基于三剪能量屈服准则的岩石弹塑性耦合模型

为建立能够准确描述岩石变形过程中能量演化规律的力学模型,提出利用三剪能量屈服准则和弹性剪应变能获取岩石黏聚力与内摩擦角,以及基于三剪能量塑性势函数获取剪胀角的方法,依据所提方法和岩石循环加卸载试验数据,得到了各级围压下不同塑性累积阶段岩石的弹性模量、黏聚力、内摩擦角及剪胀角等参数,发现随着塑性变形的增大,弹性模量呈负指数关系减小,黏聚力峰前线性增大而峰后呈负指数减小,内摩擦角满足比例参数为1、形状参数为1.5的Weibull函数,剪胀角线性减小;随着围压的增大,弹性模量和黏聚力均呈线性关系增大而剪胀角呈线性减小。建立岩石三剪能量弹塑性耦合力学模型,实现了模型在有限差分软件中的二次开发并编写了能量演化监测程序。模拟岩石室内试验,结果表明所建模型能较准确地描述岩石后继屈服过程中的硬化软化、剪胀、围压效应以及能量演化等力学行为。研究成果可为从能量角度研究岩体失稳提供理论支撑和现实手段。

煤柱稳定性的时间相关性分析

利用最小势能原理,在分析了煤柱与顶板的相互关系以及煤柱受力状况后,建立了考虑顶板刚度及煤柱软化与流变特性的煤柱时间相关稳定性分析模型,引入煤岩体的蠕变本构关系,对煤柱的长期变形和稳定性进行了分析,得到了煤柱保持长期稳定的必要条件以及煤柱保持稳定的最小时间计算公式.在利用短壁开采方法控制地表沉陷的工程中,对煤柱变形与稳定性进行了预测,其结果与现场实测一致.

煤与瓦斯突出潜在危险区(带)预测

煤矿的生产和实践证明 ,发生在矿井中的动力现象具有分区和成带的特点。文章探讨了把煤、岩和瓦斯作为一个体系 ,采用力学方法的划分问题。根据对煤岩复合样及含瓦斯煤样在复杂应力状态下力学性质的分析 ,基于对Drucker-prager理论的修正和完善 ,建立了它们的断裂判据 ,并给出了计算稳定性系数和潜在弹性应变能密度的公式 ,提出了按这两个指标划分煤与瓦斯突出潜在危险区 (带 )

土-结构非线性相互作用混合约束模态实施方法

分析、探讨线性-非线性混合约束模态综合法用于土-结构相互作用的动力分析实施方法。据结构存在局部非线性特性,提出对整体结构划分为若干个线性、非线性子结构,对线性子结构只需一步提取特性矩阵并进行方程降阶,而对非线性子结构则逐步提取降阶后的等效特性矩阵。通过组装各子结构达到对整体结构特性矩阵的降阶处理。对非线性子结构凭借在小段时间Δt内利用分段等效线性化手段,通过ANSYS二次开发工具UPFs编辑写成可执行程序文件,并与MATLAB联立计算,实现特性矩阵提取。结果表明,该方法求得结构的各阶频率和动态响应时程曲线与ANSYS直接计算吻合良好。可逐步提取等效弹塑性特性矩阵,为采用变化的特性矩阵对结构进入塑性阶段深层次分析研究提供有效方法。

基于能量原理的岩样单轴压缩剪切破坏失稳判据

利用能量原理对倾斜的剪切带-带外弹性岩石构成的系统的稳定性进行了研究。单轴压缩岩样沿轴向的变形被分解为两部分,带外弹性岩石压缩引起的变形和剪切带错动引起的变形。后者与剪切带的相对剪切变形具有简单的几何关系。系统的总势能由剪切带的弹性及耗散势能和带外弹性岩石对剪切带所作的外力功构成。剪切带的弹性及耗散势能与剪切带的体积有关系。剪切带的尺寸由梯度塑性理论确定。将系统的总势能对相对剪切变形求一阶导数(等于零),得到了弹性岩石的平衡条件。将总势能对相对剪切变形求二阶导数(小于零),得到了系统的失稳判据。它综合反映了岩石材料弹性及应变软化阶段本构参数(弹性模量及软化模量)、剪切带之外弹性岩石的尺寸、剪切带的尺寸及系统的结构形式(剪切带倾角)对系统稳定性的影响。失稳判据比以往所得到的失稳判据更严格,更精确,更具有广泛意义。

直杆塑性动力屈曲的能量准则和特征参数解

提出弹塑性应力波作用下直杆动力屈曲的定量求解方法,将临界应力和惯性指数作为一对特征参数求解.由相平衡邻位形准则得出屈曲控制方程和边界条件,由所导出的能量转换和守恒准则得出压缩波阵面上的附加约束方程,由此得出了问题的完备定解条件,从而提出了求解直杆塑性动力屈曲的特征参数方法.

反复动载作用下结构的伪安定问题

根据能量准则,详细讨论了反复动载作用下两端固定梁的伪安定现象.分析表明:结构吸收的弹性变形能将随塑性变形的增长而不断增加。当结构因变形所吸收的弹性变形能在数值上等于外载所作的功时,该结构便达到伪安定状态.

线性强化型弹塑性弯曲直梁挠曲线方程

针对材料在弹塑性阶段的应用不完全问题,本文用弹塑性分区最小势能原理,推导出线性强化模型下弯曲直梁的势能分区准则和欧拉方程。求解出集中载荷作用下悬臂梁和简支梁的挠曲线方程,将挠曲线方程代入MATLAB软件进行数值计算并将其结果与ANSYS对比分析。结果表明:数值解与有限元值均满足实际工程中允许的误差范围,给出的方法可为解决工程实际问题提供一个新的思路。

三向六边形网架的弹塑性变分解

本文依据平板网架拟板法 ,对三向类正六边形网架进行弹塑性变分求解。由最小势能原理解出网架弹塑性变形的挠度 ,进而推求网架上、下弦杆件的内力和截面。

一般硬化材料弹塑性旋转盘的变分解法

首先在小弹塑性范围内用应变的奇次四项式相当精确地拟合一般硬化材料的拉伸曲线;再在体积不变条件下用弹性位移场的已知模态和一待定幅值构成弹塑性位移场;最后用势能原理确定该幅值而得到封闭解。

一般硬化材料弹塑性梁的工程解法

在小弹塑性变形范围内,首先将应力写成应变的奇次四项式的幂函数形式。使其相当精确地拟合材料的拉伸曲线。然后,应用弹性梁的位移模态和一待定系数构成弹塑性位移场。并用最小势能原理确定该系数,从而得到封闭解。最后,给出若干典型算例和实验验证。实验结果和理论结果吻合得很好。

一般硬化材料板弹塑性弯曲的工程解法

在小弹塑性变形范围内，首先将应力写成应变的奇次四项式的幂函数形式，使其相当精确地拟合材料的拉神曲线．然后．用弹性板的位移模态和一待定系数构成板的弹塑性位移场．用最小势能原理确定该系数．从而得到板的封闭解．

基于映射广义弹性系数的电网静态稳定快速评估判据

直接利用广域量测信息实现电网静态稳定快速量化评估是提高大电网在线监控和预警能力的关键。竺炜教授借鉴运动力学空间中静态稳定的物理概念,首次将电力系统全映射到弹性力学空间,为基于响应的大电网在线稳定态势量化评估提供了新的视角。该文在此基础上,区别于常规的电网等效建模方法,依据映射弹性势能及实时量测信息,将电网等效成一条虚拟的"源网荷"弹性支路,并提出一种电网静态稳定性能快速量化评估判据,即广义弹性系数。在新英格兰10机39节点系统和某省级电网中的仿真结果验证了所提方法的可行性。该方法直接利用量测信息进行简单的数值计算,避免了各类等效参数辨识环节及不确定因素,具有较大的工程应用价值。

基于分子动力学模拟的金属构件的弹-塑性分解方法

针对金属多晶材料构件的分子动力学(MD)模拟,本文提出了一种新的弹-塑性分解方法.文章将MD运动轨迹分解为结构变形和热振动,给出了计算结构变形的方法和近似公式;针对金属多晶材料构件的当前构型,给出了基于FCC|BCC晶胞和四原子占位的四面体单元相组合的连续变形函数及计算变形梯度的算法;利用原子-连续关联模型,发展了计算当前构型应力场和弹性张量的算法.分析了当构件承受过大载荷后在材料内部所产生的微观缺陷,并将其分类标定为位错、层错、挛晶界、晶界和空位等;对于层错和挛晶界讨论了在弹性卸载过程中应满足的刚体运动约束方程;利用极小势能原理构造了基于当前构型的弹性卸载算法,进而给出了完整的基于MD模拟的计算弹-塑性应变的算法.最后,针对单晶铜纳米线拉伸的MD模拟,计算了弹-塑性应变场,验证了本文方法的合理性.本文提出的基于MD模拟的弹-塑性分解方法,为从微观到宏观的多尺度和多模型耦合计算提供了算法支撑.