速率过程理论在粘性土蠕变模拟中的应用

介绍了速率过程理论及其相应的粘性土蠕变模型的推导 ,选取淮阴三类不同土质的粘性土样开展了蠕变试验研究 ,分别制备了各向异性和各向同性的结构试样 ,获得了相应的蠕变试验成果 ,最后用速率过程理论模型对试验成果进行了拟合。研究成果表明 :以速率过程理论为基础而建立的蠕变模型能有效地模拟不同土质粘性土的蠕变过程、趋势和变形 ,反映出粘性土土性的本质特点 。

隧道支护结构蠕变特性试验和非线性蠕变模拟

采用MTS815液压伺服系统对深埋隧道支护结构混凝土试件进行了三轴蠕变试验,分析了支护结构的蠕变特性,依据蠕变曲线特征求出了非线性蠕变参数。建立了考虑深埋隧道施工过程、围岩和支护结构蠕变特性的有限元数值分析模型,分析了围岩和支护结构的蠕变特性,得到了隧道初期支护和二次衬砌的位移特征及其不同位置处的有效应力和最大剪应力特征。隧道支护结构的位移、应力随时间的变化特征与不考虑蠕变效应有较明显的不同,计算位移与实际监测结果基本一致。对于深埋隧道,应该考虑围岩和支护结构的蠕变特性。

深埋巷道底臌及防治的蠕变模拟试验和数值分析

通过蠕变模拟试验和数值方法的对比分析，研究了巷道底臌机理以及采取底板加固和底板切缝防治方法后，巷道围岩变形、破坏等随时间的变化，并探讨了防治参数对底臌的影响。

材料稳态蠕变模拟的无网格伽辽金法研究

无网格法是近年来迅速兴起的一种很有发展前途的数值分析方法，它可以克服有限元法等传统的数值方法对网格的依赖性，彻底或部分的消除网格，是目前国内外力学界的热点研究领域之一。由于网格的存在，有限元法在处理涉及网格畸变和自适应等计算时，如在裂纹扩展、冲压成型问题中遇到很多的困难，通常采用更新网格或网格重构来解决问题，这样不仅浪费了计算时间，

异种钢焊接接头蠕变过程的有限元模拟

异种钢焊接接头常应用于高温下工作的大型构件,其蠕变特性和持久性能对结构的安全性具有重要意义。常规的蠕变试验和高温持久试验仅适用于均匀材料,对非均匀的异种钢接头存在局限性。为了解决该问题,针对某种构件上采用的含有过渡层的马氏体钢与珠光体钢异种金属接头进行了有限元建模。分别利用K-R蠕变损伤模型和改进的θProjection模型进行模拟计算,并且对比了非均匀结构与均匀的焊缝、过渡层和母材的蠕变特性。对比发现,非均匀结构中抗蠕变性能较弱的过渡层部分的蠕变速率要大于均匀的过渡层材料的蠕变速率,这说明材料的不均匀性会带来附加的蠕变损伤。因此,仅通过均匀材料的蠕变试验来预测非均匀结构的寿命是不可靠的,应采用蠕变试验与有限元计算相结合的方法进行非均匀结构的寿命预测。

大断面破碎硐室围岩蠕变模拟及控制技术

对大断面破碎围岩多次返修巷硐,锚网索支护方式难以有效控制其强流变。结合焦煤公司中马村矿39#泵房多次返修的状况,认为高应力作用下的不稳定强流变岩层,支架受力不均等因素是硐室围岩失稳的主因,提出了主动支护与被动支护联合修复方案:一次锚网索支护,二次封闭刚性支架联合支护,三次围岩注浆加固。采用蠕变数值模拟方法对原支护和返修加固方案进行了分析,结果表明:原方案在360 d时的断面收缩率达到92.2%,顶板最大下沉量达到2 792 mm,围岩处在加速蠕变失稳阶段;返修加固方案在1 000 d时的顶板最大下沉量仅56.8 mm,围岩处在蠕变稳定阶段;锚索作用在完整岩体范围内,锚杆大部分作用在塑性圈范围内,注浆范围外应力等值线密集,其峰值随时间的延长而增大,且逐渐内移。工业性试验表明:224 d时,硐室表面最大位移为18 mm,变形速率小于0.5 mm/d,修复加固取得了成功。

3D GIS支持下盐腔围岩三维计算模型的生成

目前盐腔围岩蠕变模拟中计算网格生成多是理想化的,并没有充分利用真实探测数据。针对这些问题,提出了一种新的三维计算模型生成方法。借助HalfEdge数据结构,基于研究区域边界、DEM(digital element model,数字高程模型)和钻井数据,构建了研究区域地层三维模型;基于声纳测腔数据构建了盐腔三维模型,并对其进行了拓扑检查与修正;将地层三维模型与盐腔三维模型进行三维空间布尔运算,获取盐腔围岩三维模型;通过对该模型进行三维空间网格离散,得到盐腔围岩四面体网格单元,即数值模拟计算模型。通过该方法构建的三维计算模型,可以为后期盐腔围岩蠕变数值模拟过程提供有效的计算网格,进而可以为盐腔的建造,尤其是安全合理地利用盐腔提供科学依据和技术支持。

镍基单晶合金蠕变细观结构演化及表征模拟

分析了NASAIR100在高温下不同应力和温度的蠕变及细观结构演化的异同,得到了材料4个主要的细观结构演化参数及其与蠕变的对应关系,在筏化模型的基础上建立了计及沉淀相筏化过程中厚度和基体通道宽度变化的细观结构演化模型,得到材料沉淀相和基体的细观演化过程及蠕变.结合试验结果,给出了不同细观演化方式对蠕变曲线的影响.在高温下同时考虑基体和沉淀相的4个细观参数变化可以使模型更贴近细观实际,并能较好地模拟材料在不同应力和温度下的蠕变.

一种粘弹塑性边界面粘土模型的损伤函数引入研究

针对各向同性粘弹塑性边界面模型不能模拟粘土不排水蠕变三轴试验中的土样开裂后变形的问题,通过试算研究,提出了一个损伤函数.通过将该函数与Kaliakin和Dafalias所提出的各向同性粘弹塑性边界面模型中过载函数相乘的方式,将该损伤函数引入到了模型之中,由此形成了一个各向同性的粘弹塑性损伤边界面新模型.根据该模型和对应的损伤参数,对加拿大温哥华市附近的Haney粘土试验进行了模拟验证.数值模拟结果表明,对于不同粘土土样的高偏应力加载等级,采用合适参数值的损伤函数对于模拟三轴不排水蠕变试验中的蠕变开裂及破坏变形令人满意,表明该损伤函数的引入有效可行,具有良好的理论及应用价值.

FRP拉索静力及蠕变性能的多尺度预测

合理而高效的纤维增强复合材料(FRP)拉索性能预测方法可有效解决拉索足尺试验难度大、耗时长等问题。为此,以剪切滞后模型的理念为基础,提出以浸胶纱为基本单元的FRP浸胶纱-单筋-拉索多尺度短期静力与长期蠕变预测模型。相比将纤维单丝作为基本单元的一般模型,该模型具有较高的计算效率,尤其适用于大尺寸FRP拉索的足尺建模分析。以37根4 mm直径单筋的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)拉索作为算例,详细阐述了该模型的建立方法和求解流程,并对静力和蠕变模拟结果进行了分析。其中,模型着重考虑了浸胶纱单元拉伸强度和树脂单元剪切强度的双参数威布尔随机分布、树脂屈服后的界面残余剪应力、浸胶纱单元蠕变断裂寿命模型和树脂基体的长期松弛效应。结果表明:BFRP单筋和拉索静力极限承载力的预测值与试验结果误差均在4%以内,而采用单元平均强度直接换算得到的结果较单筋和拉索预测值分别偏高18.3%和11.3%。在此基础上,模型进一步揭示了由FRP浸胶纱、单筋到拉索的多尺度强度退化规律和拉索内部的短长期损伤演化机理,可为后续拉索性能优化和设计提供支撑。在高应力水平下,较弱单元的提前破坏将直接导致拉索整体过早的失效,进而显著削减整体蠕变寿命;而在低应力水平下,拉索整体的蠕变断裂寿命趋近于浸胶纱单元自身的蠕变寿命。

反应堆压力容器钢SA533B的修正θ-projection蠕变模型研究

反应堆严重事故下,压力容器存在因冷却不充分而蠕变失效的风险。基于修正θ-projection蠕变模型提出了一种针对反应堆压力容器钢SA533B的蠕变模型,该模型能够完整描述3段蠕变过程,模拟结果与实验结果蠕变曲线符合较好,同时可通过插值方法预测任意载荷下的蠕变行为。该模型可进一步用于压力容器失效的相关算例分析。