拟合了不同加载速率下的破坏面,拟合结果初步揭示了岩石的内摩擦角和黏聚力等强度参数有一定的加载速度效应。基于数字图像相关方法对上述加载过程进行系统的监测和分析,发现岩石动态压剪过程实际上由剪切应变主导,岩石从准静态加载到动态加载,试件内起主导作用的因素由拉应变逐渐过渡到剪应变,这是由岩石材料本身的不均匀性决定的。