模拟岩石中裂纹扩展连接的近场动力学方法

脆性岩石材料在压应力作用下常出现两类裂纹:翼型张拉裂纹和次生剪切裂纹。近场动力学是一种新型的无网格数值计算方法。在近场动力学理论中,采用积分形式的控制方程代替微分形式的控制方程使得该数值算法在断裂问题上具有独特的优势。将Mohr-Coulomb准则和最大主应力准则引入非普通"态"基近场动力学理论中,分别用于模拟材料常见的压剪和张拉破坏。这种扩展的非普通"态"基近场动力学可以有效地模拟脆性岩石材料在多种受力状态下的裂纹起裂、扩展和连接问题。通过5个不同的数值算例说明该数值算法在处理脆性岩石材料断裂问题的有效性和准确性。首先,通过模拟含圆孔的弹性板拉伸数值试验说明该数值算法的有效性和准确性。其次,数值模拟了简单三点弯曲试验以及不使用其他外部准则条件下动荷载作用下裂纹的分叉试验,所得结果与其他试验结果或数值结果相吻合,从而验证了该理论的有效性。然后,模拟了包含斜裂纹的巴西圆盘试验,裂纹扩展路径和计算所得的断裂韧度同样吻合于试验结果。最后,模拟了单轴压缩状态下,预制裂纹试样的裂纹扩展和连接问题。将该数值算法与试验结果对比表明,所提出的数值方法可以模拟和预测岩石类材料的张拉和压剪裂纹的起裂、扩展和连接行为。

裂纹扩展和连接过程的近场动力学数值模拟

利用传统应变能密度与近场动力学的应变能密度相等以及近场动力学的基本方程,推导了以状态为基础的近场动力学基本方程。引入损伤理论,对以状态为基础的近场动力学基本方程进行离散化,编制了近场动力学数值分析程序。利用近场动力学理论对经典的带孔单侧拉伸板破裂过程及双向拉伸状态下岩石裂纹扩展和连接过程进行了数值模拟,并与RFPA2D数值结果进行了对比分析。结果表明,以状态为基础的近场动力学理论不仅突破了以键为基础的近场动力学理论恒定泊松比的限制,而且不需要借助任何外部断裂准则就能很好地模拟裂纹的扩展和连接过程,相对于其他的数值模拟方法具有很大的优势,同时也给裂纹的扩展和连接的数值模拟提供了更好的思路。

微裂纹串级连接及临界破坏

对一铝合金材料层裂过程的实验研究发现,当损伤累积到一定程度时,受损材料的残余强度突然丧失,表现出临界破坏现象。层裂表面具有分形特征,其分形断面的形成归因于大量微裂纹的串级连接。据此提出了一重正化群弱面模型,并对损伤演化后期的临界破坏现象进行了初步的分析和探讨。

场富集有限元方法模拟多裂纹起裂、扩展和连接过程

研究含多裂纹岩石的力学响应和裂纹行为对岩体结构的设计与稳定性分析具有重要的指导意义。提出了场富集有限元方法研究脆性岩石材料中多裂纹的演化规律,包括裂纹的起裂、扩展和连接过程。提出了多裂纹在扩展过程中出现的各种交汇情况的解决方案。场富集有限元方法可以直接处理复杂的交叉裂纹,而不需要像扩展有限元一样引入额外的富集函数。通过数值算例,充分说明了场富集有限元方法在处理各种复杂裂纹系统扩展演化方面的能力。

层裂的分形机理及分维和连接阈值的关系

通过对微裂纹连接的动力学分析，提出了描述层裂损伤演化的统计分形模型。指出分形层裂面的形成机理与层裂中微裂纹级串连接的动力学过程密切相关，由此，得到了一种单峰的分维一连接阈值关系，定性解释了分维随韧性单峰变化的实验现象。

基于Canny改进算子的油管裂纹检测算法

油管裂纹的传统检测方法存在着设备昂贵、危险性高、检测工作量大等问题,提出将数字图像中的检测算法应用于油管裂纹检测中。对拍摄的彩色油管裂纹图像选用灰度化、直方图均衡化、对数变换相结合的方式进行预处理,取得较好的预处理效果。结合油管裂纹检测的实际需求,对Canny算子在梯度计算方面、阈值选取方法和边缘连接方式进行改进。仿真结果表明,改进后的Canny算法对油管裂纹有更显著的检测效果,在裂纹检测的连贯性上取得了较好效果,减少了检测工作量,降低了成本。

Experimental Vibration Analysis of a Cracked Laminated Glass Beam with Bolted Joint

In this study, in order to determine the very early load transfer behavior in the bolted joint connection, experimental dynamic analysis of different laminated glass beams including two surface cracks is considered. For this purpose, both three different plastic interlayers （i.e., three types of polyvinyl butyral--PVB） and three different glass-lamina thicknesses are taken into account. Effects of the plastic interlayer, thickness of the glass-lamina, number of surface cracks and their locations on the vibration characteristics/structural performances are examined experimentally. Vibration tests are performed to present free vibration characteristics of the laminated glass beams under clamped-free boundary conditions. Experimental dynamic analysis consists of six parts： （I） vibration analysis with no-crack and no-hole with a bolted joint; （I1） vibration analysis with a surface crack and no-hole with a bolted joint; （III） vibration analysis with two surface cracks and no-hole with a bolted joint; （IV） vibration analysis with no-crack and a hole with a bolted joint; （V） vibration analysis with a surface crack and a hole with a bolted joint; （VI） vibration analysis with two surface cracks and a hole with a bolted joint. For these experimental steps, an impact hammer with a force transducer is used to excite the uncracked or cracked composite beams through the selected points. After the excitation, the responses are obtained by an accelerometer. The vibration measurements are completed using a microprocessor-based data acquisition system and nCode GlyphWorks software. Results are given in tabular and graphical forms.