单轴压缩湿土样最大剪切应变场数字图像相关方法结果的统计分析

研究了单轴压缩湿土样沿剪切带方向的最大剪切应变的均值和标准差以及剪切局部化区域尺寸的演变规律。为了深入揭示土样剪切带萌生的过程,根据纵向应变较高时清晰剪切带所处位置在土样上布置测线,对由数字图像相关方法获得的结果进行双三次样条插值,从而获得测线上光滑性较好的最大剪切应变分布。研究发现,随着纵向应变的增加,沿剪切带方向的最大剪切应变由低值多峰向高值少峰转变。测线上最大剪切应变发生突增的点、局部高值点及低值点均有可能发展成为主峰。测线上最大剪切应变的均值和标准差随纵向应变的演变规律在总体上均呈上凹形,但当纵向应变较低时,二者均呈线性。以上述两种统计量线性规律丧失所对应的平均最大剪切应变作为剪切带萌生的条件。随着纵向应变的增加,土样中发生剪切局部化的区域越来越大。欲达到相同的剪切局部化区域尺寸,含水率高的土样所要求的纵向应变较高。当纵向应变较高时,含水率高的土样的剪切局部化区域尺寸比含水率低的土样要大,这与其塑性变形阶段较长有关。

楔横轧42CrMo/Q235复合材料层合轴界面最大剪切应变的影响因素分析

对楔横轧42Cr Mo/Q235层合轴进行轧制实验和有限元分析,研究成形角、展宽角、断面收缩率、轧制温度对界面最大剪切应变的影响规律.结果表明:成形角、轧制温度对最大剪切应变影响不大,断面收缩率、展宽角对最大剪切应变影响较大;展宽角越大,界面两侧最大剪切应变差值越大;断面收缩率越大,界面两侧最大剪切应变差值越小.同时,在最大剪切应变变化不大的情况下,仍然有界面的结合与分离,因此,界面是否结合仅考虑最大剪应变是不充分的,还需综合考虑其他指标的影响.研究结果对楔横轧层合模具设计和揭示界面结合机制奠定了基础.

基于数字图像相关方法的等应变率下不同含水率砂样剪切带观测

在压缩位移控制加载条件下（加载速率为5 mm/min）,针对不同含水率（12.7%~16.5%）砂样,利用自主开发的基于粒子群优化的数字图像相关方法,开展了最大剪切应变场的观测研究,获取了子区尺寸对砂样不同位置最大剪切应变的影响规律。研究发现,随着砂样含水率的增加,变形更加均匀,最大剪切应变高值区分布变得宽广,反映了剪切带的数目增加,微裂纹出现之前的最大剪切应变提高;随着纵向应变的增加,在应变高值区,最大剪切应变以非线性方式迅速增加,但在应变低值区,一般以线性方式增加。当剪切带出现以后,特别是在变形后期,子区尺寸对最大剪切应变有明显的影响。最大剪切应变随子区尺寸变化的演变规律与子区所处位置密切相关。

基于数字图像相关方法的单轴压缩煤样应变局部化过程试验

为了进一步揭示煤样的应变局部化过程,利用数码相机记录单轴压缩煤样一个观测表面的散斑场,采用数字图像相关方法计算应变场,根据清晰应变局部化带位置布置相互垂直的测线,获得了最大剪切应变的变异系数与纵向应力的依赖关系。研究发现:(1)子区尺寸及测点间距不会对最大剪切应变的变异系数-纵向应变曲线的发展趋势产生影响;(2)应变局部化带法向的最大剪切应变分布左右并非严格对称,应变局部化带切向的最大剪切应变分布并非均匀,前者应与煤的非均质性有关,后者反映了应变局部化带的传播;(3)随着纵向应变的增加,应变局部化带宽度有变窄的趋势,应变局部化带法向的最大剪切应变剖面有变陡峭的趋势;(4)只有应变局部化带经历由模糊到清晰的过程才能引起最大剪切应变的变异系数的突增,此时,应变局部化出现时的纵向应力与单轴抗压强度之比为0.56。

位移控制加载、内压及侧压作用下平面应变含孔洞土样应变场观测

利用研制的平面应变模型加载及观测系统,研究了位移控制加载条件下含孔洞土样的破坏过程。孔洞内压及侧压由气囊施加。利用数字图像相关方法,获得应变场。通过布置测线的方式,研究了剪切带内外最大剪切应变及主应变轴偏转角的分布及演变规律。得到了下列结果。随着纵向应变的增加,含孔洞土样的最大剪切应变的分布经历由均匀变形向局部化变形的转化过程。对于剪切带外的测点,随着远离孔洞表面,最大剪切应变有增加的趋势,这与剪切带内损伤导致带外弹性应变降低(卸荷)有关。在孔洞表面附近,最大剪切应变变化复杂,这与应变弹性成分的下降与塑性成分的增加的博弈有关。对于剪切带尖端的测点,其和前后测点相比,水平线应变发生突增(剧烈膨胀),垂直线应变的值发生突降(挤压程度剧烈降低),剪切应变的值发生突增(剪切变形剧烈增加),由此导致主应变轴偏转角的值发生突增,达到30°。当纵向应变相同时,侧压或内压的增加对含孔洞土样的纵向应力有增强作用。

基于光滑粒子流体动力学方法的土坡滑面确定与分析

在边坡稳定性分析研究中,滑面的确定对分析结果起着决定性和控制性的作用.土坡滑面的确定目前主要以极限平衡法的假定滑面和有限元强度折减法塑性区分析为主.本文以土坡从小变形到大变形连续求解整个变形过程的视角出发,利用光滑粒子流体动力学(SPH)方法在处理土体大变形问题的优势,基于土体的理想弹塑性本构模型,按照强度折减法理论逐步折减土坡土体强度参数依次进行计算.在土体滑动发生的过程中,在全局搜索区域中划分单次搜索区间,根据单次搜索区间的最大剪切应变率原则选取最大剪切应变率粒子,多组最大剪切应变率粒子贯通即确定了滑面位置与形态.在此基础上初步分析土坡稳定性与土坡形变间的关系.基于SPH方法与最大剪切应变率原则的土坡滑面确定方法为土坡滑面确定分析提供了一种新的、有效的方式.

单轴压缩土样剪切带内、外主应变轴偏转角统计分析

根据单轴压缩低液限黏土试样纵向应变较高时清晰剪切带内最大剪切应变(由数字图像相关方法获得)高值点位置布置曲折测线,并在曲折测线两侧布置平直测线,对测线上主应变轴偏转角和最大剪切应变进行了统计分析.研究发现,随着纵向应变的增加,对于根据左旋剪切带布置的曲折测线,主应变轴偏转角正值(逆时针偏转)所占比例呈增加趋势或保持不变,对于根据右旋剪切带布置的曲折测线,主应变轴偏转角正值所占比例呈减小趋势;对于根据左旋剪切带布置的平直测线,主应变轴偏转角正值所占比例呈减小趋势,对于根据右旋剪切带布置的平直测线,主应变轴偏转角正值所占比例呈增加趋势;当微裂纹刚出现时,右旋剪切带内主应变轴偏转角以负值(顺时针偏转)为主,而左旋剪切带内主应变轴偏转角以正值为主,剪切带两侧附近大部分区域主应变轴偏转方向与剪切带内的相反;剪切带内主应变轴偏转角的高峰和低谷通常与最大剪切应变的高峰或低谷对应或相邻;当较清晰剪切带出现后,剪切带外主应变轴正在偏转方向与剪切带内主应变轴偏转总量方向通常相反.

单轴压缩煤样三种应变的变异系数的统计分析

开展了相同加载速度条件下单轴压缩煤样最大剪切应变、最小主应变和最大主应变的变异系数随纵向应变和纵向应力的演变规律.利用基于粒子群优化算法及牛顿-拉菲逊迭代方法获得煤样表面测点的位移,利用中心差分方法获得应变.研究发现,在煤样应变局部化启动(单轴抗压强度的56%)瞬时,最大剪切应变和最大主应变的变异系数发生了突增(分别为0.16~0.32和0.12~0.53);在煤样应变局部化启动至应力峰之间,两种变异系数总体上先不断提升,当应力峰被达到之时,其已从高值回落.与应力的演变规律和最大剪切应变以及最大主应变的时空分布规律相比,在识别煤样应变局部化启动和破坏前兆方面,最大剪切应变和最大主应变的变异系数有明显的优势,最大剪切应变的变异系数更具优势,最小主应变的变异系数不具优势.