一种新型光纤光栅局部位移计在小应变测量中的应用

小应变下的土体模量的变化对基坑周围既有建筑物的变形和路基沉降分析具有重要意义。土体模量会随土体的应变呈非线性变化,特别是应变范围为10^(-5)~10^(-3),土体模量随应变的增加显著降低。由于土体应变的变化范围广,传统的单一测量仪器无法连续量测土体从微小应变到小应变的模量变化情况。通常测量土体小应变模量的方法有弯曲元和局部位移计方法。弯曲元方法能有效测量土体微小应变的模量,但不能得到土体模量在小应变情况下变化规律,因为弯曲元方法无法得到和控制土体的应变。设计了基于布拉格光纤光栅传感技术的局部位移计。通过设计和标定试验,成功将布拉格光纤光栅局部位移计应用于改装的三轴试验仪器中。为进一步的对比分析,在改进的三轴试验装置中安装了弯曲元试验系统。基于改装的三轴试验仪器,进行了不同围压下的固结不排水试验,得到了土体从微小应变到小应变下模量的变化曲线。试验结果验证了光纤光栅局部位移计能有效的测量土体在小应变情况下的模量非线性变化特征。

考虑局部变形影响的薄壁箱形结构大位移分析

本文提出了薄壁箱形结构整体位移与局部位移的计算方法，采用势能驻值原理推导结构以Ｕ．Ｌ列式增量平衡方程，按形成矩阵的“对号入座”法则建立单元弹性刚度矩阵。几何刚度矩阵，应力等效节点力列阵和荷载列阵，为进行结构局部与整体相关屈曲极承载力分析作好准备。

基于整体局部1,3位移模式的层合板层间应力研究

为提高层合板层间应力计算的准确性,对Reddy型高阶剪切理论的基本位移模式进行改进,提出整体-局部1,3高阶位移模式.在满足层间位移连续,层间剪切应力连续,以及上下表面自由的条件下,与前人提出的整体-局部1,2-3位移模式相比,层合板板结构每个节点的独立变量由13缩减到11,并且不随层数的增加而变化.将整体-局部1,3高阶位移模式位移和应力的数值解与解析解进行对比,验证了整体-局部1,3位移模式的准确性,可应用于复合材料层合板的位移和应力分析.

等幅循环加载岩石变形局部化带位移演化规律

岩石是一种非均质天然工程材料,在工程中往往处于一种循环往复加载状态之中,研究循环加载过程中岩石的变形局部化演化规律,为岩土工程结构的稳定性提供理论支持。将循环加载简化为等幅循环和分级等幅循环2种加载条件,开展红砂岩试件的2种循环加载方式下的实验研究,采用CCD(Charge-Coupled Device)相机对试验过程中试件的变形图像进行采集,基于数字散斑相关方法分析了等幅循环加载过程中试件变形局部化带位移演化规律。分析发现:循环加载全过程中,局部化带位移随加卸载应力呈现波动上升变化;相对于加载应力的变化,位移演化存在时间滞后性,且随着循环次数的增加位移存在明显的累积效应。循环加卸载过程中,局部化带位移顶点相对于加载应力顶点的滞后时间数值于循环前期呈平稳波动、循环后期呈上升波动;局部化带位移底点相对于卸载应力底点的滞后时间数值随循环次数的增加呈现平稳波动。整个循环过程中,当加载或卸载到同一应力水平时,局部化带的位移随着循环次数的增加而增大;每次循环过程中的同一应力水平下,卸载过程的位移数值大于加载过程的位移数值。随着循环次数的增加,局部化带位移存在明显的缓慢演化阶段和加速演化阶段。在试件破坏前,卸载底点处的局部化带位移值明显趋近于加载顶点处的局部化位移值,该局部化带位移演化特征可以作为循环加载过程中岩石试件或结构失稳破坏的一个前兆信息。研究可为循环荷载下的岩土工程材料或结构的失稳破坏提供新的特征力学监测量,即在某一特定应力环境中,当低应力状态的变形量值与相对高应力状态的变形量值都随时间发生增大且低应力对应的变形量值增加速率明显大于高应力对应的变形量值增加速率时,岩土材料或结构将会发生失稳破坏。

数值流形位移法在岩体裂缝扩展中的应用

基于三角形网格,对裂缝扩展过程中流形单元变化情况进行了深入研究,从几何网格的角度对数值流形方法的连续与非连续统一处理方式进行解读.采用一阶覆盖函数,推导出数值流形算法的权函数表达式,建立局部位移函数.通过数值流形计算程序,得出裂缝尖端位移,并计算尖端应力强度因子.通过经典的中心裂纹板模型,对数值流形位移法求得的尖端应力强度因子进行验证,算例的数值解和解析解吻合度较高,证明数值流形法计算裂缝扩展的准确性,为裂纹扩展过程中尖端应力强度因子的求解提供了新的数值解法.

复合材料层合板高阶剪切变形理论位移模式的研究

在总结现有复合材料层合板高阶理论的基础上,推导出一种基于整体-局部位移假设的1,2-3高阶剪切变形理论,使其既满足层间位移、应力连续条件,也满足上、下自由表面条件。比较了应用该高阶理论的位移有限单元数值的计算结果,证明了此高阶理论既能很好地描述剪切变形效应,又能较好地计算整体位移参数和横向剪切应力。

基于整体-局部高阶剪切理论的层合板多体系统的动静力学分析

基于高阶剪切理论,推导了整体-局部1,2-3高阶位移模式.在满足层间位移连续,层间剪应力连续,以及上下表面自由的条件下,层合板每个节点的独立变量变为13,并且不随层合板层数的增加而变化.在此基础上将整体-局部1,2-3高阶位移模式推广到刚-柔耦合层合板多体系统,利用混合坐标法,基于虚功原理,建立了考虑层合板层间应力连续的多体系统动力学方程.通过静力学算例,验证了整体-局部1,2-3高阶位移模式的准确性,得到了层合板层间应力沿着厚度的分布情况.通过多体系统动力学算例,对比了传统方法的计算结果,揭示了本文方法与传统方法在计算层合板多体系统中层间应力的差异,说明了刚-柔耦合层合板多体系统考虑层间剪应力连续的必要性.

基于两种DIC方法的含孔洞土样变形破坏观测

正确认识不同数字图像相关(DIC)方法的应变计算结果的差异有助于该方法的正确使用。岩土材料变形破坏过程中应变场的准确测量对于正确认识岩土材料的变形破坏机理具有重要的意义。利用自主研制的平面应变模型加载及观测系统,在垂直方向位移控制加载条件下开展了平面应变含孔洞土样(受内压和侧压作用)变形破坏过程实验研究。利用两种DIC方法(即中心差分方法和局部位移场最小二乘拟合方法)计算了应变场。与此同时,还根据清晰剪切带所处位置布置了曲折测线,并在其两侧布置了平直测线,详细地比较了两种DIC方法的应变计算结果的差异。发现了下列结果:随着纵向应变的增加,含孔洞土样最大剪切应变的分布由均匀分布向不均匀分布转化,并最终导致含孔洞土样发生贯穿土样的剪切破坏;2条平直测线上最大剪切应变不相等,剪切带内变形程度大于带外。利用局部位移场最小二乘拟合方法能较好地获得含孔洞土样孔洞表面附近的应变,当计算窗口=5×5个点时,应变更准确、平滑性更好,而利用中心差分方法获得的应变误差较大,且无法获得土样孔洞表面附近的应变。

基于换道起点和终点混合搜索算法的轨迹与行为特征研究

在交通流理论中的车辆换道特征研究领域,基于高精度交通流数据的车辆换道过程搜索算法是准确有效发挥高精度交通流数据价值的关键。依托NGSIM项目的高精度交通流数据,提出了基于车辆横向位移与速度的换道起点和终点混合搜索算法,并通过可视化对比进一步验证了该算法与已有算法在准确度上的优越性。对新算法所得的车辆换道过程进行了交通流特征参数分析,研究结果表明:以往研究低估了车辆实际换道持续时间;车辆换道持续时间受道路路段车流饱和度的影响;根据算法将车辆换道过程分前中后三段,前段持续时间和后段持续时间相对稳定;以车道线为界,车辆在跨越车道线前后的纵向位移之比大于1,且受道路路段车流饱和度影响。

分级循环加卸载煤体变形破坏特征试验研究

瓦斯抽采钻孔在采动影响下所处的应力状态比较复杂,随着工作面的推进,经历复杂的加载和卸载共同作用,易导致抽采钻孔失稳破坏。为深入研究采动影响下煤体钻孔的变形破坏特征,通过开展单调加载及分级循环加卸载试验,分析不同加载路径下试样的强度特征,并结合数字散斑技术(XTDIC)分析试样单轴压缩过程中裂纹扩展及孔周位移演化规律,通过布置"虚拟引伸计"分析试样局部化带位移演化特征。结果表明:与单调加载路径相比,分级循环加卸载路径下试样的抗压强度减小,减小幅度为4.59%;分级循环加卸载路径下,含钻孔试样的最终破坏是由远场裂纹与钻孔两侧的剪切裂纹贯通形成宏观破裂带导致的,不同加载路径下试样破坏模式均为拉剪复合破坏,破坏形态呈"X"状;试样加载顶点与卸载低点的张拉、错动位移随着循环次数增加逐渐增大,呈波动上升趋势,并且在时间上滞后于应力变化;孔周位移测点层位越高,试样加载至相同时刻的位移越大;分级循环加卸载路径下,试样卸载阶段的测点位移有轻微恢复现象,最大恢复量为0.149 mm,位移随时间增长表现为"台阶式"递增现象。