真实破裂过程分析软件与多物理场耦合软件结构力学模块对比研究

简要介绍了真实破裂过程分析软件系统(RFPA)和多物理场耦合数值模拟软件系统(COMSOL Mul-tiphysics),并分别运用这两个软件系统对受拉应力作用下带孔平板试件和共心圆轴试件在热应力作用下的受力变形特征进行了数值模拟对比分析,指出真实破裂过程分析软件系统的特色在于对材料破坏过程的分析处理,而多物理场耦合数值模拟软件系统的特色在于对于复杂多场耦合问题的求解,将这两种软件系统各自的特色特点结合起来应用于材料破坏过程中的多场耦合问题分析是以后应当努力发展的方向.

FRP片材与砼粘结界面剥离破坏过程的数值分析

针对FRP-砼界面粘结性能和抗拉裂能力问题进行了研究.基于FRP与砼界面面内剪切试验的结果,采用材料真实破裂过程分析〔RFPA〕系统,对FRP-砼界面粘结性能进行了数值试验.为了真实地模拟砼材料的力学性能,该数值模型考虑了由颗粒、砂浆和界面三相组成的复杂砼结构、FRP单元和砼单元直接连接等问题.结果表明,通过砼单元的破坏来模拟FRP和砼界面的宏观剥离破坏过程,其数值试验结果再现了FRP-砼界面的剥离破坏全过程.

页岩数字岩心重构与水力压裂数值试验

为了实现对深部页岩油储层水力裂缝扩展规律的精细研究,以吉木萨尔凹陷芦草沟组陆相页岩油储层下甜点主要油层段为研究对象,对3684.62~3705.70 m深度范围内的20组页岩样品进行扫描并构建数字岩心,开展水力压裂数值试验.试验获得了各模型的破裂压力和水力裂缝扩展路径.结果表明:破裂压力随孔隙度的增加而降低,随着脆性矿物体积分数的增加而增加,和石英体积分数呈现较明显的线性关系.水力裂缝在孔隙位置起裂,连通独立的孔隙区域并沿着贯通的孔隙区域继续扩展.在远离孔隙区域时,水力裂缝主要沿垂直于最小主应力方向延伸.水力裂缝的复杂程度均随石英体积分数和孔隙度的增加而增加,但也会受到矿物分布形态的影响.当石英体积分数或孔隙度较高且呈现大面积连通分布时,水力裂缝的扩展受到抑制,水力压裂的增渗改造效果较弱.

卸载岩爆过程数值试验研究

为探讨岩石试样卸载岩爆的发生机制,采用岩石破裂过程分析软件(RFPA2D)再现岩石试件卸载发生失稳破坏的过程。根据花岗岩的基本力学参数,首先对方形岩石试样进行单轴加载破坏的二维数值试验,然后在双向载荷条件下进行了基于同等试样的围压卸载试验模拟。数值试验结果表明:(1)单轴加载试验与卸载失稳试验的岩石破坏机制和破坏模式存在很大差异。(2)单轴加载试验的破坏过程以渐进式的微破裂发展为主,且微破裂主要集中在局部破裂面上;在发生主破裂之前,有许多微破裂前兆声发射现象出现,是典型的渐进破裂诱发失稳的岩爆模式。(3)双轴加载时的围压卸载试验中岩样卸荷破坏时脆性特征更加明显,主要以突然、高密度的能量释放为主;同时表现出沿卸荷方向强烈扩容破坏特征,破坏模式则以大面积剪切破坏与局部拉裂破坏为特征的组合破坏模式;与单轴加载的情况相反,在主破裂发生前,几乎没有任何微破裂前兆,是典型的瞬时岩爆的破坏模式。

AZ31镁合金管材挤压过程的数值模拟

采用Gleeble1500热模拟机对于不同温度和变形速率下的AZ31镁合金的变形性能进行了研究。通过实验得到真实应力的关系式及真实应变关系式,进而得到真实应力-应变曲线。以此为基础,采用DEFORM3D软件,对不同壁厚管材的成形的过程进行模拟,发现在挤压时,管材内壁的金属比外壁的金属流动快,挤压筒与圆锥面过渡处的等效应变值最大等现象,分析了产生的原因,并通过工艺试验验证了模拟分析的正确性。

基于Simulink的履带车辆离合器动态仿真实现

以系统仿真软件MATLAB中的Simulink软件包为工具,通过对摩擦离合器工作过程特点的分析,在合理假设的基础上,建立了离合器工作过程中的动态仿真模型.得到的仿真结果对于离合器的实际测试及其故障检测分析有一定的参考作用.

不同切端全瓷贴面的破坏力学分析

目的应用真实破裂过程分析(RFPA)软件分析不同切端瓷贴面的破坏过程。方法使用RFPA软件在模拟的上颌中切牙矢状面解剖外形上,根据临床常用的4种牙体预备外型:I型、L型、U型和贴面冠型,建立全瓷贴面模型12种,分析比较不同设计的瓷贴面复合体的破损过程。结果不同切端类型的瓷贴面在对刃加载条件下,破损出现的位置均在粘接剂层。I型和L型最先出现粘接剂破损的位置在切端贴面与牙体交界区,U型和贴面冠型则在舌侧贴面与牙体交界区或颈缘。I型、U型和贴面冠型所承受的最大负荷间无明显差异,L型承受的最大对刃负荷明显小于其他3种设计。结论提高贴面复合体强度的最直接方法就是选择高强度的粘接剂,L型贴面复合体的抵抗对刃负荷能力较差。

上颌中切牙不同厚度Empress瓷贴面的破坏力学分析

目的:研究不同厚度瓷贴面的破坏过程,探讨提高贴面复合体强度的方法。方法:经软件建模工具生成上颌中切牙矢状面解剖外形。选用临床常用的4种设计外型:开窗型、对接型、包饶型和贴面冠型,结合3种贴面厚度0.5mm,1.0mm和1.5mm,建立12种模型。应用RFPA系统软件处理程序对模型进行处理。比较不同厚度的瓷贴面复合体在负荷下破损开始出现的位置和破损时负荷的大小。结果:实验结果显示,不同厚度的瓷贴面在对刃牙合加载条件下,贴面复合体破损出现的位置都在粘接剂层。方差分析结果表明不同厚度的贴面所承受的最大负荷有明显差异。唇面预备1.0mm-1.5mm间差异无统计学意义,而这两种设计与唇面预备0.5mm均有明显差异。唇面预备0.5mm的贴面承受的最大对刃牙合负荷明显大于其它两种设计。结论:提高贴面复合体强度的最直接方法就是选择高强度的粘结剂,瓷贴面牙体预备应尽量控制在釉质层内。

构造节理对隧道岩爆模式的影响研究

在构造应力的作用下,岩体内部节理普遍发育,而节理对深埋隧道岩爆的发生具有重要的影响。为研究节理分布与岩爆破坏的关系,本文以草果山隧道为依托,基于现场岩爆与构造节理的分布规律,通过声发射数据分析裂隙分布特征及演化过程,并采用岩石破裂过程分析软件(RFPA)进行研究。结果表明:节理的走向与隧道轴线平行较垂直更易引发岩爆;隐于围岩内部且靠近开挖轮廓的节理更易导致岩爆的发生,而其倾角的改变对岩爆的影响较弱;围岩内节理面的存在,使应力在节理面与开挖边界之间的薄层岩体中迅速集中,并且最大主应力在该薄层岩体的集中区域会出现应力由围岩表面过渡到围岩内部的情况,该应力边界为内凹型圆弧状,与岩爆后的“V”型或“平底锅”型爆坑类似。研究结果对实际工程的规划选线、岩爆预测及岩爆防治有一定的参考价值。

岩石边坡潜在失稳区域微震识别方法

为深入研究锦屏一级水电站左岸边坡深部岩体微震活动规律并评价边坡稳定性,在已有微震监测资料基础上,结合常规监测数据,并借助RFPA有限元数值模拟手段,分析左岸边坡深部岩体微破裂萌生、发育和扩展的演化机制,解释高程1 829 m处2#固结灌浆平洞多点位移计变化与微震事件时空分布规律之间的内在联系,再现典型剖面边坡渐进破坏全过程,重点阐述高程1 885 m坝顶平台裂缝形成机制。综合施工工况和工程地质情况分析,表明微震监测系统可以有效地识别和圈定边坡深部岩体微破裂区域和潜在滑裂面,边坡外观变形及微震活动性与该部位地质构造及灌浆活动有密切关系,灌浆导致的应力重分布和边坡内部天然裂隙带错动变形是诱发高程1 885 m坝顶平台裂缝的主要原因。研究结果为更好地理解和分析复杂应力条件下岩石边坡变形及其微震活动性诱发失稳机制提供重要的参考。

基于室内试验与数值模拟的煤岩围压效应研究

为研究不同围压下煤岩的变形破坏特征,对0、8、16、25 MPa 4种不同围压下的煤岩采用MTS 815岩石力学实验和RFPA 2D数值模拟软件展开应力应变特征、强度特征、声发射特征等研究,旨在揭示不同围压作用下煤岩的围压效应。结果表明:围压对煤岩的变形破坏特征影响显著,随着围压的增大,煤岩最大抗压强度线性增大,煤岩逐渐由脆性破坏向延性破坏转变,破坏形态以单轴压缩下的压剪-劈裂破坏和三轴压缩下的剪切破坏为主;煤岩强度特征参数随围压增大而增大,弹性模量随围压增大呈非线性增大,围压越大,则塑性应变越大,残余应变增大;声发射现象在煤岩单轴压缩状态下十分强烈,但随着围压的升高,声发射现象、应变能释放等声发射特征参数均趋于稳定;RFPA可再现煤岩在不同围压下裂纹萌生、扩展至完全破坏的渐进破坏过程,模拟结果与室内试验耦合度较好,验证了数值模拟的可靠性。