基于连续介质损伤力学的钛合金耐压球壳极限强度分析

本文在连续介质损伤力学理论框架下,以深海载人装备耐压球壳结构为研究对象,开展Bonora损伤模型适用性研究。首先,设计TA31钛合金加载卸载试验,依据试验结果,分析Bonora模型参数对材料应力应变响应的影响规律;随后,提出一种模型参数校准方法,依据试验数据确定TA31钛合金的模型参数;最后,将Bonora模型通过VUMAT子程序的形式嵌入到有限元软件中,开展钛合金球壳结构的极限强度分析,并与传统方法进行对比。研究结果表明,在耐压球壳极限强度分析中,引入Bonora模型可以准确模拟耐压球壳结构的失效模式和破坏压力。该模型在材料本构关系中考虑了屈服强度、抗拉强度以及最大塑性应变的影响,结构失效的物理意义更加明确,对材料性能的优化与提升具有指导意义。

基于微观连续介质模型的反应溶质运移数值模拟方法

地下环境中流固间的反应溶质运移过程控制着地质介质演化规律,并受岩石固有非均质性的影响,衍生出非线性行为与多尺度效应。为了面向更为复杂化的应用需求,解析微观特征与表观行为间的响应-反馈机制成为了重要的科学与工程命题。本研究系统地介绍了微观连续介质概念与模型框架,以及该模型方法的实现方式,并归纳了其在不同研究体系中的应用实例,最后重点分析了该方法在实验-数值联合研究中的发展前景与预期挑战。数值模拟方法已被广泛应用于反应溶质运移过程的定量研究之中,但单一孔隙或达西尺度数值模型难以应对机理研究与实例应用间的时空尺度跨度。近年来多尺度数值模拟方法体系不断发展,其中将Darcy-Brinkman-Stokes方程作为多流态数学统一表达,以微观连续介质模型作为多尺度信息关联方式的数值模拟框架,在流固界面追踪、高效数值求解等方面展现出一定的方法优势与应用潜力。

连续介质力学的类比思维教学法——黏弹性力学vs.广义热传导

类比是重要创新思维方式,能发挥类比思维教育价值,强化学生类比思维训练,有助于创新人才培养。本文以黏弹性力学和广义热传导教学模块为抓手,展现类比思维教学法在连续介质力学课程运用的设计案例。首先,基于力学弹性单元和黏性单元,采用串并联方法,推导黏弹性力学Maxwell模型和Kelvin-Voigt模型。其次,给出广义热传导Cattaneo-Vernotte模型和Green-Naghdi模型,介绍Green-Naghdi模型热位移概念的起源。随后,通过类比方法引入热学“弹性”单元和“黏性”单元,运用串并联方法实现Cattaneo-Vernotte模型和Green-Naghdi模型的重构,澄清黏弹性力学和广义热传导各模型间的对应类比关系。最后,分析热学基本方程与力学基本方程的差异,指出:对研究对象间差异性的关注也是基于类比方法启发创新思维的重要手段。

基于连续介质损伤力学的坑蚀高强钢丝疲劳寿命预测

为了研究坑蚀高强钢丝疲劳寿命,通过6根无锈蚀钢丝疲劳试验标定了CDM模型参数,利用ABAQUS的二次开发平台UMAT编写钢丝材料本构程序,并且进行了坑蚀钢丝疲劳试验验证模型。结果表明,对不同蚀坑尺寸以及应力幅下的坑蚀高强钢丝疲劳寿命预测值与实验值误差在±20%以内。

研究生连续介质力学课课程思政实施探索

研究生教育作为培养高素质创新人才的重要环节,在研究生专业课程中融入思政元素,有利于发挥专业课程的价值塑造和立德树人功能,以达到为国育人为党育才的目的。该文以连续介质力学课程为例,结合课程特点,探索力学专业研究生课程思政的实施路径,形成“多维度课程思政挖掘、多途径课程思政实施、多角度融合课程思政评价”的课程思政教学建设思路。通过引入科学家故事、工程案例研讨、科技前沿探究和热点事件等元素,并与课程知识紧密融合,促进课程思政与专业教学的互融互促、同向同行。实践证明,合理地实施课程思政教学有助于提高专业学习积极性,提升研究生培养质量。

理论力学研究性教学新探索——变质量系统动力学与连续介质Reynolds输运定理

本文探讨理论力学中变质量系统动力学与连续介质Reynolds输运定理的联系。Reynolds输运定理是连续介质(例如流体)质量/动量/能量输运规律的共同基础,因而具有基本的理论重要性。本文通过详细对比分析说明:在理论力学中,基于一般质点系模型的变质量系统动力学与连续介质力学的输运规律,本质上具有相同的理论框架和分析工具。如果在任意质点系模型的基础上引入质点空间连续分布的假设,则可以将变质量离散体系的力学结论拓展至连续介质的基本输运规律(包括质量/动量/能量)。

理论力学研究性教学新探索:刚体运动基点法公式与连续介质速度场分解

基础力学课程体系是现代工程教育的重要基础。理论力学作为力学课程体系的起点,提供了力学基本概念和原理。一方面,以离散体系(质点/刚体)为研究对象的理论力学与以连续体系(介质/变形微元体)为对象的连续介质力学,它们之间既存在密切联系又差异明显;另一方面,源于理论/经典力学的动力系统理论和非线性科学研究对应用力学学科产生了广泛影响。围绕这两个侧面,作者将在《理论力学研究性教学新探索》系列教研论文中阐释它们之间的联系。本篇探讨刚体运动基点法公式和连续介质速度场分解之间的关系,它们分别给出刚体模型和连续介质模型的速度分布规律,前者依赖刚体转动角速度矢量,而后者由速度梯度张量所刻画。本文将说明,两者存在对应理论关系,且刚体基点法公式是连续介质速度场分解的退化形式,即忽略变形效应。

角度非均匀连续介质材料反平面V形切口应力奇性分析

由于角度非均匀连续介质材料本构关系的复杂性,即材料参数随角度坐标连续变化,致使V形切口的奇性特征分析的控制方程是一组非线性、变系数的常微分方程组,数学上面临求解的困难。论文运用微分求积法(DQM)计算角度非均匀连续介质材料反平面V形切口端部应力奇性指数,首先基于弹性力学理论,将切口端部应力奇性指数的计算转化为常微分方程组的特征值问题,再由DQM理论将常微分方程组的特征值问题转化为一组标准型广义代数方程的特征值问题,最后正交三角分解(QR)法可一次性计算出角度非均匀连续介质材料反平面V形切口端部应力奇性指数及其特征角函数。数值计算结果表明,DQM计算值与已有文献计算结果完全一致,证明了DQM分析角度非均匀连续介质材料反平面V形切口应力奇性的可行性和精确性。

基于连续介质力学的泡沫混凝土应力-变形理论分析

为更好描述与表达泡沫混凝土的应力-变形关系,在连续介质力学中定义和分析笛卡儿张量,应用应力张量性质并采用与应力状态相关的方法分析泡沫混凝土的变形。理论分析表明:泡沫混凝土的平衡方程是在牛顿运动定律和柯西公式基础上推导得到;泡沫混凝土的平面应力状态满足的条件方程为σzz=σyy=σzx=0;泡沫混凝土的变形分析是通过物体内部任意两点间距离变化进行描述;泡沫混凝土考虑平面应变状态时,满足可积性条件,即协调方程。

军队院校“非线性连续介质力学”课程体系改革和建设

通过对目前“非线性连续介质力学”课程在军队院校研究生教学过程中存在问题的总结,结合作者与教学团队多年来的教学实践,以学员学习为中心、以提升学员能力素质为主线、以培养满足军队专业岗位需求的复合型人才为目标,提出了进行课程体系改革和建设的总体思路。以航空宇航科学与技术学科的博士研究生教学为例,从课程内容优化、课程设计和课程考核体系三个方面,阐述了多模式融合教学法的具体实践举措。

论连续介质概念与岩体的连续介质模型

尽管岩体一般情况下应被视为非连续介质，但在一定条件下仍满足连续介质力学的基本假定。人们已经发现，连续介质力学的弹性或弹塑性理论分析对于趋势的研究具有不可估量的价值，而且有些情况完全可以采用这种分析预测岩体的力学行为或求解岩体的极限荷载。从力学角度而言...

论连续介质渗流与非连续介质渗流

系统论述了连续介质、等效连续介质、非连续介质以及连续介质渗流、等效连续介质渗流、非连续介质渗流的数学物理渊源、概念、理论和模型 ,并从应用角度出发着重分析连续介质渗流、等效连续介质渗流、非连续介质渗流以及耦合介质渗流理论与模型的相对适用范围。

裂缝性砂岩油藏渗流的等效连续介质模型

低渗透裂缝性砂岩油藏由于其裂缝分布的不均匀、不连续的特点 ,其自身不能形成其渗流网络。因此 ,基于灰岩基础上的双重介质渗流理论不再适用。笔者打破将裂缝性油藏处理成双重介质的传统做法 ,建立适合低渗透裂缝性砂岩储层的等效连续介质渗流模型。其中等效介质的渗透张量的确定通过流量相等的原则 ,毛管力和相对渗透率曲线通过渗吸平衡时的毛管力相等原则来确定。通过实例计算表明 。

基于连续介质模型的离散元方法中弹簧性质研究

地质体材料的破坏演化过程是地质灾害防治工程中亟待解决的关键科学问题,也是力学的前沿课题。基于连续模型的离散元方法是研究该问题的一种数值方法。用求矩阵特征值的方法,推导基于连续介质模型的离散元方法中三维有限元刚度矩阵转化为离散元弹簧刚度的解析表达式,给出了不同条件下离散元弹簧的取法。研究立方体八节点单元中离散元弹簧的性质,得到棱弹簧、面对角线弹簧以及体对角线弹簧的刚度和方向表达式,给出这些弹簧刚度以及方向与泊松比的关系图。最后,将基于连续介质模型的离散元方法模型与Gusev模型、二维链网模型进行比较。对于泊松比为0.25时的平面应变问题,对于泊松比为1/3时的平面应力问题,基于连续介质模型的离散元方法模型与二维链网模型一致。在块体内部,基于连续介质模型的离散元方法模型与Gusev模型一致。且基于连续介质模型的离散元方法模型能模拟链网模型和Gusev模型都不能模拟边界单元,证明基于连续介质模型的离散元方法模型更具普遍性。

裂缝性低渗透油藏等效连续介质模型

为研究裂缝性油藏的渗流规律,国内外相关专家提出并建立了许多理论模型,但都有其局限性,且没有一个很好适合于裂缝性低渗透油藏的模型。为此,针对裂缝性低渗透油藏裂缝发育的特点,利用平行板理论、张量理论和等值渗流阻力原理建立了裂缝性低渗透油藏的等效连续介质模型,为定量评价天然裂缝对储层的影响、天然裂缝表征成果与裂缝性低渗透油藏的渗流理论和油藏工程研究的有机结合奠定了基础,并用实际油田的裂缝表征成果进行了应用分析。研究结果表明:天然裂缝对低渗透油藏,尤其是特低渗透油藏有很大影响,一方面显著提高了储层的渗透率,使油藏得以开发,另一方面加剧了储层的各向异性,增加了开发难度。

裂隙岩体水力等效连续介质存在性的评价

初步建立了裂隙岩体水力等效连续介质是否存在的二维判别方法。一方面证明了水力等效连续介质中渗透作用运动效果等的必然性；另一方面建立了半理论半数值模拟试验方法，讨论裂隙岩体是否存在渗透作用力变形效果和流量两者同时等效意义下的连续介质。

圆形巷道围岩层裂或板裂化的等效连续介质模型及侧压系数的影响

为了避免均质和非均质模型不能较好地模拟围岩的层裂或板裂化现象,将岩石视为等效连续介质,即颗粒体材料。颗粒被视为弹性材料,而颗粒之间的界面破坏后被视为摩尔-库仑材料。颗粒和界面均被离散为正方形单元。采用FLAC研究了不同侧压系数时圆形巷道围岩中的剪切应变增量、最小、最大主应力等的分布规律。研究发现,颗粒体材料模型在压应力作用下诱发出的拉应力值接近于在模型边界上所施加的最大压应力,而最大压应力是所施加的最大压应力的数倍。这些结果意味着均质和非均质模型的计算结果是偏于不安全的。另外,最小主应力和剪切应变增量的等值线图均显示,这些量的高值区的距离大致相等,这与V形岩爆坑内的板裂化现象类似。围岩层裂现象的原因是环向的高压应力和径向的高拉应力的共同作用的结果。

基于连续介质力学的块体单元离散弹簧法研究

提出一种基于连续介质力学的块体单元离散弹簧法,并将其应用于地质体渐进破坏过程的数值模拟研究。该方法以连续介质力学的基本理论为基础,以八节点正六面体单元为离散对象,根据有限元的形函数理论及正六面体单元刚度矩阵的具体表达式,将正六面体单元离散成为12根棱弹簧,并推导各弹簧的弹簧力计算公式,给出各弹簧的弹簧力分量的物理意义、对应的弹簧刚度及相关联的位移。在弹性部分的计算结果与传统的有限元计算结果一致的基础上,在弹簧中引入Mohr-Coulomb准则及拉伸破坏准则,进行弹簧破坏的判断。如果块体内的弹簧全部断裂,便将其视为散体。在判断破坏时采用双重判断模式,块体单元的判断主要用于选取弹簧潜在的破坏面,离散弹簧的判断用于计算弹簧上的真实弹簧力。最后,通过相关算例验证引入破坏准则后所得计算结果的合理性。块体单元离散弹簧法的实质是通过12根离散弹簧将单元转化为结构,因此可以通过分析各弹簧的断裂情况研究块体的内部破坏特征,更可以通过各弹簧的先后断裂过程来研究地质体的渐进破坏过程。

多重介质储层渗流的等效连续介质模型及数值模拟

由于多重介质岩石本身的复杂性,其渗流规律及数值模拟一直就是一个世界性的难题。应用等效连续介质的思想,建立了孔洞型储层的等效连续介质模型,在此基础上结合裂缝、溶洞型储层的等效模型,形成了较完善的多重介质储层等效渗透率和孔隙度模型。以轮古某油区为例进行了应用分析,并通过孔渗参数的等效进行了数值模拟。数值模拟结果和实际生产特征的对比,验证了等效连续介质模型在多重介质油藏数值模拟中的适用性。

岩质边坡渗流场中等效连续介质模型的应用

在运用等效连续介质模型分析了裂隙岩体渗流场时,综合考虑并比较了单孔压水 试验和节理裂隙统计取得的渗透系数,获得了能较好反映原位地质环境的修正渗透张量.将 这种确定渗透张量的方法应用于某铁矿边坡工程渗流场分析中,取得了较好的结果.