填塞长度对单孔爆破轴向损伤分布影响研究

为研究在爆破过程中填塞长度对圆柱岩样爆破效果的影响,通过数值模拟方法建立了分区域圆柱岩样单孔装药的三维模型。通过改变填塞长度,对爆破过程中填塞物及圆柱岩样的损伤情况、位移变化和裂纹扩展进行了对比分析。结果表明:数值模拟结果与圆柱岩样实验室爆破裂纹扩展与损伤情况相一致,验证了爆破模型可有效模拟岩石爆破过程。在填塞长度为炮孔长度的23.7%内,填塞长度的增加可显著抑制填塞物冲出炮孔程度,而超过此区间后,单位抑制效应微弱。填塞长度从炮孔长度的7.9%到39.5%,岩柱表面裂纹网络复杂程度逐渐降低,但裂隙宽度显著增加。在炸药引爆后岩柱中部区域的损伤值最高,在填塞长度为炮孔长度的23.7%时取得最高值为0.75。在岩柱上部区域,损伤随填塞长度呈现凹形变化,差值为0.054 3;而五种填塞长度在岩柱中部区域的损伤差值最大,为0.067 9;对岩柱下部区域的损伤影响较小,变动幅度为0.009 9。填塞长度的合理选取为实现精确区域爆破和提高爆破效果提供了新的途径。

基于损伤分布模型的震损RC框架力学性能分析与实证研究

震损结构的剩余荷载位移响应分析十分重要,是准确评估震后钢筋混凝土(RC)框架结构剩余性能的基础,然而震损结构损伤的不均匀分布为其荷载位移响应的定量分析带来了困难。本文基于纤维梁柱模型提出了一种能够考虑地震损伤不均匀分布的震损RC框架数值模型。基于震损RC框架的损伤现象对其损伤分布进行了量化,考虑了材料损伤沿柱高度与截面深度的分布;基于量化结果分别确定了RC框架中各纤维梁柱单元中不同位置处纤维的损伤本构关系,并对其剩余荷载位移响应进行了定量分析;以一个一榀三层四跨的RC框架试验为算例,对模型进行了验证。结果表明,本文模型能够较为准确地模拟震损RC框架的剩余荷载位移响应,其中最大剩余承载力、刚度和屈服强度等各项指标计算误差均值均在10%以下,因此本文模型能够为震后RC结构的评估工作提供一种新的思路。

单孔不耦合装药爆破的岩体损伤分布特征研究

开挖爆破作用下岩体损伤分布特征研究是地下工程围岩加固和边坡支挡防护设计的基础。通过弹性模量定义损伤因子以及对不耦合装药爆破进行损伤分区及其特征描述,应用Taylor提出的有效弹性模量计算方法,分别按照爆炸应力波衰减规律和厚壁圆筒理论建立相应的单孔爆破下损伤分布特征公式,进而叠加得到爆炸应力波与准静态气体共同作用下损伤分布特征公式。援引损伤实验数据分析其可行性和准确性,结果表明:该理论公式与实验数据的相关性较好,准确性较高,可表征爆破损伤分布特征及预估损伤范围;不耦合装药爆破的损伤因子呈幂函数衰减,其衰减速率在K≥K 0时呈逐渐减小的趋势,在K<K 0时呈先增大后减小的趋势,同时衰减速率又随着不耦合系数增大而增大;其他条件相同时,爆破损伤范围随着不耦合系数增大而减小;从损伤角度阐明了光面爆破或预裂爆破装药结构采用合适的不耦合系数的必要性。

大尺寸Si片自旋转磨削表面的损伤分布研究

为了更好地评价大直径Si片磨削加工损伤深度的大小和分布,提高下道抛光工序的效率,采用角度抛光法和方差分析法研究了Si片表面的损伤分布。结果表明,采用自旋转磨削方式磨削的Si片表面的损伤分布不均匀,沿圆周方向在〈110〉晶向处的损伤深度比在〈100〉晶向处的损伤深度大,沿半径方向从圆心到边缘损伤深度逐渐增大,损伤深度的最大差值约为2.0μm。该分布规律对检测损伤深度时样品采集位置的选取及提高抛光加工效率均有重要的指导意义。

偏心不耦合装药爆破损伤分布特征数值模拟

偏心不耦合装药结构由于药卷紧贴炮孔孔壁一侧造成岩体中的爆炸能量分布不均,会影响到光面爆破效果,研究其爆破损伤问题可为实际工程施工提供参考依据。文章基于显式动力分析软件,采用材料本构HJC模型,通过观察爆破过程中炮孔周围岩体压碎区、破坏区和裂隙区范围的变化,研究装药位置、耦合介质以及不耦合系数对岩体的爆破损伤分布特征的影响规律。结果表明:同心不耦合装药炮孔周围相同爆心距下岩体的损伤程度基本相同,偏心不耦合装药炮孔周围耦合侧岩体的压碎区与破坏区范围均大于不耦合侧岩体,能降低对预留侧岩体的损伤并更加充分地破碎开挖侧岩体;偏心不耦合装药条件下,水耦合介质爆破造成的岩体压碎区与破坏区范围远大于空气耦合介质,并会加剧对预留岩体的损伤;在偏心不耦合装药采用空气耦合介质情况下,随着不耦合系数的增加,耦合侧岩体的压碎区、裂隙区和破坏区范围呈先快后慢的减小趋势,不耦合侧岩体裂隙区与破坏区范围呈线性减小趋势,当不耦合系数取1.7时,爆破效果最佳。

组合离子注入的杂质浓度分布与损伤分布比较

用LSS理论,计算了注入能量为180keV,注入剂量为1×10^(13)～5×10^(15)ion/cm^2的N_2^+/As^+组合离子注人Si的杂质浓度分布,由X射线衍射的运动学理论,利用多层模型和试探应变函数拟合X射线衍射曲线,得到了晶格应变随注入深度的分布,并将二者进行了比较.结果表明N_2^+/As^+组合离子注入单晶Si的应变分布曲线为单峰,位于杂质浓度分布曲线的双峰之间,靠近重离子峰.

列车动荷载长期作用下圆形隧道衬砌损伤分布特征及演化规律研究

为研究隧道衬砌车致损伤分布特征及演化规律,该文采用规范推荐的混凝土单轴拉压本构关系推导了复杂应力条件下增量损伤本构关系,并基于此本构模型实现了ANSYS标准计算流程的二次开发。通过与单轴拉压试验结果对比验证了计算的可靠性。建立了地铁圆形隧道-地层耦合动力有限元模型,基于改进的Miner累积损伤理论,研究了列车动荷载长期作用下衬砌结构的损伤分布、动力响应、损伤增量及累积损伤演化规律。结果表明:衬砌长期车致损伤关于隧道中心线对称,主要分布于仰拱结构,分布角约120°;列车荷载作用点下方衬砌结构中出现两个损伤集中区,其损伤幅值较其他区域大;随累积运行次数的增加,损伤集中区内车致动应力幅值减小约83%,动应变幅值增大约150%;损伤增量与累积损伤均随列车累积运行次数增加而增大,且呈非线性关系;采用改进的Miner累积损伤理论可提高预测隧道结构疲劳寿命的准确性。

大口径DKDP元件的辐照损伤分布特性

大口径高能激光装置是各强国积极研究的重点项目。对装置内大口径光学元件损伤特性进行有效评估具有非常重要的意义,在此研究大尺寸光学元件表面损伤。通过分段拍摄、图像拼合、损伤点记录、统计与归纳等工作发现,不同尺寸损伤点的分布特性差异较大。结合统计学方法与类似实验对比、理论计算等方式对损伤点分布与样品辐照环境特性变化的关系进行分析。结果显示,损伤点的位置分布与辐照光束的能量密度关联紧密;系统光束(351 nm)在低于6 J/cm^(2)时能量分布均匀,高于6.7 J/cm^(2)时呈现较为明显的高斯分布状态。可以为大口径高能辐照环境的元件损伤特性评估提供有价值的参考,对大口径紫外激光器的日常运行与维护具有极其重要的工程意义。

12keV低能砷离子注入硅的损伤分布

测量了１２ｋｅＶ注入能量、８×１０￣（１４）～２×１０￣（１５）／ｃｍ￣２剂量砷离子注入硅的椭偏光谱，并用最优化拟合算法从椭偏光谱定出损伤分布。这种低能量离子注入的结果表明，损伤分布呈现为平台型，体内不出现峰值，损伤深度为１２．５～１６．０ｎｍ，与背散射沟道技术测定结果相符合。

载荷谱型对疲劳损伤分布的影响

疲劳累积损伤分布规律是结构疲劳可靠性分析与设计的关键内容之一。本文考察了疲劳外载荷谱的谱型对疲劳累积损伤分布的影响 ,定义了任意载荷谱的等效谱强和载荷谱的形状因子 ,给出了 -个分析疲劳累积损伤分布的模型 ,讨论了载荷谱型与疲劳累积损伤分布之间的关系。数值模拟结果表明 :谱强度描述了疲劳累积损伤的均值 ,载荷谱的形状因子描述了疲劳累积损伤的变异系数。

振动载荷下固体推进剂粘接界面剪应力及损伤分布

为研究海洋环境对立式贮存值班状态固体推进剂粘接界面损伤分布的影响,监测了某型固体火箭发动机值班条件下的振动载荷并进行数据处理;开展在温差/重力载荷和温差/实测振动载荷联合作用下固体发动机燃烧室的模拟计算,提取了两种载荷历程下的粘接界面剪应力—时间历程,并获取剪应力沿界面分布规律;结合推进剂粘接界面剪应力拉伸破坏试验、剪应力幅值往复拉伸破坏试验所得的本构方程结果,近似计算界面累积损伤分布。模拟计算结果表明,两种载荷历程剪应力沿界面路径分布规律相近,前人工脱粘结构附近界面应力较其他位置大;随贮存时间增加,蠕变损伤和疲劳损伤呈线性增加趋势;贮存期间对应的剪应力水平下,界面各位置损伤相差不大,最大相差20%左右;忽略蠕变与疲劳作用对界面损伤的交互影响,发动机值班半年时,累积损伤为5.79%。

探究空气间隔装药预裂爆破岩体损伤分布特征及控制技术

空气间隔装药预裂爆破由于对基岩的破坏特性,严重影响了该技术的推广应用,但是作为一种新型的等高爆破技术,我们将结合数值计算和采用现场试验的方法,分析岩石损伤分布特征在空气间隔装药预裂爆破试验中。结果显示:空气段和传统的预裂爆破明显低于损伤区域,气间隔装药预裂爆破岩石损伤与常规预裂爆破分布特征有显着差异,空装药段有明显的爆炸范围和压伤区。但是,如果基岩比较完整,空气段的基岩破坏就相对不显着。反爆轰方法和使用非径向耦合的圆柱形装药线圈是装药部分,为了控制基岩的破坏作用,可以优化空气间隔装药预裂爆炸效果。

基于Weibull分布的石砌体单轴受压损伤本构模型

石砌体的本构模型是石砌体力学计算和有限元数值模拟的重要基础和前提条件。为了深入研究石砌体单轴受压下的本构关系,基于损伤力学理论,应用双参数Weibull分布函数反映损伤变量,根据石砌体单轴受压应力-应变全过程曲线的特征条件确定其参数,推导并建立了石砌体单轴受压损伤本构模型,将已有试验数据验证本构模型的正确性,并将本构模型与典型的砌体本构模型进行对比分析,最后应用本构模型对已有石砌体拱桥试验进行有限元分析以验证本构模型的适用性。结果表明:所建模型与已有石砌体单轴受压试验结果吻合良好;所建模型验证了石砌体损伤演化的一般规律,符合典型的砌体本构模型的一般趋势;所建模型可应用于石砌体结构有限元分析计算,适用性良好。

发动机连杆恒定机械拉压损伤自适应检测方法

为提高现有发动机连杆拉压损伤检测方法的检测准确率和检测效率,提出发动机连杆恒定机械拉压损伤自适应检测方法。该方法首先研究发动机连杆的机械运动原理及连杆受恒定机械拉压强度影响的分析,然后获取与发动机连杆机械拉压相关的相对损伤分布数据,计算各项相对损伤分布数据所对应的连杆损伤程度,最后利用遗传算法完成概率神经网络模型的优化,基于上述得到的损伤数据建立连杆恒定机械拉压损伤自适应检测模型,实现发动机连杆恒定机械拉压损伤自适应检测。实验结果表明:所提方法检测准确率高于88%,检测时间不超过0.4s,均优于对比方法,具有一定研究价值。

基于有限元仿真和光纤传感的隧道损伤监测

对苏州四号线支线红庄站至蠡墅站段地铁进行隧道结构开展静力场和动力场有限元仿真分析,并根据仿真结果和现场勘察结果,成功设计并布设了能够对隧道结构水平位移、裂缝、沉降、结构应力、结构表面应变、振动等信息进行实时监测的光纤传感网络,实现了对隧道结构健康状态的实时监测,然后利用光纤传感网络反过来验证有限元模型可靠性,从而得到更准确的有限元仿真模型。最后,结合两种技术,针对该地铁中三种主要断面建立了二维有限元模型,研究了三种断面在隧道结构有损伤基础和无损伤基础的两种情况下,受到地铁列车振动荷载影响产生的混凝土结构损伤分布规律,从而更好地为地铁安全运营提供技术保障。

基于构件材料损伤的框架-核心筒损伤分布模式研究

为提供框架-核心筒结构构件有效的震后损伤评价及修复方法,采用混凝土材料塑性耗能作为衡量指标,依据结构构件的重要性进行分类,分别研究了不同构件的损伤分布模式,并采用材料损伤定义不同构件的损伤指标,最后利用有限元软件ABAQUS对一简化模型进行动力弹塑性分析,将数值模拟得到的各类构件损伤分布结果与相应损伤分布云图对比,证明了该方法的有效性。

柔度法梁-柱单元考虑损伤分布的高斯积分方法

分析了积分方案对基于柔度法梁-柱单元模型的影响,将高斯积分和钢筋混凝土梁、柱构件损伤特点结合起来,提出了考虑损伤分布的积分方法。将单元非线性区域划分为塑性铰区、开裂区、过渡区,一方面赋予高斯积分区域物理含义,另一方面使得塑性铰区域可以向相邻的开裂区、过渡区扩展,实现塑性铰长度动态变化。对钢筋混凝土框架结构进行静力非线性分析,结果表明:该积分方案更能反映梁、柱构件的实际损伤,具有较好的数值稳定性和收敛性。

基于三维表征方法量化二维技术得到的高纯铝动态损伤分布误差

采用传统的二维(2D)金相分析方法估算受冲击作用后金属样品中孔洞的空间损伤分布时,通常未对误差进行量化。应用传统的二维金相分析方法和三维(3D)高分辨率X射线断层扫描方法,分别计算了不同受损程度的高纯铝样品中孔洞的空间损伤分布,比较和分析了两种方法的优、缺点,给出了二者之间的相对误差与飞片撞击速度之间的关系。研究结果可为材料损伤的空间分布统计提供有益的参考。

基于SMP准则的冻融受荷岩石损伤软化模型

运用损伤理论研究岩石的本构关系一直是岩石力学的热点问题。为进一步深入研究岩石的本构关系,根据现有损伤理论,基于SMP破坏准则,采用双参数Weibull统计损伤分布描述岩石微元体的破坏,定量分析了冻融受荷岩石损伤软化规律,构建了冻融受荷岩石统计损伤软化模型,并运用峰值点的偏导数方法确定其参数,最后引用前人相关力学试验数据对模型的合理性进行验证。结果表明:所建的预测模型曲线可以表征岩石的损伤变形,验证了冻融受荷岩石损伤软化过程的一般规律;运用SMP准则可以对冻融-荷载作用下岩石变形特性进行刻画,为冻融荷载作用下岩石变形破坏机制提供了思路。

工程结构损伤的两个重要科学问题——分布式损伤和尺度效应

工程结构的失效起始于底层 ,即从材料中的孤立的空洞成核开始 ,形成微裂纹 ,发展为宏观裂纹 ,直至整个结构破坏 ,因此分布式损伤和尺度效应在工程结构损伤问题中显得十分重要 .本文简要介绍了一种处理分布式损伤 (微损伤 )的方法———“统计细观损伤力学” ,以及基于该方法讨论了分布式损伤的演化规律 .对于跨尺度失效问题的尺寸效应 ,通过分析应力波引起的损伤问题 (存在 2个反映尺度效应的Deborah数 ) 。