单轴压缩下基于轴向塑性应变的岩石裂纹闭合应力与损伤应力阈值的评估方法

量化裂纹应力阈值对认识岩石材料的变形与破坏具有重要意义。本文首先提出了一种基于轴向塑性应变评估岩石裂纹闭合应力和损伤应力阈值的新模型。随后,通过比较提出方法与已有方法的估计结果,验证了本文提出方法的准确性。最后,讨论了弹性模量取值误差对应力阈值计算结果的影响。结果表明,提出方法计算结果与已有方法计算结果非常接近,说明提出方法可以准确识别岩石材料的裂纹闭合应力和损伤应力阈值。此外,本文提出方法能显著降低弹性参数取值对岩石应力阈值计算结果的影响,能够更客观地确定岩石材料的裂纹闭合应力和损伤应力阈值。基于以上结果,本文还提供了详细的计算流程图以消除弹性模量误差造成的影响。

相对损伤应力——Lemaitre等效损伤应力概念的修正及其在温度循环载荷下的应用

空洞损伤是受约束薄层韧性金属界面失效行为的重要特征.为评价不同温度下韧性金属的力学响应,对Lemaitre等效损伤应力概念进行了温度归一化修正,提出了相对损伤应力概念,并据此对软钎焊焊点在温度循环载荷下的热疲劳寿命数据进行了合理解释.

页岩起裂应力和裂纹损伤应力的试验及理论

为研究页岩在破坏过程中的起裂机制,对具有不同层理倾角的页岩岩样进行了不同围压下的常规三轴压缩实验,基于裂纹体积应变拐点和岩样体积应变拐点分别确定了页岩的起裂应力和裂纹损伤应力。试验结果表明,在相同围压下,层理倾角对页岩岩样的起裂应力大小影响很小,但对裂纹损伤应力的影响较大,这最终导致了页岩破坏模式和破坏强度对层理倾角的依赖性;当层理倾角相同时,随着围压增大,页岩起裂应力与峰值应力的比值变化逐渐增大,而裂纹损伤应力与峰值应力的比值变化很小,说明在层理倾角相同的条件下围压对页岩中裂纹的起裂有显著的影响,而对裂纹的非稳定扩展影响较小;基于断裂力学的压剪裂纹模型解释了页岩的起裂机制,并利用试验数据验证了该模型的合理性;利用该模型预测页岩中含有裂纹的平均长度约为0.985 mm,与现有文献中的结果较吻合;同时该模型的计算结果表明当页岩中的压剪裂纹长度超过3 mm时,裂纹长度对页岩起裂应力的影响不显著。

微电子组装件的等效损伤应力和寿命预估

在雷达电子设备中结构的动应力和热应力是影响设备可靠性及使用寿命的重要因素之一。本文介绍了结构动应力和热应力的基本特性和利用Miner曲线、Goodman曲线进行等效损伤应力分析及可靠性寿命预估的简便分析方法。

基于裂纹损伤应力及声发射数的卸载点判断

岩爆倾向性指数Wet是广泛应用于评价岩石岩爆倾向性的指标。但是,由于试验过程中卸载点难以判断,使得试验结果往往存在较大偏差。目前,通常认为裂纹损伤应力和声发射相对平静期对应的初始应力均接近岩石的峰值强度,可以作为卸载点。但是哪种方法的效果更优尚不明确。通过对花岗岩进行单轴加载试验,在试验时同时监测岩样的应力-应变关系曲线及声发射数,发现裂纹损伤应力与声发射相对平静期对应的初始应力相接近,且二者均接近岩石的峰值强度。因而在试验机无法自动显示和监测裂纹损伤应力时,可以通过声发射监测,将声发射相对平静期对应的初始应力作为卸载点。同时,由工程实例表明,将声发射相对平静期对应的初始应力作为卸载点,其按岩爆倾向指数Wet计算所得的岩爆倾向性结论与现场实际监测所得的结论相符。

应力损伤下玄武岩纤维混凝土内部孔隙结构及能量耗散试验研究

基于试验研究不同应力水平损伤作用下玄武岩纤维混凝土损伤度、孔隙结构及能量耗散规律,采用非金属超声波检测仪测量0σm、0.15σm、0.3σm、0.45σm、0.6σm五种不同应力水平损伤作用下试件纵波波速及损伤因子变化规律,利用核磁共振(NMR)试验方法研究不同应力水平损伤作用下试件T_(2)谱分布、孔径分布及孔隙率变化规律,并结合万能压力机对试件进行单轴压缩试验,分析其应力-应变曲线、峰值应力及能量耗散变化规律。结果表明:应力作用下,玄武岩纤维混凝土试件会发生损伤,试件高度随作用应力水平的增大而减小,纵波波速先小幅度增大后降低,低应力水平作用对试件整体性有增强效果,高应力水平作用对试件造成损伤,且应力越大,损伤程度越高;0.3σm应力水平作用下试件T_(2)图谱峰值最低,0.6σm应力水平作用下试件T2图谱峰值最高,试件孔隙率随应力水平的增大先减小后增加;试件内部孔隙主要以微孔、中孔形式存在,低应力水平作用下试件内部原生裂纹被压缩,试件内部中孔向微孔转化,总孔隙率降低,高应力水平作用时试件在应力作用下发生损伤变形,试件内部裂纹孔径增大,孔隙率增加;玄武岩纤维的掺入增加了混凝土的塑性变形能力,试件峰值应力随作用应力水平的增大而降低,且降幅显著增加;试件单位体积耗散能会随应力水平的增大而减小,机械损伤度S随应力水平的增大存在小幅度增加,应力损伤下试件弹性变形能力减小,能量耗散率增加。

初始应力损伤碳纤维高强混凝土动态力学性能研究

为探究初始应力损伤下碳纤维高强混凝土试件在冲击荷载作用下的力学性能变化规律,采用声波检测仪测量不同应力幅值(0σm、0.3σm、0.4σm、0.5σm、0.6σm、0.7σm,σm为试件的单轴抗压强度)损伤下碳纤维高强混凝土纵波波速及损伤因子,利用电液伺服压力机及分离式霍普金森压杆(SHPB)对损伤试件开展不同应变率下的单轴压缩试验,分析试件峰值应力、动态增强因子(DIF)、能量耗散与应变率及试件损伤程度间的关系。结果表明:循环荷载损伤下试件纵波波速降低,且损伤应力幅值越大,试件纵波波速降幅越大,损伤因子增幅增加,损伤因子与应力幅值间呈二次函数正相关;0.2 MPa气压下0.3σm、0.4σm、0.5σm、0.6σm、0.7σm损伤应力作用下试件峰值应力降幅分别为5.86%、16.45%、23.97%、36.10%、52.29%,降幅不断增大,损伤试件承载能力随之降低,且损伤应力幅值越大,试件损伤程度越高,峰值应力及DIF越小;动载作用下试件入射能、反射能、透射能及耗散能均随时间的增加而增大并最终趋于定值;随着损伤应力幅值的增大,试件反射能不断增大,透射能及耗散能逐渐减小,应力损伤作用会降低试件的能量耗散密度,且损伤应力幅值越大,试件吸能效果越低。

节理特性对花岗岩起裂应力和损伤应力影响规律颗粒流模拟

节理花岗岩起裂应力、损伤应力的研究对认识其渐进破坏过程和脆性破坏机制具有重要意义.利用细观颗粒流软件模拟了不同长度、倾角的单节理花岗岩单轴压缩试验,并通过监测微裂纹确定其起裂应力和损伤应力,研究了节理长度、倾角对起裂应力和损伤应力影响规律.结果表明：当节理方向与加载方向夹角α一定时,随节理长度L增加,起裂应力和损伤应力逐渐递减,其中α为30°-60°时,递减幅度最大;而当L一定时,随α增加,起裂应力、损伤应力先递减再递增,当α为90°时,起裂应力略有下降;当α为45°时,起裂应力最小,而当α为30°或45°时,损伤应力最小.单节理花岗岩起裂应力与峰值应力比值介于29.1%-45.04%,大部分大于完整花岗岩,而其损伤应力对节理长度、倾角变化的敏感度要大于峰值应力,其值介于72.84%-83.25%,大于完整花岗岩.节理花岗岩起裂应力和损伤应力大小与其破坏模式有关,当主破坏面裂纹起裂和扩展始于节理尖端而沿节理方向时,起裂应力和损伤应力最小.

孔隙率和损伤演化加速混凝土碳化的模拟

外荷载引起的混凝土损伤加速了混凝土的碳化进程,引入孔隙率和损伤变量修正了介质传输方程的扩散系数,发展了Papadakis的经典碳化模型,构建了特定外界环境下以孔隙率和损伤度为自变量的混凝土碳化模型。建立了可反映混凝土细观结构特征的随机骨料模型,基于有限元法模拟了CO_(2)在混凝土中的传输—反应过程,探究了外荷载和湿热环境共同作用下混凝土中介质浓度及孔隙率的变化规律、碳化发展和损伤演化过程。研究结果表明,外荷载的作用增加了混凝土的碳化深度及其非均匀性。研究成果揭示了荷载作用下混凝土的加速碳化机制,可为混凝土耐久性设计和寿命预测提供参考。

循环应力损伤对煤体冲击倾向性影响研究

目前对煤岩体动力学行为特征的研究仅考虑了温度、围压等原始地质作用影响,并未考虑煤炭开采过程中产生的循环应力作用对煤体动力学特性的影响;且对煤体动力学显现特征的判定是以煤体冲击倾向性指标为基本依据,而循环应力损伤作用对煤体冲击倾向性及其动力学特性的影响尚未进行深入研究。针对上述问题,对煤样开展了循环应力损伤试验,分析了恒上下限及变上限2种循环应力损伤条件下的煤体冲击倾向性变化特征。试验结果表明:①煤体经恒上下限循环应力作用及变上限循环应力作用后静态抗压强度分别降低了13.86%与16.00%,循环应力会对煤体力学强度产生劣化。②原始煤体剩余弹性能指数为27.34kJ·m^(-3),表示该煤体具有弱冲击倾向性,经过恒上下限循环应力损伤及变上限循环应力损伤后煤体剩余弹性能指数分别降低了约26.30%及36.14%,表明循环应力对煤体的冲击倾向性有显著的弱化作用。③随着煤体剩余弹性能指数的降低,煤体动态抗压强度与动态弹性模量均减小,而动态破坏变形不断增大,表明煤体冲击倾向性将直接影响其动力学特征,煤体冲击倾向性越大,其冲击动力学相关参数劣化程度越高。④随着煤体剩余弹性能指数不断降低,冲击后煤体破碎分形维数降低,表明循环应力使得煤体受冲击后崩解不充分,动力学响应减弱。

人体前臂应力损伤机制简化模型建立与分析

为了分析在爆炸冲击与侧向瞬时倾倒时,人体手臂机体内部的应力损伤效应,使用有限元建模方式,建立人体前臂应力损伤机制模型,通过在载荷面加载106 N/m^(2)的冲击力,来分析体前臂应力作用时的传导机制。通过建模计算得出,粘弹性组织(皮肤、脂肪、肌肉)受到应力冲击时,应力会转化成位移的方式将能量释放出来,组织应力张量基本为0。刚性组织(骨骼)受到外界施加的能量无法转化成位移消散,导致骨骼处大量能量蓄积,骨骼处的应力张量最大。结论:在应力冲击中,粘弹性组织可以将应力能量转化成位移来实现能量消散,而刚性组织无法实现,从而导致在应力冲击中,骨骼的损伤是非常明显的。

碎软煤层大直径钻孔围岩损伤演化及瓦斯运移规律模拟研究

针对碎软突出煤层瓦斯抽采效率低的问题,提出采用大直径钻孔抽采瓦斯以降低煤层瓦斯含量、预防瓦斯突出灾害。以瓦斯吸附运移、煤体变形和损伤的控制方程为基础,建立碎软含瓦斯煤层应力损伤—渗流耦合模型,反映瓦斯与煤层的耦合响应。利用COMSOL Multiphysics软件模拟研究碎软煤层大直径钻孔围岩损伤演化及瓦斯运移规律,分析钻孔附近损伤区域内瓦斯含量变化及不同钻孔间距的抽采达标情况,对大直径钻孔间距进行优化。研究结果表明:大直径钻孔周围煤体中出现了较大范围的损伤破坏区,其渗透率大幅度增高,使瓦斯能够快速从损伤区域的煤体内运移至抽采钻孔中,为碎软煤层瓦斯高效抽采创造了条件。确定钻孔间距6 m、孔径300 mm的大直径钻孔进行瓦斯预抽,煤层瓦斯含量小于6.2 m^(3)/t,满足抽采达标条件,同时可降低施工费用。

基于磁记忆的油气管道应力损伤检测方法研究

应力集中是油气管道损坏的关键因素,对管道安全构成重大威胁。对其进行有效检测,既可发现由应力集中引起的机械损伤亦可实现对管道早期损伤的预判。磁记忆检测技术作为一种应力检测方法得到了业界认可。从能量平衡角度出发,分别从宏观和微观的角度对应力作用下的铁磁体磁记忆信号特征进行分析,建立应力与材料磁化率及原子磁矩之间的理论关系模型。采用基于第一性原理的CASTEP软件对铁碳金属体系的磁记忆力磁耦合过程进行仿真。结果表明,铁磁体在外力作用下,体系能量将重新平衡并达到稳定状态,电子能带及态密度分布特征发生改变,导致材料磁性下降,原子磁矩及材料磁化率随应力增大呈线性减小的变化趋势。通过对含裂纹管道的磁记忆检测,验证了应力损伤磁记忆检测方法的理论分析正确性及工程应用有效性。

应力损伤对混凝土抗碳化性能的影响

应用超声波波速来定义混凝土的损伤度,采用混凝土快速碳化试验方法研究了基准混凝土及损伤度为0.05,0.12,0.19,0.27的应力损伤混凝土的抗碳化性能.结果表明:应力损伤混凝土的碳化规律与基准混凝土相似,其碳化深度随时间的变化亦符合指数形式;混凝土的碳化深度随损伤度的增加而增大.为定量分析应力损伤的影响程度,定义损伤影响因子KD来描述应力损伤对混凝土抗碳化性能的影响,KD与损伤度D呈线性关系.通过对混凝土碳化耐久性的分析发现,应力损伤对混凝土碳化寿命影响较大,当损伤度D达到0.27时,其碳化寿命仅为基准混凝土的0.39.

水工隧洞衬砌水压致裂过程的渗流–损伤–应力耦合分析

基于弹性损伤理论和线弹性断裂力学理论,建立水工隧洞衬砌水压致裂过程中的渗流–损伤–应力耦合模型。模型采用增量变弹性损伤刚度有限元迭代法,在内水荷载逐级施加的过程中考虑损伤对于渗流的影响,可以较好地模拟在水工隧洞充水加压过程中,混凝土衬砌在应力场和渗流场耦合情况下的损伤演化及裂纹的产生、扩展的过程。工程算例结果表明:计算结果较为合理地反映高内水压力下水工隧洞衬砌的开裂规律。当水压致裂过程采用耦合模型时,衬砌的损伤演化和开裂对衬砌渗流场的影响不可忽略;由于内水外渗的的影响,衬砌的受力条件在一定程度上得到改善。

纯弯曲梁的应力损伤失效分析和预测

本文提出了梁的弯曲应力损伤失效分析方法，推导了梁弯曲应力损伤基本方程，与Ｋａｃｈａｎｏｖ的材料受载横截面减少定义拉伸损伤变量类似，以梁的弯曲惯性矩减少定义弯曲损伤变量。并且弯曲损伤模型的材料常数可由Ｋａｃｈａｎｏｖ拉伸损伤模型的材料常数确定。并且对应力损伤材料提出了便于工程应用的失效预测方程。

新兵胫骨应力性损伤的高频超声与MRI观察

目的通过比较高频超声与MRI在新兵胫骨应力性损伤中的影像学特征,评价高频超声对应力性骨损伤的诊断价值。方法随机抽取炮兵某部两个新兵营各15名(共30名)集训新兵为研究对象,于开训前及集训各周分别应用高频超声及MRI监测胫骨应力性损伤情况,并进行对照研究。结果高频超声监测结果显示开训前与集训各周之间比较骨膜增厚程度有统计学意义(P<0.05),开训后各周之间骨膜厚度无统计学意义(P>0.05);MRI检查结果显示开训前MRI监测均呈阴性,开训后第1周胫骨应力性损伤的程度较轻,随着集训时间延长而逐渐加重,至第7周趋于稳定。结论MRI对应力性骨损伤的灵敏性高,可全面观察骨外膜、骨髓腔等的病理变化;高频超声检查应力性骨损伤虽难以显示骨髓腔内的病理变化,但对骨外膜的应力性损伤变化具有与MRI相似的高灵敏性。

电子设备的环境应力损伤模型

介绍了环境应力损伤模型的基本概念以及电子设备环境应力损伤模型的分类,重点研究在典型环境条件下电子设备的环境应力损伤模型,总结了加速试验和故障机理分析两种试验验证方法。

应力-损伤-渗流耦合模型及在深部煤层瓦斯卸压实践中的应用

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,引入煤体变形过程中应力、损伤与透气性演化的耦合作用方程,建立了含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合作用模型。应用该模型模拟分析了深部采动影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,认清了开采卸压瓦斯瞬态渗流的力学机制。模拟结果表明,采动影响使得处于其上部67m的煤层卸压,透气系数增大了2000多倍,卸压范围70m左右,同现场实际观测结果比较吻合。这对于进一步深入理解开采过程远程卸压瓦斯渗透性的演化、瓦斯抽放渗流的机制具有重要的理论和实践意义。

岩体开挖爆炸应力损伤范围研究

近年发展起来的爆破损伤模型虽能客观反映岩石爆破物理过程,但爆破损伤模型参数选取复杂,需要通过数值计算来确定爆破损伤范围,不便于工程操作。在工程实践中,通常采用萨氏安全判据和PPV安全判据等确定爆破损伤范围,但这些基本上都是半经验判据,在质点峰值振动速度选取上存在人为误差。在分析这些经验判据的基础上,根据爆炸应力波衰减规律,推导爆炸应力损伤范围计算公式,并将上覆岩体的原岩应力作用计入,只要知道岩体抗拉强度、泊松比就可方便预测爆破岩体损伤范围,使其更符合工程实际,并用工程实例计算说明其合理可行,且操作方便简单,具有重要推广价值。