砂土双轴试验的颗粒流模拟

采用颗粒流程序 ,对砂土试样的双轴试验进行了数值模拟。将数值计算结果和室内试验实测结果进行了比较 ,发现颗粒流方法能较好地模拟室内试验。通过改变计算模型中颗粒单元的性质 ,给出了在不同颗粒单元参数时砂土试样的宏观性质 。

考虑颗粒抗转动的砂土双轴试验离散元模拟

颗粒间抗转动作用是影响砂土力学行为的重要因素。将蒋明镜等(2005年)提出的考虑颗粒抗转动作用的颗粒接触模型植入PFC2D中,对砂土双轴试验进行了模拟,研究颗粒抗转动作用对砂土力学行为的影响。研究显示:颗粒抗转动对砂土力学行为影响显著。抗转作用越强,砂土强度越高;抗转系数为0.4时,松砂亦出现软化及剪胀现象。抗转动作用对孔隙比及配位数变化趋势影响也很显著。

粘结颗粒材料双轴试验的数值模拟研究

利用离散元法数值模拟了5组试件的双轴试验,得到了粒径对弹性模量、泊松比、强度和裂缝初始应力的影响,分析了20MPa围压条件下粒径与弹性模量、泊松比、强度和裂缝初始应力的关系,以及6种围压与裂缝初始应力的关系,给出了5组试件荷载作用后颗粒间的接触力和颗粒位移矢量,从细观角度阐释了荷载作用下颗粒的运动模式。模拟结果表明,随着粒径的增大,弹性模量、强度和裂缝初始应力均呈减小的趋势;随着围压的增大,各粒径范围试件的裂缝初始应力呈增加的趋势,并且粒径越大的试件最大接触力和最大位移越大。

月壤双轴试验的剪切带离散元数值分析

土体的破坏问题一般都是从其剪切带入手进行研究的。针对真实月壤所处的环境(无水、低重力场、低气压等)和内摩擦角较大的特点,采用最近提出的1种考虑粒间抗转动作用与粒间范德华力2个因素的月壤散粒体力学接触模型,用离散单元法模拟了柔性边界条件下月球环境(含范德华力)与地球环境(不含范德华力)2种试样的双轴压缩试验,通过试样局部变形、速度场、孔隙比及转动场的变化情况研究了2种试样剪切带形成与发展。研究结果表明,剪切带的形成是试样内部应变局部化的结果,同时也伴随着试样内部颗粒相对转动的局部化,月面环境对试样的破坏形式与性状(剪切带的倾角及厚度)有显著的影响,探月工程中必须考虑到月面环境对月壤力学性质的影响。

原状及重塑黄土双轴试验微观力学特征离散元模拟

黄土作为一种特殊的颗粒材料,微观上颗粒组成的结构决定了其力学特性。原状及重塑黄土因结构的差异而具有不同的力学特性。针对黄土结构性如何影响其力学特征这一基本问题,开展基于电镜扫描获取细观颗粒信息,同时考虑颗粒形状、颗粒破碎可能性进行建模的离散单元法进行原状黄土和饱和重塑土在恒定应变速率双轴试验下的宏观力学和细观力学性能研究。研究结果显示:试样微观结构的差异对变形破坏过程产生显著影响。当轴向应力较低时原状黄土及重塑黄土力链多分布于大型骨架颗粒附近,随着轴向应力增加,原状黄土力链形成网状图案但仍具备主要传导区域,重塑黄土无明显主要传导区,呈现均匀网状。原状土及重塑土骨架颗粒簇周围多形成张拉裂隙,剪切裂隙多数形成于骨架颗粒簇内部,又以颗粒簇相互挤压接触时最为明显。使用该建模方法,可以有效反映原状及重塑黄土由于内部结构组成差异导致相同应力条件下产生的不同内部应力状态。基于以上研究结论,给出了黄土结构性对宏观强度影响的微观解释。研究成果可为黄土地区地质灾害防治提供一定依据。使用该建模方法,可以有效反映原状及重塑黄土由于内部结构组成差异导致相同应力条件下产生的不同内部应力状态。基于以上研究结论,给出了黄土结构性对宏观强度影响的微观解释。

土工格栅加筋土双轴试验离散元细观分析

研究加筋土在剪切过程中颗粒的位移特征及接触力的变化规律。以室内三轴试验为基础,采用离散元法建立二维土工格栅加筋土数值模型。在PFC2D软件基础上进行二次开发,将粘结颗粒作为柔性边界,进行柔性边界条件下的数值双轴试验。从细观层面分析不同加筋层数、围压对试样应力-应变曲线的影响。结果表明:柔性边界双轴数值试验能够较好地模拟室内加筋土三轴试验的力学性状;加筋试样的峰值强度和峰值应变随着加筋层数的增加而增加,且应力-应变曲线逐渐由应变软化型向应变硬化型过渡;围压越大,加筋强度发挥所需的轴向应变越大;土工格栅对中砂试样的横向变形有一定的约束作用,加筋层数越多,约束作用越明显。

车轮设计优化及双轴试验

车轮在不同路况下行驶时会同时受到来自各个方向的载荷,因传统的弯曲和径向疲劳试验结果,每次仅模拟车轮单一方面的承载情况,所以若不加以修正,很难代表车轮真实的服役情形。文章在介绍车轮装配的基础上,分析了车辆直线行驶和转弯2种状态下车轮的混合应力谱,并对能同时给车轮施以侧向和径向组合载荷的双轴试验原理、设备、过程及其结果评定作了详细论述。表明LBF开发的双轴疲劳试验机能用简单的程序模拟测试整个车轮的承载情形,来自实际工况的经验、数字评估与试验验证的整合构成了车轮的设计优化。

堆石料双轴试验数值模拟研究

颗粒形状对堆石料的力学特性有着明显的影响。采用二维颗粒流程序建立5种不同形状特征的颗粒簇,开展了不同围压下堆石料的双轴试验的数值模拟研究,分析了不同形状特征对堆石料的破碎特性及其宏观力学性质的影响。分析过程中考虑堆石料的颗粒破碎特征,对布拉斯谢克形状系数s进行修正,提出了考虑颗粒形状特征的修正系数s′。研究结果表明:堆石料的破碎率随着修正后的形状系数s′值的增加而减少,其规律接近于反比例函数线;数值模拟过程中,5种试样随着轴向应变的增加呈先剪胀后剪缩的趋势,且越圆润的颗粒峰值体应变越大;材料的峰值强度随着s值的增大而增大。

沥青混凝土双轴压缩强度试验研究

文中对五个不同油石比成型的立方体试件进行了双轴压缩强度试验研究.结果表明:加载速率2、5.08 mm/min时,15、20℃的双轴强度明显高于20、25℃的值.加载速率8.16 mm/min,当油石比从4.5%到5.5%时,25℃的双轴强度值高于20℃的值.应力-应变曲线具有前期小范围线性增长,中期非线性快速增长,后期增长趋缓的特点.得到了双轴压缩强度的回归模型.

颗粒材料双轴试验离散元数值模拟(英文)

为了得到颗粒材料的力学参数与试验条件之间的关系,选取5组粒径范围的颗粒材料,利用离散元方法生成初始试件,并数值模拟了其双轴试验,分析了不同围压对材料弹性模量和强度的影响,以及不同加载速率下材料的弹性模量、泊松比和强度的变化规律。提取了围压为10MPa与加载速率为0.03m.s-1时5组试件的应力-应变曲线,从微观角度给出了荷载作用后试件中的裂缝分布。模拟结果表明:随着围压的增大,5组试件的弹性模量和强度增大,增长趋势相对平缓,但粒径为9.50～13.20mm的试件出现较大波动;加载速率与弹性模量、泊松比、强度和裂缝初始应力基本呈二次多项式关系,最小判定系数为0.9009,最大为0.9959;在5组试件中,随着粒径的增大,由应力-应变曲线得到的应力峰值减小。

结构性黄土双轴压缩试验的离散元数值仿真分析

通过建立胶结强度与初始含水率之间的关系将含水率引入胶结接触模型,并将其应用于饱和重塑土和不同含水率结构性黄土离散元试样的常规双轴试验数值模拟中。结果表明:结构性黄土离散元试样双轴试验的宏观力学行为与天然结构性黄土室内三轴试验结果相似。即围压越低,含水率越低,则试样越容易表现出应变软化和剪胀;反之则试样越容易表现为应变硬化和剪缩。该宏观力学行为与试样粒间胶结破坏密切相关。即围压越低,含水率越低,则试样固结过程产生的胶结破坏越少,后续胶结破坏对试样宏观力学行为影响较大,试样越容易表现出应变软化和剪胀。

颗粒形状对颗粒流模拟双轴压缩试验的影响研究

采用二维离散单元法,建立了4种不同形状的颗粒,研究了颗粒形状对模拟双轴试验的影响以及4种不同颗粒试样宏观特性随颗粒细观参数的变化关系。研究结果表明:在其它细观参数相同的情况下,颗粒形状对颗粒试样的宏观特性有较大的影响,其中3种异形颗粒由于颗粒形状的特殊性,显著地提高了颗粒试样的剪切强度。同时通过模拟双轴试验分析表明,4种颗粒试样宏观特性与细观参数的变化规律均比较一致。

含直墙拱形洞室坚硬流纹岩双轴压缩试验研究

为揭示含直墙拱形洞室岩石的变形及破裂规律,本文利用现场采集的流纹岩,制取圆柱形试样和内含直墙拱形洞室的方形试样,对圆柱形试样进行单轴压缩试验检测其力学特性,对含直墙拱形洞室的方形试样进行双轴压缩试验,检测其围岩变形和破裂特征。研究结果表明:单轴压缩试验中,流纹岩表现出明显的脆性特征,产生竖向劈裂破坏;含拱形洞室岩样破坏时首先在起拱线和拱脚处出现裂纹,随着荷载增大,裂隙不断向加载端面扩展并相互连接,拱形洞室底部和直墙出现片帮现象,拱脚压剪破碎,拱顶张性裂隙贯通形成稳定楔体;随着竖向外荷载的增大,拱形洞室围岩竖向和水平应力变化规律与洞室边界形状及与洞室距离有关;起拱线和拱脚处应力集中明显,拱脚处应力集中程度较大、主应力方向变化不稳定是造成局部破碎的主要原因。试验成果可以为裂隙发育岩体中隧道围岩稳定性研究提供参考。

围压对双轴试验力学参数影响的数值模拟研究

为了研究围压对双轴试验力学参数的影响,利用离散元方法(二维)数值模拟了不同围压下试件的响应结果,研究了围压对弹性模量、泊松比和强度的影响,给出了0 MPa和25 MPa围压下试件的破坏模式和颗粒间的接触力、位移矢量、裂缝分布。结果表明:围压与弹性模量、强度呈直线增长关系,泊松比随着围压的增大而减小,两者呈二次多项式关系,25 MPa比0 MPa时试件的最大接触力增大28.15%、最大位移增加0.03 mm、裂缝数增加92条。

黏结材料双轴试验中裂缝扩展的细观分析

为了分析黏结材料在荷载作用下内部产生裂缝的扩展过程,利用离散元方法生成数字试件,模拟了双轴试验,研究了颗粒间的黏结特性和摩擦特性对杨氏模量、泊松比和裂缝扩展的影响。模拟结果表明:黏结特性的增大,降低了材料的弹性性质,平行黏结强度由1MPa增大至16MPa,杨氏模量由2.92GPa减小至2.58GPa,减小了11.64%,泊松比由0.013增加至0.049,产生的裂缝数减少,法向裂缝数大于切向裂缝。摩擦系数由0.3增大至0.7,杨氏模量增加了3.79%,泊松比减小,产生的裂缝数以摩擦系数0.5为界限,先增加后减小。黏结特性对裂缝扩展和力学指标的影响大于摩擦特性。

锦屏二级水电站绿片岩双轴压缩蠕变特性试验研究

利用岩石双轴流变试验机对锦屏二级水电站辅助洞的绿片岩进行不同加载路径、不同应力水平下的双轴压缩蠕变试验,将一维Burgers模型推广到双轴受压状态,对试验曲线进行辨识。结果表明,轴向和侧向的蠕变规律与加载方式有很大关系,当以定侧压比同时加轴向和侧向荷载时,轴向和侧向应变基本随荷载的增加而增加,而采用定侧压的加载方式时,侧向应变则随轴向荷载的增加而逐渐减小。采用Burgers模型拟合试验曲线时,其理论值与试验结果比较接近,因此,Burgers模型比较适合描述绿片岩的黏弹性流变特征,研究得到的双轴压缩蠕变参数也可供锦屏二级水电站深埋隧洞的设计参考。

铁路钢桥整体节点双轴疲劳试验研究

依据铁路钢桥整体节点处次应力的形成和分布状态,设计次应力疲劳试件。利用双轴疲劳试验研究次应力对疲劳寿命的影响,同时进行有限元法对比分析。试验和理论分析结果表明,叠加次应力后的疲劳起裂寿命明显短于没有叠加次应力的疲劳起裂寿命,说明次应力对疲劳强度的影响不能被忽略。计算分析还发现,将次应力与轴向应力等同进行疲劳检算不恰当,将次应力全部当成轴向应力考虑的设计过于保守。

建筑PVC膜材双轴正交拉伸循环试验

通过对PVC膜材进行7种应力比下的双轴正交拉伸循环试验,经纬向应力比值分别为0∶1,1∶5,1∶2,1∶1,2∶1,5∶1和1∶0,对膜材在双轴拉伸作用下的拉伸特性进行了研究.试验表明,经过3次循环作用后,膜材的力学试验性能更接近工程实际情况,且材料具有非线性和正交各向异性.在循环荷载作用下,初次循环后残余应变较大.随着循环次数的增加(一般3次后),残余应变趋于常数,滞回曲线形状趋于稳定.采用双轴拉伸试验方法测定了PVC膜材的广义泊松比,验证了广义泊松比的非线性特征.试验证明,当经纬向应力比C≥1时,经向应变为正值;当C≥0.5时,广义泊松比变为负值;当应力比C为1∶0或0∶1时,双轴变成单轴试验,广义泊松比测定变成常规泊松比试验.理论和试验均证明当C=1时,膜材的经向和纬向同时具有最大的弹性模量.

P/G类建筑织物膜材双轴剪切试验及力学特性分析

为测试建筑织物膜材的力学特性,对4种建筑织物膜材进行了双轴剪切试验,得到其剪应力-剪应变曲线、残余剪应变、滞回环面积和剪切模量.分析结果表明:每个应力阶段的第1次循环G类膜材均会产生明显的塑性剪切变形,P类膜材以弹性变形为主;随着循环次数的增加,建筑织物膜材的剪应力-剪应变曲线的加载上升段线性特征增强,加载段斜率逐渐增大;剪应力由正变负后,建筑织物膜材的残余剪应变、滞回环面积和加载段斜率有所差异;考虑加载全周期计算得到的剪切模量比仅考虑各应力阶段的最后1个周期计算得到的剪切模量小;4种建筑织物膜材剪切模量为FGT 800>FGT 600>F 1202>F 1002.

ETFE薄膜单轴和双轴拉伸试验与分析

采用乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜哑铃形试件,进行单轴拉伸试验,得到了工程中常用的ETFE薄膜的力学参数(屈服强度、屈服应变、切线模量和割线模量);在考虑ETFE薄膜粘弹塑性效应特征的前提下,应用应变能等效的方法计算ETFE薄膜等效弹性模量,结果表明计算得到的等效弹性模量介于切线模量和割线弹性模量之间.研制了一种专用于ETFE薄膜双轴拉伸试验的装置,并进行了系列试验;基于正交异性薄膜理论推导出薄膜双向解耦的独立弹性常数计算列式.根据ETFE薄膜双轴拉伸应力-应变曲线,求得厚度为250μm的ETFE薄膜在双边应力比为1:1的工况下的耦合模量为1163 MPa;由正交异性理论计算得该薄膜的解耦模量为814.2 MPa,与单轴拉伸试验得到的等效弹性模量相近.