岩石宏、细观损伤复合模型及裂纹扩展规律研究

通过假设微元具有破坏、损伤和无损3种状态,损伤和破坏可以用无损的程度表示;把细观损伤理论和宏观统计损伤模型结合,建立应力–应变与微裂纹密度变化的关系;分别运用Taylor方法、广义自洽法和Taylor介质法,通过计算实例分析岩石应力–应变过程中裂纹密度的发展变化规律,讨论特征点处的裂纹密度变化特点及计算方法的影响,尝试利用细观损伤理论确定岩石残余强度,得出岩石非线性性质是裂纹密度发展速度的宏观表现等结论。

基于单轴受压的岩石三轴应变指标确定方法研究

在单轴受压的基础上可以采用Mohr准则或Hoek-Brown准则确定三轴受压下岩石的强度指标,但应变指标的确定一直没有较好的求解办法。根据岩石在弹性极限点(损伤门槛值)处微裂纹密度变化梯度为一常量的特点,运用岩石损伤演化的宏细观损伤复合模型,通过岩石应力-应变曲线上临界损伤值及门槛损伤值的相关性,由单轴受压下在弹性极限强度点处的损伤门槛微裂纹密度值和微裂纹密度变化梯度,得到不同围压下在弹性极限强度点处的临界损伤值,应用Mohr-Coulomb准则或Hoek准则得到不同围压下的岩石峰值强度,进而得到相应的应变指标;推导由岩石单轴受压指标确定三轴受压指标的计算公式,通过计算实例和试验验证公式的合理性。

细观损伤理论确定岩体参数的方法研究

分析目前确定岩体参数方法中存在的一些困难,通过把岩体的完整性系数同岩体微裂纹密度参数结合起来,运用细观损伤理论,得到确定岩体参数的计算方法,并分别运用Taylor方法和广义自洽法结合工程实例和部分统计资料进行计算对比分析,根据计算结果,结合BQ法针对完整性系数小于0.5的情况进行修正。研究结果表明,该方法合理可行,避免传统方法的经验差异或人为因素的影响。

基于不可逆热力学的宏细观粘弹性损伤本构模型

为建立复合固体推进剂的损伤本构模型,基于不可逆热力学和叠加原理,通过引入宏观损伤效应张量,推导出一个通过有效应力表征损伤的蠕变型损伤本构方程。假设材料为初始各向同性,进一步引入细观标量损伤效应函数表征材料对称性的改变,进而得到由细观损伤效应函数表征宏观损伤效应张量的一般表达式。通过选取合适的细观损伤效应函数,文中建立的本构方程可以用于表征材料的正交各向异性损伤、横观各向同性损伤和各向同性损伤。最后,基于Schapery粘弹性微裂纹扩展模型,选取相对微裂纹密度为损伤内变量,建立了一个由损伤热力学对偶力表征的幂律型损伤演化方程。数值结果表明,建立的模型能够较好地反映材料损伤的率相关性和温度依赖性,具有良好的预测精度。

多晶冰细观模拟方法及压力条件下的力学特性

针对多晶冰 ,从物体细观的角度形成三维细观数值模拟方法 ,通过计算与实验结果比较 ,证明了其可行性。在此基础上 ,对具有脆性特性即在高应变速率作用下的多晶冰进行了数值实验 ,求出了在单向受压条件下不同冰晶尺寸的微裂纹密度与应力、应变之间的关系。

基于广义自洽理论的岩石统计损伤模型研究

为考虑岩石内微裂纹间相互作用对岩石损伤的影响,基于广义自洽理论研究岩石材料的损伤效应,建立了反映荷载作用下的岩石微裂纹发展变化损伤本构模型;采用概率统计理论,对岩石损伤模型中微裂纹密度演变过程进行探讨;以模式分层优化算法反分析确定模型参数,并结合工程实例对岩石微裂纹统计损伤模型及参数确定方法进行了验证。研究结果表明,基于广义自洽理论的岩石微裂纹统计损伤本构模型能够反应岩石内微裂纹间的相互影响的工程实际,模式分层优化算法确定的模型参数真实可信,在工程应用中具有一定适用价值。

PBX炸药粘弹性统计微裂纹本构模型的改进

基于描述PBX炸药本构关系的粘弹性统计微裂纹模型(Visco-SCRAM),通过修正其微裂纹方向矢量的取值范围、初始缺陷尺寸和体量本构关系,得到模型的改进形式。将改进的模型嵌入有限元程序中,开展PBX炸药JO-9159的平板撞击实验数值模拟研究,讨论了微裂纹数密度参数对计算结果的影响。结合实测曲线,对模型改进前、后的计算结果进行对比和分析。结果表明,改进的模型能够更合理地描述低速冲击下PBX炸药的损伤和破坏。

疲劳累积损伤模型及其在疲劳寿命预估中的应用

本文从制革，皮鞋机械的疲劳损伤出发，提出了一个疲劳累积损伤模型。采用类比方法，给出了与塑性加载相似的损伤方程。此外，还由给出的方程推出Ｍａｎｓｏｎ－Ｃｏｆｆｉｎ方程。在单裂纹的情况下，它与Ｓｏｌｏｍｏｎ的方程和Ｔｏｍｋｉｎｓ的方程非常相似，并可用于研究小裂纹的生长，预估小裂纹的生长寿命。

PBX炸药率型损伤本构关系的实验研究

利用万能材料试验机,对高聚物粘结炸药(PBX炸药)进行循环加、卸载实验和不同应变率下的压缩实验,测得PBX炸药在不同工况下的应力-应变曲线。采用唯象分析和细观统计相结合的方法,得到含损伤内变量的损伤演化方程,提出PBX炸药的率型损伤本构模型。通过拟合实验数据,获得了率型损伤本构模型的相关参数。结果表明,建立的本构方程能较好地描述PBX炸药在线弹性阶段、强化阶段、应变软化阶段的力学性能,待定参数少,形式简单,其中以微裂纹密度定义的损伤变量可方便地由力学实验确定。

含损伤复合材料热膨胀性能的细观力学分析

复合材料的热膨胀率,关系到复合材料结构的尺寸稳定性和热应力,是复合材料的一个重要性能指标,根据复合材料的组分性能及其细观结构预测其热胀系数和热失配应力,是复合材料结构分析和设计中所关心的。这方面已经有了相当数量的研究工作。