深部岩体非线性Kelvin蠕变变形的混沌行为

随着矿山开采的大规模进行和采深的加大,在深部高应力作用下巷道围岩的破坏日益严重,这使得越来越多的采用非线性科学理论和方法分析巷道围岩的稳定性。推导非线性Kelvin流变模型的本构方程以及其蠕变曲线的解析解;分别采用两种数值微分方法对非线性蠕变方程进行求解,结果发现非线性蠕变方程的数值解在有些情况下与解析解不一致,即数值解可能出现不稳定;通过变量代换,该非线性蠕变方程可化为Logistic方程。这样,通过将岩体的本构模型与非线性理论相结合,从理论上证明岩体的非线性蠕变具有混沌行为,并相应获得岩体变形发生混沌的条件,根据实测位移序列,为采用混沌学方法进行深部岩体工程的稳定性预测和控制奠定理论基础。

随机Kelvin胞体开孔泡沫结构模型边界条件及应用

利用Python和Abaqus解决了泡沫材料非垂直切割造成边界出现"浮动"边等问题,同时研究了自由边界、固定边界条件材料的准静态压缩特性,在此基础上提出并分析了周期边界,并对周期性边界设置中几种情况进行讨论和实现,同时,对此过程中相关思路、关键算法加以说明。最后,以开孔泡沫铝为例,对三种边界条件情况下随机Kelvin胞体开孔泡沫铝在准静态压缩过程中的力学行为进行了对比分析研究。研究成果对开孔泡沫材料的数值仿真研究具有一定的参考价值。

开孔泡沫材料随机化Kelvin微结构模型建立与应用

建立较准确的微观胞体结构模型是一项极其复杂但极具价值的一项工作。利用Python,对Abaqus进行二次开发,实现规则Kelvin单胞结构、规则Kelvin多胞结构和随机Kelvin多胞结构等开孔泡沫结构的参数化设计和自动化建模,并对建模思路、关键算法的设计与实现加以说明。以泡沫铝为例,分别对规则Kelvin结构和随机Kelvin结构的开孔泡沫铝在准静态压缩过程中的力学行为进行了对比分析研究。研究成果对随机Kelvin胞体结构的开孔泡沫材料的数值仿真研究具有一定的参考价值。

考虑加速蠕变的岩石蠕变过程损伤模拟方法

针对岩石蠕变的阶段性特征,在深入研究岩石蠕变力学机理基础上,将岩石蠕变过程视为线性与非线性蠕变过程的迭加,通过引入损伤理论和Kachanov损伤演化规律,构建出可反映岩石非线性蠕变过程即加速蠕变过程特征的弹塑性损伤体元件模型,将其与可较好地反映岩石线性蠕变过程即减速蠕变过程特征的Kelvin元件模型进行串联复合,建立出可反映岩石蠕变全过程尤其是加速蠕变特点的岩石蠕变模型,并提出了简单可行的模型参数确定方法,从而建立出岩石蠕变全过程的新型模拟方法;该模型或方法不仅能较好地模拟岩石从减速到加速的蠕变全过程,而且,模型参数少,易于确定.最后,通过理论与实测曲线的对比分析,表明了该模型的合理性与可行性.

采空区顶板流变破断发展及灾变时间

采用广义Kelvin体建立采空区顶板-矿柱流变体系,基于弹性力学理论进行体系沉降与时间对应关系的求解,并带入实际案例进行验证。结果表明:顶板沉降发展总体符合广义Kelvin体描述的阶段性沉降特性,但由于实际边界条件的改变为一渐变过程,顶板沉降可表现为多阶段变化,甚至连续变化。尽管顶板实际沉降变化受过程影响与理论计算有所差别,但建立的基于广义Kelvin体的采空区流变模型对采空区稳定时间预测较为可信,可应用于矿山稳定性评估及合理采取安全措施。

基于L-M算法的分数阶导数粘弹性本构模型的参数求解

引入分数阶导数,建立了类Kelvin体粘弹性本构模型。用最小二乘法法和Levenberg-Marquard(L-M)算法,给出了求解类Kelvin体粘弹性本构模型参数的详细步骤。由实际数据选择初值,保证L-M法不会陷入局部最小。某固体推进剂的粘弹性本构模型参数的计算结果表明:该法可较好地表征推进剂松弛曲线,且模型简单、计算参数少。