复合改性双基推进剂黏弹性-黏塑性-黏损伤本构模型研究

为描述复合改性双基(CMDB)推进剂复杂的力学性能,推导出黏弹性-黏塑性-黏损伤本构模型。进行一系列蠕变-回复试验,获得了本构模型参数。通过不同应力水平和不同加载时间下的蠕变-回复试验和恒加载率-回复试验,验证了本构模型的有效性。结果表明:黏弹性-黏塑性-黏损伤本构模型能够预测CMDB推进剂的蠕变-回复响应和恒加载率-回复响应;与黏弹性-黏塑性本构模型相比,黏弹性-黏塑性-黏损伤模型对CMDB推进剂力学性能的预测能力明显提高;损伤变量随着应变增大,在经过缓慢增大和快速增大后逐渐趋于稳定,应变变化越慢,损伤变量越大,黏弹性-黏塑性-黏损伤模型和黏弹性-黏塑性模型的预测结果差别就越大。

基于黏弹性损伤模型的水工混凝土破坏过程能量演化特征研究

为研究北江支流连江英德水利枢纽水工混凝土力学特征,采用室内试验方法开展了混凝土力学试验,并结合黏弹性损伤模型进行混凝土加载破坏过程能量演化特征分析。试验结果表明,温度与混凝土承载能力具有正相关,但增长效应在减弱,同时混凝土脆弹性变形能力在增强。研究得到应变速率与混凝土承载能力也为正相关,当应变速率增大1个量级,则峰值应力可提高84.3%,同时混凝土变形破坏作用由延塑性演变至脆弹性。基于损伤模型能量特征计算,获得弹性应变能、耗散能均与温度、应变速率为正相关关系;弹性应变能随温度热作用影响在100℃后减弱,而随应变速率影响节点较峰值应力提前;应变速率愈大,耗散能在屈服变形破坏段更大。研究成果可为探讨水工混凝土力学影响特征及能量演化特征提供参考。

软岩及混凝土材料损伤型黏弹性动态本构模型研究

根据软岩及混凝土材料在动载下的应力–应变曲线特点,并结合损伤体与黏壶所具有的特性,建立一种适合软岩及混凝土材料的损伤型黏弹性动态本构模型方程。该模型的建立是以朱王唐模型为基础,采用损伤体代替朱王唐模型中的弹性元件对现有损伤型朱王唐模型进行改进而建立的一种损伤型黏弹性动态本构模型方程。为说明该模型方程的合理性,采用建立的本构模型方程对分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统下实测的应力–应变曲线进行拟和,拟和曲线和实测曲线具有很好一致性,因此,该模型可为软岩及混凝土材料的动态本构关系的进一步研究及其工程应用提供一定的参考。

基于最小耗能原理的黏弹塑性损伤模型

在基于"应变等效假定"和"余应变能等效假定"两种不同损伤力学基本假定的黏塑性损伤本构方程基础上,将最小耗能原理应用于固体介质的黏弹塑性问题,给出了损伤材料的黏塑性应变流变速率、黏塑性损伤发展速率和黏弹-塑性材料积累应变强弱化速率的非线性演化发展方程,建立了两个不同的黏弹塑性损伤模型(A和B),并进行了试验验证。作为算例,最后运用黏塑性损伤模型A,对地震荷载作用下建于岩石基础上的某混凝土重力坝的动力损伤问题进行了分析,结果表明该模型应用于混凝土重力坝的动力损伤分析是可行的。

片麻状花岗岩热黏弹塑性损伤蠕变模型及应用研究

随着地下工程开挖深度的增加,高地温和高地应力将导致岩石产生显著的蠕变变形,为保证地下洞室的施工和运行安全,研究温度-应力耦合作用下岩石蠕变力学特性具有十分重要的作用。以新疆齐热哈塔尔水电站引水隧洞高温段的片麻状花岗岩为研究对象,通过不同温度和应力作用的三轴蠕变试验,获得了考虑不同温度影响的片麻状花岗岩的蠕变变形规律。基于蠕变试验成果,提出了考虑热力耦合作用的热黏弹塑性损伤蠕变模型,建立了片麻状花岗岩的热黏弹塑性损伤蠕变本构关系,推导了其一维和三维热黏弹塑性损伤蠕变方程,有效反演获得岩石的蠕变力学参数,揭示出典型高、中、低应力状态下温度对片麻状花岗岩蠕变特性的影响规律,研究成果为工程长期稳定性分析提供了重要理论依据。

岩石类材料损伤黏弹塑性动态本构模型研究

针对岩石类材料的动态力学特性,基于损伤演化和元件模型理论,将岩石类材料视为由具有损伤特性、弹性特性、塑性特性及黏滞特性的非均质点组成,建立考虑损伤的黏弹塑性动态本构模型,并推导出本构方程的微分表达式。将下山单纯形法嵌入自适应混合遗传算法中,编制反演分析程序,在岩石冲击试验数据的基础上,确定出损伤动态本构方程的待定特征参数。利用确定出来的动态本构方程得到的再生应力–应变曲线与试验曲线之间有很好的一致性,从而可验证该损伤黏弹塑性动态本构方程的适用性。

冲击荷载下红砂岩非线性黏弹性损伤本构研究

根据红砂岩在冲击荷载作用下应力曲线表现出的明显的分段特征,以朱王唐本构模型为基础进行改进,建立了一种非线性体、Maxwell体和基于Weibull分布的损伤体并联的本构模型;根据红砂岩动态力学特性,对朱王唐本构模型进行简化,并基于Lemaitre等效应变假设推导出一种率型损伤本构方程。对两种新建本构方程进行试验验证,讨论其适用性并对比分析各参数对试验数据拟合结果的影响,结果表明,基于Weibull分布的非线性黏弹性损伤本构方程能很好地对常温及冻结状态下红砂岩峰前以及整个应力曲线的动态力学性能进行表征,而基于Lemaitre等效应变假设的损伤本构方程只可对红砂岩峰前应力部分进行解答,对整个应力曲线的表征存在一定的局限性。

高黏弹沥青砂蠕变损伤模型

应用Kachanov损伤模型表征沥青砂损伤的增长变化律,将Burgers模型与损伤因子进行耦合,构建出能够描述高黏弹沥青砂3阶段蠕变全过程的蠕变损伤模型.借助高黏弹沥青砂的弯曲蠕变试验数据,利用最小二乘法,得到相关模型系数和蠕变损伤演化曲线.将此蠕变损伤模型曲线与试验结果及Burgers模型曲线进行对比研究.结果表明:该蠕变损伤模型能准确描述高黏弹沥青砂的蠕变3阶段特性,拟合相关系数达到0.998.

损伤黏弹性厚板非线性动力学方程

采用Timoshenko几何变形假设,应用黏弹性厚板几何非线性的分析方法,推导了黏弹性损伤中厚板的几何非线性问题的动力学方程.它是一个五元非线性积分—偏微分方程组.当不考虑损伤时,此方程可以退化得到黏弹性中厚板的非线性动力方程.

损伤黏弹性Timoshenko梁的广义变分原理

从考虑损伤的黏弹性材料一种卷积型本构关系出发,应用Timoshenko梁变形的基本假设,建立了损伤黏弹性Timoshenko梁的静、动力学行为研究的数学模型.同时,利用卷积,建立了相应的Gurtin型广义变分原理.该广义变分原理可以看成是黏弹性Timoshenko变分原理的一种推广.

基于应变能的岩石黏弹塑性损伤耦合蠕变本构模型及应用

在Perzyna黏弹塑性理论的基础上,引入基于应变能理论的岩石细观单元强度损伤模型,同时考虑岩石蠕变过程中蠕变速率随时间变化的特性,构建了能描述岩石从初始蠕变、稳定蠕变到非线性加速蠕变整个蠕变过程的细观黏弹塑性损伤耦合蠕变本构模型,并将该模型嵌入到三维弹塑性细胞自动机模拟系统(EPCA3D)中,通过实验数据验证该模型的正确性。应用该模型进行不同轴向应力、不同围压和不同均质度系数条件下的单、三轴压缩蠕变过程数值实验,结果表明:(1)轴向应力提高增加了蠕变速率,因此减少了蠕变失效时间;(2)围压和均质度系数的增加降低了蠕变速率并增加了蠕变失效时间,较好的再现了典型的实验现象。将该模型用于解释煤矿中"蠕变型"冲击地压的力学机理,较好的反映了煤矿巷道开挖后弹性应变能累积,围岩经历稳定蠕变和加速蠕变的损伤破坏过程,可为岩体工程的长期稳定性研究提供分析工具。

基于耗散能和黏弹性连续损伤理论的沥青疲劳特性分析

疲劳损伤是沥青结合料的重要特性之一。为研究时间扫描实验和线性振幅扫描(LAS)实验评估沥青结合料疲劳损伤特性的可靠性,本文通过耗散能理论和黏弹性连续损伤理论(VECD)计算了基质沥青和SBS改性沥青的五种疲劳寿命指标,并利用方差分析和皮尔逊相关系数研究了这五种疲劳指标之间的差异性和相关性。研究结果表明:五种沥青结合料疲劳评价指标存在一定的差异性;而且相比基质沥青而言,SBS改性沥青的差异性较大。利用LAS试验和VECD方法评估基质沥青和SBS改性沥青疲劳寿命具有较好的可靠性,这对快速研究沥青结合料抗疲劳损伤能力具有明显的优势。

非线性模糊随机损伤研究

为研究岩土材料非线性模糊随机损伤演变机理,建立广义非确定损伤力学模型,基于模糊随机双层数学覆盖下3种典型模糊损伤泛函,提出平面应变下服从随机β分布的各向异性初始模糊随机损伤场,及其广义FPDF(Fuzzy Probabilistic Density Function)、FCDF(Fuzzy Cumulative Distribution Function)数学模型。并基于黏-弹-塑性模糊随机初始损伤应力场模型及损伤矢量临界值算法,推导了黏-弹-塑性模糊随机损伤本构模型,及模糊随机损伤变化率指数模型方程与数字特征算法。基于土方开挖损伤增益,探讨基坑工程损伤演变及广义可靠性,结果表明:模糊随机损伤模型可根据材料强度耗散对损伤分布调整,以反映细观粒子间的凝聚或断裂造成的复杂宏观硬化-屈服-破坏-重分布-愈合等力学性征。得到结论:阶段卸载导致场内损伤增益由单汇向多汇发展,且强度指标变异累加会诱发可靠指标削减,这些规律性认识对实现全面化、精确化分析研究有重要意义。

再生沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能

为了分析废旧沥青路面材料(RAP)对热拌沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能的影响,设计了不同RAP掺量(10%、20%、30%)及不同级配(AC-13和AC-16)的沥青混合料,采用沥青混合料性能试验仪(AMPT)在不同温度和加载频率下的动态模量,之后采用时间-温度等效原理,确定了不同沥青混合料的动态模量主曲线;并对不同沥青混合料进行了单轴拉伸疲劳试验,通过简化的黏弹性连续损伤模型(S-VECD),确定了不同级配、不同RAP含量的沥青混合料的损伤特征曲线(C-S),及基于能量的疲劳失效标准与疲劳加载次数之间的关系(GR-Nf).结果表明:沥青混合料的动态模量随着温度的升高、加载频率的降低而降低,温度越低、频率越高,沥青混合料越接近弹性体,反之越接近黏性体;从不同级配的沥青混合料的动态模量主曲线中可以看出,RAP含量越高,其动态模量越高,但总体来看相差不大.疲劳试验及分析表明:RAP含量较高时,其疲劳性能较低,表明其应力松弛能力较差,因此应更加关注再生沥青混合料的抗疲劳性能.

软岩的动态力学本构模型

利用分离式霍布金森压杆实验系统(SHPB)对2种典型的软岩砂质、泥岩进行动态力学性能测试,测试的应力应变曲线表现出显著的应变硬化和塑性流动等复杂的动态力学特性。基于实验结果,在朱-王-唐模型的基础上,并且考虑软岩本身结构缺陷的影响,建立了一种适应软岩材料的黏弹性统计损伤模型。该模型由2个Maxwell体和1个损伤体并联组成,2个Maxwell体用来描述对软岩高分子材料的高低应变率响应以及软岩材料在动载作用下的塑性变形特性,考虑软岩材料本身缺陷的影响,用一个损伤体代替朱-王-唐模型中的非弹性弹簧。利用黏弹性统计损伤模型对不同应变率下软岩材料的动态应力应变曲线进行拟合,拟合曲线与测试曲线一致性良好。

基于黏塑性损伤模型的高拱坝长期稳定性评价

高拱坝长期稳定性分析对高拱坝长期安全至关重要,除了要考虑坝址区岩体的时效变形及损伤外,还应采取合理的整体稳定和局部破坏的判别指标.基于弹-黏弹-黏塑性模型,提出了一种采用时效塑性余能与超屈服力进行高拱坝长期稳定评价的分析方法.黏弹性模型采用Kelvin模型,黏塑性模型采用Duvaut-Lions模型,基于连续损伤力学的有效应力和应变等效假设,编制了可以考虑损伤的三维有限元分析程序,并应用于高拱坝的长期稳定性分析中.根据塑性余能与时间的关系曲线来评价高拱坝的长期稳定性,根据超出屈服面的超屈服力的发展和分布来评价局部破坏和关键加固部位.结果表明,该方法可有效用于高拱坝的长期安全性评估.

纤维增强沥青混凝土路面抗裂性能的黏弹性损伤分析

为了研究芳纶纤维增强沥青混凝土路面的抗裂性能,通过劈裂试验和细观复合材料力学对比研究,确定了芳纶纤维的合理掺量为质量含量0.2%;应用黏弹性理论确定了芳纶纤维增强沥青混凝土的松弛模量;应用有限元数值计算的方法,对已含裂缝芳纶纤维增强沥青混凝土路面进行了黏弹性与损伤的耦合分析,分析了芳纶纤维含量对平均损伤因子、损伤区半径、断裂区半径的影响。分析结果表明:质量含量为0.2%的芳纶纤维增强沥青混凝土路面的松弛损伤因子比无纤维时减少了8.38%,损伤区半径和断裂区半径分别减小了66.34%和64.16%;这3个参数都充分表明,芳纶纤维增强沥青混凝土路面的力学性能和耐久性都有明显地改善,可提高低温抗裂能力。

糖尿病肾病不同时期血浆SOD和Tim-1表达水平

目的探讨糖尿病肾病不同时期血浆超氧化物歧化酶(SOD)和T细胞免疫球蛋白域黏蛋白域蛋白-1(Tim-1)表达水平变化。方法根据24 h尿清蛋白排泄率将120例糖尿病患者分为单纯糖尿病组、早期糖尿病肾病组以及临床糖尿病肾病组。用AU5800检测120例糖尿病肾病各分期和45例体检健康者血浆SOD、Cr和Cys C的表达水平,ELISA法检测血浆Tim-1含量。结果与对照组相比,血浆SOD在单纯糖尿病组中的表达水平无明显变化(136.0±18.4)U/m L,而在早期糖尿病肾病组(117.0±25.1)U/m L和临床糖尿病肾病组(103.5±22.1)U/m L中的表达水平显著降低(P<0.05);与对照组和单纯糖尿病组相比,血浆Tim-1、Cr及Cys C在临床糖尿病肾病组中的表达均显著升高(P<0.05)。SOD浓度与尿清蛋白排泄率呈负相关(P<0.01),Tim-1、Cr和Cys C浓度与尿清蛋白排泄率呈显著的正相关(P均<0.01)。结论血浆SOD和Tim-1表达水平与肾功能受损程度密切相关,可作为动态监测糖尿病肾病发展的敏感指标;血浆Cr和Cys C的表达水平升高在反映糖尿病肾病肾功能受损中起辅助作用,为指导临床治疗提供理论依据。

沥青结合料疲劳失效定义与失效准则

为了更好地理解沥青结合料的疲劳失效特性,以黏弹连续介质损伤力学为分析手段,通过加速疲劳试验和传统时间扫描疲劳试验系统研究了基质沥青和改性沥青在不同加载条件下的疲劳失效行为.研究发现,基于虚应变能理论提出的将最大存储虚应变能指标作为沥青加速疲劳试验中的疲劳失效新定义,与现象学指标相位角峰值有着很好的等效性,并和时间扫描试验中的疲劳失效定义保持了一致,进而依据疲劳失效定义建立了虚应变能释放率和材料疲劳寿命之间的特性关系准则.该特性准则与试验方法和加载条件无关,可作为统一的疲劳失效准则运用于沥青结合料的疲劳性能预测.

含脆性界面相的颗粒增强金属基复合材料的损伤

通过引入双夹杂模型,将传统增量损伤理论扩展应用到三相复合材料颗粒尺寸效应问题,同时提出一个可以研究颗粒增强金属基复合材料的弹塑性变形及渐进式脱黏损伤模型,该模型还可以研究含脆性界面相的颗粒增强金属基复合材料弹塑性损伤变形行为的颗粒尺寸效应。研究发现,包含各种不同颗粒尺寸的颗粒增强金属基复合材料的脱黏损伤按照颗粒尺寸从大到小的顺序先后发生,并且该模型与SiC/Al复合材料的试验结果比较一致。