川滇主要断裂带应力应变积累速率的三维有限元模拟:初步结果

川滇地区构造活动强烈,活动断裂众多,强震活动频繁.了解主要活动断裂的应力应变积累速率对于评估该区的长期地震危险性具有重要参考作用.本文新建立川滇地区及其主要活动断裂的三维黏弹性有限元模型,其中考虑了该区的岩石圈结构分层以及介质在水平和深度方向的不均匀性;采用1996—2018年的平均GPS水平速度场约束模型的侧边界,同时考虑川滇地块深部介质的拖曳力过程,模拟计算了构造加载作用下模型的动力学响应——区域变形特征和断裂的应力积累速率.模拟的位移场能很好拟合GPS观测的速度场,模拟的水平主应力方向在川滇块体和华南块体西缘与地震震源主应力方向相符,反映所建模型与模拟结果有较好的可信度.尝试将模拟的应力积累速率与基于GPS/GNSS观测的应变速率相结合,计算能反映区域地壳应变积累程度的弹性应变能密度分布;讨论了主要断裂带的背景应力、弹性应变能密度和库仑应力积累速率与M≥6.0地震发生的关系.结果显示除了模型边界附近的应力奇异地带外,川滇其余地区1996年以来M≥6.0地震大多数发生在模拟应力积累速率高或次高的断裂带(段),以及弹性应变能密度积累速率中偏高的断裂带(段).在模拟的背景应力速率高而且库仑应力增长快的龙门山断裂带南段和鲜水河断裂带最南段,分别在本文写作和定稿阶段发生2022年6月1日四川芦山M6.1地震和2022年9月5日四川泸定M6.8地震.认为研究区具有类似高或者次高的模拟应力和弹性应变能密度积累速率、但至今无强震发生和记录的断裂带(段),潜在的地震危险性需要关注.

RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化计算模型研究

为了方便活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)等效矩形应力图系数与塑性损伤因子的计算与取值,对RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子的计算模型进行了理论研究。通过对现有的计算方法进行无量纲化转化,推导了决定计算模型的四个原函数条件;对一个实际的应力-应变关系进行了计算,将得到的结果进行了分析;并对受弯矩形梁非极限状态下截面内力和力矩的推定计算进行了演示。针对应力-应变关系式含有非整次有理分式的情况提出了曲线拟合方法;研究了拟合次数、拟合区间和拟合函数类型对拟合精度与稳定性的影响。比较了4种典型的RPC本构模型在同种材料下的应力-应变曲线系数与损伤因子取值模型曲线,结果显示:拟合曲线得到的取值模型与其他原始曲线得到的取值模型在曲线上具有较高的相似度,证明了曲线拟合方法的准确可靠性;最后给出了一种RPC受压应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化取值模型。

再生微粉活性粉末混凝土单轴受压应力-应变曲线研究

为了进一步了解再生微粉活性粉末混凝土(RPC)的受压性能,通过试验分析并结合有限元模拟,研究了不同配比再生微粉RPC的单轴受压应力-应变曲线。利用有限元软件Ansys在细观层次上建立了随机分布钢纤维模型,建立的随机钢纤维模型能较好地反映实际情况。进而采用数值模拟的方法分析了钢纤维体积掺量对RPC受压应力-应变曲线的影响。研究结果表明,随着再生微粉对水泥替代率的增加,峰值应力减小,峰值应变和弹性模量略有降低但变化不显著。钢纤维的加入提高了再生微粉RPC的峰值应力、峰值应变和弹性模量,且随着钢纤维掺量增加,峰值应力增长,弹性模量有一定增长,峰值应变变化不明显。

基于有限元和DIC测试对FRP部分约束混凝土柱应变响应及数值模型研究

纤维增强聚合物(FRP)部分约束混凝土应用可以提高混凝土的承载力和经济价值。然而,FRP部分约束混凝土在垂直方向上不均匀应变响应还不够深入,应力-应变模型不够准确。本文通过应变片和数字图像相关(DIC)记录对FRP部分约束混凝土进行了轴向压缩试验,并利用ABAQUS有限元建立了包括0/1,1/4,1/3,1/2,2/3,3/4和1/1约束面积比的部分约束混凝土。试验结果表明:DIC和应变片结果分别反应了垂直和水平方向的应变规律,即试件在应变硬化或应变软化响应下均发生了明显的应变局部化;有限元结果能捕捉到试件表面约束力与x,y和z三轴的应变关系,得到了不同约束面积比的FRP部分约束混凝土柱的应力-应变关系,所提出的应力-应变模型能有较高的预测效果。

仿木材料抗拉强度与应力-应变曲线试验研究

仿木材料是以氯氧镁水泥为基体,植物纤维为增强体,并添加柠檬酸、酒石酸、六偏磷酸钠搅拌均匀后经高压静置固化成型的无机胶凝材料,为研究其抗拉强度和抗拉本构关系,制作了30个试件进行轴心受拉试验,共采集到22个试件的有效数据。结果表明:仿木材料的轴心抗拉强度为7.98 MPa,变异系数为0.121,抗拉弹性模量为3600 MPa,变异系数为0.089,轴心拉力作用下,材料达到峰值应力后应力迅速下降,试件脆性破坏;根据应力、应变测试结果,拟合得到了材料的轴心抗拉本构关系,可供材料非弹性应用时参考。

EPS轻质混凝土的应力-应变曲线试验研究

EPS(聚苯颗粒)混凝土是一种轻质、保温的新型墙体材料,通过对3组不同密度等级的EPS混凝土试样进行轴心受压试验,分析了其破坏形态、力学性能及应力-应变曲线。结果表明:EPS混凝土的破坏过程具有一定的韧性,随着密度等级的增加,混凝土刚度上升,抵抗弹性变形能力增加、脆性增强、破坏更加迅速。EPS混凝土的轴心受压应力-应变曲线分为上升段、下降段和斜直线段,在试验研究与理论分析的基础上,通过拟合相关系数,提出了应力-应变曲线函数表达式,拟合结果与试验曲线较吻合,为EPS混凝土后续相关研究提供了参考,具有重要意义。

箍筋约束高强混凝土柱应力应变曲线的非线性有限元分析

利用ANSYS模拟四根不同配箍率的高强混凝土轴压柱,分析了各柱的裂缝图和应力应变曲线。结果表明,随着配箍率的增加,柱的延性和承载力可以得到提高;较好的验证了文献中的箍筋作用机理。

沙漠砂再生骨料混凝土轴压应力-应变曲线研究

为研究沙漠砂对再生混凝土力学性能的影响,以再生骨料为粗骨料,分别采用0%、20%、40%和60%的沙漠砂取代普通河砂制备沙漠砂再生骨料混凝土圆柱体试件并开展轴心受压试验。采用试件表面粘贴应变片和外夹式LVDT位移传感器分别采集荷载峰前和峰后应变,消除试件开裂以及加载板间隙等因素对测量精度的影响,从而更准确地测得轴压应力-应变全曲线。研究结果表明:随着沙漠砂替代率的增加,沙漠砂再生骨料混凝土抗压强度、弹性模量和横向变形系数呈现先增大后降低的趋势,其中抗压强度和横向变形系数在沙漠砂掺量为20%时最大,弹性模量在沙漠砂掺量为40%时最大。沙漠砂再生骨料混凝土应力-应变全过程曲线的形状与普通混凝土相似,基于Carrerira D J模型和过镇海模型建立了沙漠砂再生骨料混凝土应力-应变本构方程,计算结果与试验结果吻合较好。

超高性能海水海砂混凝土单轴受压应力-应变关系

为研究超高性能海水海砂混凝土(Ultra-High Performance Seawater Sea-sand Concrete,UHPSSC)轴压应力-应变关系,探究钢纤维体积掺量对UHPSSC轴压力学性能和轴压应力-应变全曲线的影响,使用Instron 1346万能材料试验机测得UHPSSC应力-应变全曲线,借助Pycharm曲线拟合程序与已有混凝土应力-应变全曲线模型进行拟合与修正.结果表明:钢纤维掺量越高,轴压作用下UHPSSC的破坏程度越小,抗压强度和峰值应变也随之增加;已有模型拟合的UHPSSC应力-应变全曲线上升段与试验曲线比较相近,下降段后期差距较大;通过修正下降段形状参数,得到了更适用于描述UHPSSC应力-应变全曲线的修正模型,并验证该修正模型的适用范围.

热循环下铝/钢连续驱动摩擦焊接接头应力应变分析

利用ABAQUS有限元软件,建立了一个新的连续驱动摩擦焊接头热-力耦合过程的数值模型,分析了试验过程接头温度场、应力应变分布规律,通过与实际试验结果的对比,验证模型的准确性。得出如下结论:热循环过程中,冷却及低温保温过程是热应力最大的阶段;接头颈缩形貌和产生位置与试验结果吻合较好,颈缩位置与实际试验相对误差为6%,颈缩现象的本质是铝在自由膨胀收缩时应力超过强度极限产生的塑性变形。在拉伸断口观察到解理断裂圆环,其位置、宽度与模拟结果的应变集中区域吻合度高。该模型较准确的模拟了连续驱动摩擦焊接头的热-力耦合过程,为实际生产和工艺优化提供了有力支持。

玄武岩橡胶混凝土基本力学性能及受压应力-应变曲线

为探究橡胶颗粒及玄武岩纤维交互耦合后对混凝土力学性能的影响,本文以橡胶体积掺量、玄武岩纤维体积掺量、玄武岩纤维长度作为三个主要因素,通过抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度试验研究三个因素对玄武岩橡胶混凝土的影响。结果表明:橡胶掺量的增加会降低混凝土的力学性能,但会改善混凝土的变形能力并降低脆性,玄武岩纤维的掺入可以改善混凝土各项力学强度,但掺量过多时,除抗拉强度外,其余强度均下降。综合分析得出当橡胶体积掺量为10%,玄武岩纤维体积掺量为0.10%,玄武岩纤维长度为18 mm时混凝土各项力学性能最优。基于受压应力-应变全曲线分析,提出玄武岩橡胶混凝土的受压应力-应变本构模型,为玄武岩橡胶混凝土构件的非线性分析和工程设计提供参考。

橡胶-钢纤维混凝土的劈裂应力-应变曲线特征及破坏机理研究

为探究橡胶掺量及其粒径对橡胶-钢纤维混凝土(R-SFC)应力-应变曲线特征和破坏机理的影响,利用电液伺服万能试验机对R-SFC试件进行静载劈裂抗拉试验。结果表明:随着橡胶掺量的增加,R-SFC的应力-应变曲线均位于钢纤维混凝土(SFC)的上方,且峰后延/韧性显著地增加。随着橡胶粒径的增大,R-SFC的弹性段先减小后增大,且各粒径下峰后曲线近似平行。劈裂抗拉强度和峰值应变随橡胶掺量的增加均逐渐降低。在SFC中加入橡胶颗粒可以明显地改善其低应力劈裂脆性并提高其峰后变形能力。根据材料特性和破坏形态建立了橡胶和钢纤维协同作用的桥接模型,并基于该模型推导了协同作用的力学简化计算表达式。最后,结合纤维间距理论和断裂力学推导了劈裂抗拉强度式。

小山口水电站砂砾石面板坝三维静、动力有限元计算分析

鉴于小山口水电站为软岩基础,坝体较长,且混合坝接头部位非常复杂。为了解决该坝体面临的变形控制难、坝体抗震等级高等设计难题,结合砂砾石面板坝结构、坝壳料设计,通过构建三维有限元模型,该模型包括坝体、泥岩和沙质泥岩基础组成。在静力本构分析中,采用了非线性邓肯E-B模型,而在动力本构分析中,则使用了等效线性粘弹性模型。通过这个模型,对坝体的应力和变形进行了全面系统的研究和分析,同时对坝体的抗震性能和抗震稳定性进行了验证。结果表明,在各种工况下坝体所表现出的变形规律合理。同时在混凝土面板最大拉应力和压应力都符合所采用混凝土材料的允许应力要求,坝体的抗震性能和抗震稳定性满足规范要求。

盲孔法测量焊接残余应力应变释放系数的有限元分析

为探讨简单易行的盲孔法测量焊接残余应力应变释放系数A、B的标定方法 ,根据盲孔法测量残余应力时应变释放系数A、B试验标定原理和强度理论 ,建立三维有限元模型 ,分别对盲孔法测量 92 1A钢焊接残余应力应变释放系数进行有限元标定和孔边应力集中有限元塑性修正 ,并由此得出应变释放系数随孔深与孔径比值的关系式和应变释放系数随形状改变比能参量S变化的塑性修正公式 ;将有限元标定结果与试验标定结果、通孔应变释放系数理论解进行比较 ,结果表明 ,有限元标定结果与试验结果、通孔应变释放系数理论值有较好的一致性 ,经塑性修正 ,计算结果与试验测量结果的偏差大大减小 ,建立适当有限元模型 ,用有限元法标定释放系数和进行孔边塑性变形修正是可行的。

淬火过程应力/应变场有限元模拟关键技术研究

针对淬火过程应力/应变场的特点,给出了淬火过程弹性区、塑性区的应力应变关系。根据淬火过程热物性参数及组织转变的特点,给出了处于弹性区和塑性区的单元应变增量表达式,及热应变、相变应变、相变塑性等初应变的计算方法。给出了热弹塑性问题有限元变分方程、变分方程右端列向量的计算方法及适用于淬火过程的迭代收敛准则。编写了淬火过程有限元模拟程序,并用该程序模拟了圆柱试样的淬火过程,将模拟所得结果与实验结果相比较可以看出,模拟结果与实验结果吻合较好。

随机加载下缺口局部应力应变的弹塑性有限元计算

根据材料在塑性变形后引起的各向异性和Bauschinger效应 ,利用Jhansale模型原理 ,对缺口件在随机加载下的缺口根部的局部应力和应变进行弹塑性有限元分析。有限元分析采用了随动强化模型 ,并考虑材料瞬态局部应力应变的响应特性。最后 。

高温主蒸汽管线应力应变的有限元分析及其优化

高温主蒸汽管线在长期的服役过程中,由于外载、热膨胀及蠕变的作用,容易产生大变形,从而导致服役管线的应力状态与设计状态不同。该文采用有限元分析软件 ABAQUS对某电厂高温服役的主蒸汽管线进行了应力应变分析,综合考虑了外载、热膨胀和蠕变对管线变形的影响, 得到管线服役时的应力状态和Y方向的位移分布图,并找出了导致该主蒸汽管线产生较大变形的原因。在此基础上,对该管线进行优化设计计算,计算结果表明优化设计后的管线变形得到较好的改善。

局部应力应变Neuber法与有限元求法的比较

文中分别利用Neuber法和有限元法求解典型孔板的局部应力应变历程,并进行了对比,阐明有限元法用于疲劳寿命局部应力应变估算的有效性。

带横向内筋锥形件旋压应力应变场的有限元分析

分析带横向内筋锥形件旋压的应力应变规律,是研究带横向内筋锥形件旋压的成形机理的基础和前提。文章基于有限元模拟软件ABAQUS建立了带横向内筋锥形件强力旋压的三维有限元模型,进而采用该模型研究获得了典型的带横向内筋锥形件旋压过程中应力场和应变场的分布特征。分析结果可为相关工艺参数的确定提供参考依据。

大圆坯连铸带液芯矫直过程的应力、应变有限元模拟

应用Marc有限元软件对圆坯连铸的连续矫直变形过程进行模拟。以马鞍山钢铁公司大圆坯连铸机为原型,考虑铸坯与辊子的接触状态,建立了圆坯矫直变形模型;模拟分析了大圆坯连铸带液芯矫直过程中坯壳的应力、应变,得到了铸坯在矫直过程中的变形规律,可为铸机矫直工艺及设备设计提供参考依据,从而进一步优化铸坯的矫直变形,以提高圆坯的内部质量和表面质量。