飞机复合材料层压板结构中的广义强度准则

通过对经典复合材料结构强度理论和准则在层压板上的适用性计算和试验对比研究,指出了在层压板上采用经典强度理论所得计算结果与试验结果的差异。并分析了产生这种差异的原因,主要是经典强度准则表达式中采用的无拉剪耦合假设和层与层之间理想粘接假设,只适用于单层板或正交各向异性板。本文提出了一种广义强度准则的思想,其核心是放松正交各向异性约束条件和通过试验测定强度参数,而在实际飞机结构中的准正交各向异性层压板结构设计上仍可使用经典层压板强度准则。

基于广义强度准则的地基土换填防冻胀能力评估

基于广义强度准则,提出了一种评价地基土换填抗冻胀能力的新方法。将冻胀力作为外载荷考虑,将冻土缺陷考虑为裂纹,并把冻土断裂韧度作为重要因素引进新准则。通过一个挡墙基础的算例,对换填前后的稳定性和强度进行了分析,与传统方法相比,由于考虑了更多的因素,从而更加合理。

复合材料层合板结构的广义强度准则

在试验研究的基础上,将复合材料层合板看作一个"宏观各向异性板",提出了一种基于试验的复合材料层合板结构广义强度准则的二次完备表达式,并分析了表达式中各参数的试验求解方法。对3种典型铺层的层合板进行纵向拉伸、纵向压缩、横向拉伸、横向压缩、面内剪切等简单载荷以及双向拉伸、拉剪组合(纵向、横向)等组合载荷试验。给出了不同铺层形式下广义强度准则表达式中各项系数值。采用该强度准则预测复杂应力状态下的破坏应力与试验值吻合较好。

基于拉伸、压缩、剪切单轴强度试验值的材料三参数广义强度准则

基于材料的第一应力不变量和应力偏张量第二应力不变量,给出了同时考虑拉伸、压缩、剪切强度参数影响下的三参数广义强度准则。该强度准则公式严格满足纯拉伸、纯压缩、纯剪切情况下的强度值,在物理意义上体现了静水压力和静水拉力对材料强度的不同影响和剪切强度对应力偏张量的影响。基于此三参数广义强度准则,讨论了材料在各种典型应力状态下的强度包线,并同传统的强度准则进行了比较分析。最后,以ROHACELL闭孔PMI泡沫为例,给出了三种典型泡沫材料的强度破坏包线曲线和试验验证数据,比较结果证明,采用该强度准则可以较好地预测ROHA-CELL刚性泡沫材料的破坏强度。

基于花岗岩三轴试验的广义M-C强度准则的验证与讨论

为验证广义M-C强度准则对岩土材料强度准则适用性和精确性,用花岗岩真三轴实验数据进行计算对比验证。实验数据对比发现:广义M-C强度准则平均误差△χi=0.05,M-C强度准则计算平均误差△χi=0.17,广义M-C强度准则平均误差更低。广义M-C强度准则均方根误差η=39,M-C强度准则均方根误差η=189,广义M-C强度准则均方根误差更低。综上所述,广义M-C强度准则对岩土材料的适用性的精度性优于M-C强度准则,可用于岩土工程强度计算。

基于突变理论和广义H-B强度准则的采空区顶板稳定性分析

为实现煤矿采空区塌陷区土地的治理利用,对煤矿采空区进行顶板稳定性的分析与研究。鉴于采空区顶板的失稳破坏是一个非线性的过程,分别从结构力学和岩体本构关系两个角度建立采空区顶板稳定性分析模型。首先将采空区顶板岩梁结构简化为力学三铰拱模型,然后进行力学分析,求出其力学结构系统的总势能,基于突变理论,建立其力学结构失稳破坏的尖点突变模型;其次构建基于极限平衡法的采空区顶板筒状塌落一般模型,考虑到实际工程的广泛应用,进而建立基于广义H-B强度准则的矩形采场顶板筒状塌落极限平衡分析模型。最后通过不同工程算例分别对2个模型进行了分析和验证,且二者计算结果均与工程实际情况一致,说明两种模型均适用采空区顶板稳定性的分析,为研究采空区稳定性提供一种新的途径。

基于C2阶连续函数的广义Hoek-Brown强度准则屈服面与塑性势面棱角圆化方法

Hoek-Brown强度准则的屈服面与塑性势面在棱角处导数无定义,具有数值奇异性,采用圆角进行光滑过渡只能满足一阶导数连续性,而二阶导数仍然无定义,使得棱边上一致切线模量矩阵无法正确计算,导致有限元总体平衡方程组Newton-Raphson隐式迭代二阶收敛性丧失。提出基于C2阶连续函数的广义Hoek-Brown准则屈服面与塑性势面棱角圆化方法,使得棱角处函数曲面二阶连续可导,棱边上一致切线模量矩阵可精确计算。基于ABAQUS数值开发平台,采用FORTRAN语言编制Hoek-Brown准则理想弹塑性UMAT用户子程序,通过数值算例验证所提方法的正确性。

基于广义Hoek-Brown强度准则的岩体应变软化行为模型

基于岩体的强度参数随着最大塑性主应变的增加而逐渐演化这一力学行为,采用广义Hoek-Brown(H-B)强度准则,以最大塑性主应变作为应变软化参数,假设广义Hoek-Brown强度准则中的强度参数m,s和a为最大塑性主应变的双线性函数条件下,通过理论推导给出岩体应变软化曲线非线性表达式的求法。最后结合算例分析度参数m,s和a的演化规律对岩体应变软化行为的影响。研究结果表明:强度参数m和s的残余值越大且a的残余值越小,则软化曲线下降得越缓和,岩体的残余强度越大。

基于广义Hoek-Brown强度准则的PEM节理边坡可靠性分析

广义Hoek-Brown强度准则(简称GH-B准则)作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及数值计算领域中应用最广的准则之一。经验公式中涉及3个与岩体特性有关的材料参数mb、s和a,实际应用中还不能直接对这3个参数进行精确取值,只能通过中间变量推导或结合地质经验来确定。为尽可能大地消除因用Hoek-Brown经验公式(简称H-B经验公式)的中间变量推导带来的累积误差,消除边坡稳定性评价结果的偏差,提出了从基本随机变量着手,考虑基本变量的可变性与不确定性,借助可靠性理论来综合分析评价边坡潜在破坏概率和风险程度的方法。研究基于GH-B准则的节理岩质边坡的可靠性问题,首先从决定H-B经验公式的4个基本参数GSI、σci、mi和D出发,研究变量的分布概型及取值范围,然后引入到H-B经验公式中去,利用有效地可靠性计算方法求解边坡的失稳概率,将统计矩点估计法(PEM法)引入到节理岩质边坡失稳概率的求解中,通过对一开挖桥墩承台边坡的可靠性分析表明,基于GH-B准则的PEM方法提高了稳定性评价的客观性,结果更加真实可靠。

基于广义Hoek-Brown强度准则的岩质边坡开挖稳定性分析

导出了广义Hoek-Brown强度准则的弹塑性矩阵计算方法,并将其用于一岩质开挖边坡施工过程模拟。同时,利用Hoek所提出的参数等效化方法对岩质开挖边坡的稳定性进行强度折减分析,揭示了开挖施工过程中边坡临界失稳模式的演变、发展过程。分析结果表明,边坡的应力-应变场、位移场、边坡的稳定性及其临界失稳模式的演变过程与采用传统的Mohr-Coulomb强度准则的发展过程是一致的,但用Hoek所提出的等效Mohr-Coulomb强度参数可能会高估边坡的稳定性。

适用于冻土的广义非线性强度准则

冻土与融土的主要区别是冰,温度变化影响着孔隙冰含量,进而影响着冻土的物理力学性质.广义非线性强度准则用一个表达式描述了材料在π平面及子午面上的非线性强度特性,其在主应力空间的π平面上的破坏函数为介于SMP准则和Mises准则之间的光滑曲线,子午面上的破坏函数为幂函数曲线.在该准则的框架下,通过国内学者已取得的冻土材料的三轴试验结果,研究冻土子午面上各参数随温度变化的规律,并验证该强度准则对于冻土材料的适用性.

基于广义非线性强度准则下地基承载力的计算

Mohr-Coulomb理论应用于土体分析时的两大缺陷,即未考虑中主应力的影响,也未考虑土体材料的SD效应,因而对于土体材料的潜能未充分考虑。为了考虑上述两种效应,本文基于广义非线性强度准则(GNST)及平面强度理论,推导出了可应用于砂土及粘土类材料的平面应变破坏条件。将上述推导结果应用于地基承载力的计算,推导出了基于GNST准则的地基承载力计算公式。通过与实际载荷试验数据比较,本文计算结果与实验数据吻合较好。表明推导出来的α公式对于计算砂土的强度特性是可行的,同时也可应用于其他平面应变问题有同样的参考意义。

脆性岩石广义多轴应变能强度准则及试验验证

通过分析脆性岩石多轴试验中的强度和破坏规律,在已有研究成果基础上,将其强度和破坏控制类型主要归结为3种:类型1,低静水压力时裂缝张开扩展,主要表现为张性微裂缝控制型脆性破坏;类型2,静水压力很高时,裂缝闭合,主要表现为摩擦滑移控制型延性破坏;类型3,处于两者之间时,微裂缝一部分张开,一部分闭合,主要表现为两者复合控制型脆延破坏。在分析脆性岩石强度的静水压力、中间主应力、最小主应力以及应力Lode角等4种效应的基础上,提出子午面上与Mohr-Coulomb准则包络线自然衔接的广义双曲线型破坏函数及八面体偏平面上光滑角隅型破坏函数,从而建立非线性广义多轴应变能强度准则。该准则包含单轴抗压和抗拉强度,在静水压力较低时,实质上它是Griffith-Murrell准则在多轴应力状态下的一种扩展形式,反映脆性岩石破坏类型1;在很高静水压力下该准则可转化为广义Mises准则,反映脆性岩石破坏类型2;而当静水压力较高时,该准则处于上述两种准则的过渡阶段,反映脆性岩石破坏类型3。最后,通过对不同种类岩石多轴试验结果的验证分析,表明该准则能够较为合理地描述上述4种效应,而且能够反映非线性强度特征和拉压强度的显著区别,可广泛地适用于各种脆性岩石。

考虑应变率效应的广义Hoek-Brown动态强度准则

岩石强度特性具有明显的围压效应和应变率效应,研究复杂应力状态下动态强度准则对于岩石动力学分析至关重要。利用10^(-5)~10^(2.32) s^(-1)应变率范围内砂岩静动态间接拉伸和单、三轴压缩强度试验数据,进行了广义Hoek-Brown强度准则预测砂岩动态强度的适用性研究,分析了材料参数的应变率效应。结果表明,广义Hoek-Brown强度准则能够较好地描述同一应变率下较低拉应力区到较高压应力区砂岩强度规律,低应变率区单轴抗压强度c_s和参数a变化不大,高应变率区随应变率的增加非线性增大,而参数m几乎不受应变率影响。基于分析建立了单轴抗压强度c_s和参数a的应变率效应函数关系,提出了由低应变率到高应变率下的广义Hoek-Brown动态强度准则统一表达式,进一步探讨了岩石强度依赖应变率效应和围压效应的物理机制。

岩石广义非线性统一强度理论

广义Hoek-Brown强度准则广泛用于岩石工程,但其没有考虑中间主应力效应.为此,根据双剪模型和广义Hoek-Brown强度准则,建立了广义非线性统一强度理论.该理论的极限面覆盖了全部外凸区域,构成岩石材料在主应力空间的全部极限面,广义Hoek-Brown强度准则和岩石广义非线性双剪强度准则是其特例.广义非线性统一强度理论的内边界是广义Hoek-Brown强度准则,外边界是岩石广义非线性双剪强度准则,其间是一系列新的极限面.广义非线性统一强度理论可以将统一屈服准则、统一强度理论、岩石非线性统一强度理论联系在一起.

广义H-B准则中经验参数的改进取值方法

介绍了国内外几种岩体力学参数的确定方法,指出了广义Hoek-Brown强度准则和有关改进公式的不足,基于扰动参数D评估值的离散性,引入完整性系数Kv来表征岩体扰动程度,利用对数函数建立了扰动参数D与完整性系数Kv的关系,从而建立修正系数Km、Ks与完整性系数Kv之间的非线性关系,同时又考虑了Km—Kv、Ks—Kv曲线斜率的渐变性质,给出了改进的广义Hoek-Brown公式。以贵州瓮福磷矿岩体力学参数研究为例,分别用提出的改进公式和其他几种方法进行计算,结果表明:所提出的改进公式在确定扰动和未扰动之间的岩体力学参数时与实际更接近。

广义HOEK-BROWN经验准则在边坡岩体力学参数估计的应用研究

岩体因结构面切割作用而具有非均质、各向异性和不连续性的特性,这使得岩体强度与普通均质材料强度有所区别。工程实践中,岩体力学参数只能通过原位试验或经验公式进行估计。原位试验费钱费力且部分地区无法进行试验,因此通过经验公式获取岩体力学参数是很好的选择。广义Hoek-Brown强度准则考虑岩体结构、岩块强度、岩体扰动等多方面因素,能够很好反映岩体非线性破坏特征,利用该准则可对边坡岩体力学参数进行估计。通过量化GSI的广义Hoek-Brown强度准则估算吉尔木隧道出口边坡岩体力学参数,结果表明:该方法估计获得的参数是合理的。通过计算表明边坡主体部分岩体单轴抗压强度为1.5 MPa,变形模量为4 GPa,抗剪强度指标C=0.6 MPa,φ=32°。广义Hoek-Brown强度准则在高陡边坡岩体参数的估计中能更加方便、及时、准确地反映岩体的实际情况,在工程实践中具有很好可操作性。

考虑SD效应的地基承载力广义强度安全系数

现有的地基承载力安全系数其缺点在于不能体现土体的三维受力状态,广义强度安全系数采用π平面上广义剪应力与强度包络线的比值可以更好的考虑土体的三维受力情形,因而能更好的体现地基承载力的安全特性。为了研究SD效应即土在三轴压缩与三轴拉伸强度不等对地基承载力安全系数的影响,本文首先基于广义非线性强度准则研究了表征SD效应大小R及准则参数α的关系,将R划分成三种情况。然后运用变换应力空间方法描述了基于广义非线性强度准则下的广义强度安全系数的表达式。算例结果表明,SD效应参数R对于地基承载力安全系数影响较大。

基于GH-B强度准则的节理岩质边坡稳定性分析

在岩质边坡工程数值模拟计算分析中,其难题之一就是如何较准确地确定岩体强度参数,而边坡岩体抗剪强度是影响计算分析成果的控制因素,也是支护设计成败的关键所在。采用GH-B强度准则对深水河大桥4号桥墩边坡进行了稳定性分析,同时与采用M-C强度准则的模拟结果进行了对比分析。结果表明:GH-B强度准则采用基于应力水平的塑性流动法则,更好地体现了节理岩体的变形和破坏机理,可有效反映岩体的非线性破坏特征,更加接近于工程实际,适于节理岩体的强度计算及稳定性分析。

岩石强度准则评价方法研究

利用6种岩石强度实验数据评价4种常规三轴强度准则的适用性,以拟合偏差绝对值之和最小来拟合4种强度准则中的待定参数。结果表明,含有3个参数的指数强度准则、广义Hoek-Brown强度准则能描述多种岩石在不同围压下的强度特征,比含有2个待定参数的HoekBrown强度准则和Coulomb强度准则更具有适用性;从拟合偏差绝对值之和最小分析,HoekBrown准则优于Coulomb准则;对于多数岩石,从预测偏差角度分析,广义Hoek-Brown强度准则优于指数强度准则。