基于三轴压缩试验的破裂岩损伤演化方程的建立

分析了基于三轴试验的弹塑性损伤演化方程建立的方法 ,验证了采用该方法的合理性 ,并依此提出了鲁中冶金矿山公司小官庄铁矿两类破裂岩的弹塑性损伤演化方程 ,该方程参数少、物理意义明确 ,对该类围岩巷道进行数值计算分析具有重要意义。

轴对称构件疲劳损伤演化方程与寿命预估方法的改进

以热力学为基础,引入损伤驱动力构建分式形式的损伤演化方程。进一步针对轴对称问题,引入等效应变和等效应力。根据损伤力学守恒积分原理,得到有损伤情况下和无损伤情况下应力应变与伤度的关系。利用分离变量方法再对损伤演化方程积分,得到棒试件在恒幅应变交变载荷作用下的应力与寿命关系的级数表达式。损伤演化方程中的材质参数由KT=1与KT=3的标准轴对称试件中值疲劳试验数据确定。损伤演化方程与寿命预估方法的正确性由KT=5的疲劳试验结果验证。利用级数解法对扩口管路连接件进行了寿命预估,提供了一种用损伤力学方法来描述构件的疲劳寿命可行的方法。

压剪耦合损伤演化方程在混凝土本构模型中的应用

将等效微孔洞体系的概念与有核长大模型的思想相结合,根据有关物理关系通过严格的数学推导,提出了一种脆性材料的压剪耦合损伤演化方程.将该演化方程应用于混凝土脆弹性损伤软化本构模型之中,通过对混凝土一维应力条件下的实验应力应变曲线的优化数值模拟确定了损伤演化方程中的材料参数.研究结果表明,应用含损伤的本构关系和该压剪耦合损伤演化方程能得到损伤随时间变化的曲线,该曲线与采用CT技术观测的混凝土内部微孔洞扩展图像和结果有较好的一致性.所提出的损伤演化方程揭示了脆性材料压剪耦合损伤发展的宏细观机制,为更好地分析计算混凝土的高速贯穿等问题奠定了基础.

45^#钢的损伤演化方程和层裂准则研究

通过唯象分析和细观物理统计相结合的方法建立了一种韧性材料的损伤演化方程。在试验结果和内变量理论的基础上得到了45#钢的含损伤热—粘塑性本构关系。用有限差分方法计算了45#钢平板撞击所产生的应力波传播规律、损伤演化规律及层裂进程。通过自由面速度历史的数值模拟,并基于计算结果与试验结果间的最佳一致性,得到了损伤演化方程中的材料参数和极限损伤数值,并以此为依据建立了材料的应力率层裂准则。

金属损伤演化方程和层裂准则的确定(英文)

文中由唯象分析和细观统计相结合的方法给出了一种新的损伤演化方程.对两种金属,在试验结果和内变量理论的基础上得到了计及损伤的热-粘塑性本构关系.用有限差分数值计算研究了应力波传播规律、损伤发展及层裂.通过自由面速度历史的数值模拟,并基于计算结果与试验结果间的最佳一致性,得到了损伤演化方程和层裂准则中的材料参数.

弹性损伤材料的应力-应变关系与损伤演化方程

经典连续损伤理论中，通常是由有效应力概念和应变等效假设来建立损伤材料的本构方程。已经发现有效应力概念与应变等效假设存在较大缺陷，基于应变等效假设的损伤本构方程不能正确反映实际材料的损伤行为。为克服经典连续损伤理论存在的缺陷，在严格的不可逆热力学理论基础上，提出了建立损伤本构方程的本构泛函展开法，推导出弹性各向同性损伤材料本构方程的一般形式。研究表明，弹性各向同性损伤可由定义在细观尺度下的一个标量损伤变量来描述，在小应变情况下材料的本构方程中有两个独立的“损伤效应函数”，来表征损伤对材料宏观力学性能的影响。损伤效应函数的具体形式可由细观力学解答确定，从而使连续损伤力学与细观损伤力学有机结合在一起。在广义标准材料理论框架下，利用本构泛函展开法，推导出弹性各向同性损伤演化方程的一般形式。

一种损伤演化方程的建立和几种层裂准则的推导

通过唯象分析和细观统计相结合的方法建立了一种韧性材料的损伤演化方程,从物理上对方程中的参数进行了合理的解释,并以此为依据推导了材料的便于工程应用的几种层裂准则,根据准则总结了一些有意义的层裂规律;通过层裂实验和数值模拟相结合的方法来确定材料参数,计算结果与实验结果较好的一致性验证了所建的损伤演化方程和推导的层裂准则是合理的,决定材料参数的方法是有效的。

高温高应变率下混凝土材料的损伤演化方程

采用∅74 mm大口径分离式霍普金森压杆(SHPB)对不同温度(20、200、400℃)下的C45混凝土材料进行动态力学性能实验,得到了不同温度、不同应变率下混凝土材料的应力-应变曲线。实验结果表明:在20~400℃温度范围内,混凝土材料具有温度硬化和应变率硬化现象。基于上述实验数据给出了损伤变量关于塑性应变的关系式,并通过相关实验数据确定了不同温度、不同应变率下损伤演化方程的材料参数。将该损伤演化方程应用于混凝土材料的本构关系中,预测结果与实验数据具有较好的一致性,证明了所提出的高温、高应变率下混凝土材料损伤演化方程的合理性。

损伤演化方程的工程简化模型初探

建议采用一个损伤演化方程的工程简化模型,该模型与前人实验结果基本相符。按该模型,数学上的转折点与物理上的失稳点有对应关系。该模型还有四个方面的意义:①与Lemaitre小损伤理论相符;②可方便地解释损伤局部化现象;③可方便地导出疲劳裂纹萌生寿命的线性累积损伤准则;④可初步解决临界损伤值Dc等于1还是小于1的争论。该模型可望作为一种精度要求不高的工程简化模型来应用。

一种多轴高周疲劳损伤演化方程的封闭解

损伤力学法应用于疲劳损伤分析被公认为非常有前途的研究方法,该方法以连续介质力学和热力学为理论框架推演损伤演化方程,具有确定的物理和力学意义。考虑多轴非比例附加强化效应的损伤演化方程并结合损伤度历程追踪标定累加计算方法,导出计及附加强化效应的多轴高周疲劳损伤演化方程的封闭解答,应用该解答给出伤演方程中的材料参数识别方法。以航空工业常用金属材料强化铝合金LY12CZ的多轴高周疲劳试验数据为算例,验证该封闭解的正确性和材料参数识别方法的可行性。

钢纤维混凝土劈拉损伤演化方程的研究

在Moelands-Reinhardt指数型本构模型的基础上,利用等效应变假设,得出钢纤维混凝土损伤演化方程。为消除损伤演化方程中单元特征长度参数的网格相关性,同时体现抗拉强度、断裂能对损伤演化方程的影响,进一步提出修正的钢纤维混凝土损伤演化方程。修正的损伤演化方程可综合反映钢纤维体积率和长径比对劈拉损伤演化的影响。通过对比劈拉试验轴向位移-轴向力曲线与由损伤演化方程控制的轴向位移-轴向力理论曲线,证明钢纤维混凝土损伤演化方程可基本体现其劈拉损伤演化的规律。

三维复合岩层损伤本构关系与演化方程

根据岩石微结构模型及应力应变发展规律，运用统计学与损伤理论，建立了三维复合岩层的损伤演化方程及损伤本构关系。实验结果表明，二者吻合良好。这对正确描述复合岩层损伤破坏过程，深入研究层状岩体的稳定性具有实际意义。

抗收缩ECC单轴拉压力学性能及损伤本构模型

工程水泥基复合材料(ECC)是一种新型纤维增强材料,具有良好的延性和微裂缝控制能力。因ECC不含粗骨料,在成型初期易出现收缩裂缝,通过加入膨胀剂可有效抑制其成型收缩。本文通过加入高性能硫铝酸钙(HCSA)膨胀剂制备抗收缩ECC,研究了HCSA对ECC拉、压力学性能的影响。结果表明:当HCSA掺量为4%(质量分数)时,可提高ECC单轴抗拉和抗压强度。为了描述ECC的力学性能,从有效应力角度,基于损伤变量模拟ECC的单轴拉、压力学行为,提出了ECC受拉损伤演化方程,建立了ECC单轴损伤本构模型并植入ABAQUS有限元程序,对试验进行了模拟分析。结果表明:所提出的ECC单轴损伤本构模型能够较好地描述ECC在单轴受拉和受压过程的力学行为和损伤演化过程,其参数简单,易于标定。

高渗压条件下压剪岩石裂纹断裂损伤演化机制研究

探讨了高渗透压作用下压剪岩石裂纹的起裂规律及分支裂纹尖端应力强度因子的演变规律,建立了高渗压下裂隙岩体发生拉剪破坏的临界水压力值和初裂强度判据,分析了不同渗压作用下裂纹的扩展情况表明,渗透压的存在加剧了分支裂纹的扩展,高渗透压作用下分支裂纹扩展由稳定扩展变成不稳定扩展,并导致分支裂纹尖端岩桥剪切破坏,同时考虑分支裂纹的相互作用,建立了高渗透压作用下压剪岩石裂纹体岩桥剪切贯通的断裂破坏力学模型,最后依据裂隙岩体的损伤力学效应研究了岩体的初始损伤及损伤演化柔度张量,提出了高渗压下压剪岩石裂纹渐进破坏的损伤演化方程。该理论为定量研究高渗压下裂隙岩体的失稳破坏提供了理论依据。

单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究

利用作者已研制成功的ＣＴ机专用三轴加载试验设备，完成了单轴压缩荷载作用下岩石损伤ＣＴ实时细观试 验。给出了ＣＴ图像中裂纹宽度的估算方法，确定了应力损伤门槛值，对ＣＴ试验结果进行了定量分析，得到了单轴 压缩岩石损伤演化的初步规律。基于ＣＴ试验结果，对岩石应力－应变全过程曲线进行了分段，从工程应用出发，给出 了峰前分段岩石损伤演化方程及本构关系。理论分析结果与试验结果较吻合。

冻融环境下煤矸石混凝土损伤演化规律研究

为研究煤矸石混凝土的抗冻性能,试验按照0%、20%、40%、60%的煤矸石取代率制备混凝土,探索研究不同取代率的煤矸石混凝土在冻融环境下的表观形貌、质量、相对动弹性模量和抗压强度的变化规律;并根据煤矸石混凝土在不同冻融循环作用下的动弹性模量的变化,建立煤矸石混凝土的损伤演化方程.研究结果表明:煤矸石取代率为0%、20%、40%和60%的混凝土,分别在冻融循环300次、65次、55次和25次破坏.随着煤矸石取代率的增加,混凝土的抗冻性能明显降低;煤矸石混凝土的损伤演化方程与试验数据符合较好,可以为冻融环境下煤矸石混凝土的耐久性设计提供理论依据.

基于能量方法的结构性土体损伤演化规律研究

结构性土体的力学特性具有明显的损伤破损效应。根据岩土材料复合体损伤理论,结构性土体可看作是由结构相和损伤相各占一定比例的复合材料。结构性土体的损伤过程本质上是土体中结构相的变形能向相变损伤耗散能转化,相变损伤耗散能促使结构相退变为损伤相的损伤发展过程。从任意方向截面上看,结构相表面损伤后即变为损伤相的表面。基于此认识,把结构性土体的损伤变量与结构相、损伤相所占的截面面积联系起来,从而与经典连续介质损伤力学中关于损伤变量的定义一致。将土体结构的损伤引起的外力多做的那部分功定义为相变损伤耗散能,并将此引入到土体的能量平衡方程中。通过对结构性土代表体元的能量分析,推导了基于结构损伤耗能条件下的损伤演化方程,给出了模型参数的确定方法。最后将试验结果和本文方法的结果进行对比,表明本文方法能较好反映土体损伤演化规律。

基于损伤指数的框架结构损伤演化研究

采用改进的损伤指数模型,定量地描述了框架结构在地震作用下的倒塌破坏过程,应用所编制的M atlab语言程序,计算了框架结构构件及结构损伤指数。拟合了梁、柱及结构整体的损伤演化方程,研究了框架结构倒塌破坏的损伤演化规律。提出了以层数和时间为变量的梁和柱的双变量损伤演化方程。通过损伤指数的最佳拟合方程可见,结构整体损伤演化规律与柱子的损伤演化规律相同,均符合指数函数形式发展规律,符合"强柱弱梁"的设计原则。

陶瓷的平板撞击拉伸损伤演化表征研究

为了更合理地描述陶瓷材料的拉伸型损伤,以材料存在初始缺陷的事实为基础,将含有众多不规则的微裂纹(或孔洞)的实际损伤体近似为一种"等效微孔洞体系",提出了一种陶瓷材料的有核长大拉伸型损伤演化方程;通过数值计算模拟陶瓷在平板撞击层裂实验时的自由面速度-时程曲线,优选得出了其拉伸损伤参数。差分计算结果与实验结果吻合较好,且优于商业软件Ls-dyna证实了该文提出的陶瓷材料拉伸型损伤演化方程是合理的和实用的。

盐冻循环作用下煤矸石混凝土损伤演化规律

为探究盐冻循环作用下路用煤矸石混凝土材料的剥蚀损伤演化规律,采用质量分数为3.5%的NaCl溶液为冻融介质进行盐冻循环试验,分析煤矸石体积取代率(0、20%、40%、60%)和盐冻循环次数对煤矸石混凝土的宏观表象、表面剥落量、剥蚀深度、抗压强度的影响,并以抗压强度为基准,建立了煤矸石混凝土盐冻剥蚀损伤演化方程。结果表明:在盐冻循环作用下,煤矸石混凝土破坏的主要形式是表面剥蚀,随着煤矸石取代率的增加,煤矸石混凝土在盐冻循环作用下的表面剥落量增多,剥蚀程度加重,抗压强度降低显著,但当煤矸石取代率在合理范围内,煤矸石混凝土的抗盐冻性能可以满足要求;所建立的煤矸石混凝土盐冻剥蚀损伤演化方程与试验数据符合较好,精度较高。本研究对推进煤矸石在道路工程中的应用具有重要意义。