基于HRR场的疲劳裂纹扩展模型研究

针对实际工程中安全性与经济性的需求,基于Hutchinson-Rice-Rosengren(HRR)应力-应变场提出一种Ⅰ型疲劳裂纹扩展速率预测模型。采用HRR应力-应变场描述裂纹尖端区域的应力应变分布状态,在考虑循环载荷及应变能密度理论的前提下,定义一个裂纹尖端损伤区域;同时,为消除裂纹尖端的应力奇异值问题,建立考虑裂纹尖端钝化效应的钝化半径计算方法;结合RICE的塑性叠加法与塑性应变能失效准则,发展一种Ⅰ型疲劳裂纹扩展速率模型。利用所提LIUX(HRR)预测模型对9种金属材料裂纹扩展速率进行计算,与Pandey(HRR)与CHEN-CAI Rice-Kujawski-Ellyin(RKE)两种裂纹扩展预测模型计算结果进行对比分析。同时,基于R2拟合效果及疲劳裂纹扩展三阶段的不同需求,给出三种预测模型的预测结果,并从安全性、精确性及经济性三方面给出相应的评分。最终结果表明,LIUX(HRR)预测模型适用范围更广,拟合效果更佳,能够更好地满足实际工程中的经济性与安全性的需求。

塑性应变准则在油井出砂预测中的应用

用塑性应变准则建立了油井出砂预测的有限元力学模型 ,岩石的屈服应力准则用Drucker Prager准则。在某油田地层参数下 ,用该模型得到了不同井筒压差所对应井壁附近的塑性应力、应变变化结果 ,用这些结果可预测油井出砂情况。根据临界塑性应变 ,确定了井壁不出砂的临界生产压差 。

油气井出砂预测研究

用塑性应变准则建立了油井出砂预测的有限元力学模型 ,岩石的屈服应力准则用Drucker-Prager准则 ,在国内是油井出砂预测的一种新方法。在某油田地层数下 ,用该模型得到了不同井筒压差所对应井壁附近的塑性应力、应变变化结果 ,用这些结果可预测油井出砂情况。根据临界塑性应变 ,确定了井壁不出砂的临界生产压差 。

脱砂压裂井出砂预测研究

建立了脱砂压裂井井眼围岩压实带分析模型,利用塑性应变准则对压裂前、后油井出砂进行了有限元模拟,定量分析了压实带各参数对油井出砂临界生产压差的影响规律。研究表明:压实带的弹性模量及内聚力是影响井眼围岩应变的重要参数,弹性模量及内聚力的增加均可在一定程度上降低井眼围岩的等效塑性应变,提高油井临界生产压差;泊松比变化对围岩应变的影响可近似忽略不计;压实带内各参数的综合作用可显著改善井眼围岩的稳定性,明显提高油井出砂临界生产压差。

基于ABAQUS的强度折减有限元法边坡稳定性分析

将强度折减有限元法与ABAQU S软件相结合,充分利用ABAQU S软件强大的后处理功能,动态显示广义塑性应变和塑性区的开展情况,以此对边坡稳定性进行判定。在ABAQU S软件的模拟计算中,通过不断调整强度折减系数F的大小,改变土体的强度指标c、值,得到不同折减系数下边坡中广义塑性应变的发展情况;当塑性区趋于贯通,且广义塑性应变和位移发生突变时,则边坡处于破坏的临界状态,此时的折减系数就定义为边坡的最小稳定安全系数。通过天然直立边坡及开挖边坡的实例分析,表明该法可以较准确形象地预测边坡潜在滑裂面的位置及评价边坡的稳定性,在复杂条件下的基坑边坡稳定性分析中是简便实用的。

高速变形材料塑性及JC和MSV断裂准则的表达能力

研究了超高变形速率下材料的塑性(延性)演化规律和断裂行为。通过45钢、Ti-6Al-4V、Al2024-T3和Al2024-T351四种材料高速变形数据,考察了JC断裂准则和MSV断裂准则对于高应变率下材料失效行为的表达能力。研究发现,JC断裂准则中材料的失效应变随着应变率的增加单调增大,JC断裂准则能够描述中低应变率范围内(0-10~3/s)材料的断裂情况;对于应变率更高(≥10~4/s)情况下材料的断裂行为,JC断裂准则不能描述。材料的MSV在约10~4/s时突然增大,MSV断裂准则能够描述超高应变率下材料的断裂趋势。

FRP/塑料复合管道设计新方法——限定环向应变设计准则

根据FRP和塑料的不同技术性能特点,提出适用于FRP/塑料复合管道设计的限定环向应变设计准则。多年的工程实践表明,该设计方法简捷、可靠、实用性强,其安全系数取值更为准确、合理。

基于四阶段应力-应变模型的深部巷道围岩弹塑性分析

为分析巷道破裂区范围,基于统一强度准则和非关联流动法则,考虑中间主应力及扩容系数的影响,建立了深部巷道围岩弹性区-塑性区-软化区-破裂区四阶段应力-应变模型,并求得围岩应力、应变及变形的封闭解。结合工程案例,分析了不同强度参数、应力-应变模型、剪胀角、残余黏聚力等对围岩状态变化的影响。研究结果表明:强度参数对围岩应力、应变及峰后破坏范围均具有重要影响。随着强度参数的不断增加,围岩环向应力峰值及峰后破坏范围均不同程度增大,应力曲线左移;扩容系数与强度参数和剪胀角均成正相关关系;随着残余黏聚力的不断增加,围岩峰后破坏范围及表面位移均呈现出非线性减小特征,其减小速率不断降低;与其他应力-应变模型相比,围岩峰后破坏区位移呈现出EBM>EPBM>ESM>本文模型>EPM的变化特征。此外,随着峰后破坏区剪胀角的不断增加,其围岩表面位移也不同程度增加:破裂区剪胀角对其影响最为显著,软化区剪胀角次之,塑性区剪胀角影响最小。这些分析结果可为围岩稳定性分析及支护参数设计提供重要理论依据。

基于突变理论的边坡失稳判据研究

由于有限元计算不收敛判据、塑性区贯通判据和位移突变判据在工程应用中均有一些局限性,在郑东健等人研究的基础上把总塑性应变能突变判据应用到边坡的稳定分析中,同时结合实际边坡算例,对这四种判据所得结果进行比较.结果表明:计算不收敛判据与迭代次数、收敛准则和收敛容差有关;塑性区贯通判据受人为因素影响较大;位移突变判据与计算监测点的位置、位移选取方式密切相关;总塑性应变能是一单值,受外界因素影响较小,并能反映边坡的整体稳定情况,是边坡失稳有限元分析中较好的判据.

三轴应力下再生粗骨料塑性混凝土的力学性能和破坏准则

通过单轴、侧压相等和侧压不等三轴压缩试验,研究了再生粗骨料塑性混凝土(RPC)的应力-应变-强度特征,与原生粗骨料塑性混凝土(PC)性能进行了对比,并建立了基于空间八面体的强度破坏准则.结果表明:再生粗骨料塑性混凝土强度与围压的关系符合库伦破坏准则,其黏聚力低于原生粗骨料塑性混凝土,内摩擦角相差不大;再生粗骨料塑性混凝土应力-应变曲线由单轴下应变软化转变为三轴下塑化,且侧压越大,理想塑化越明显;在3种试验下,试件均出现了最大体应变,且随着侧压的增加而增大;再生塑性混凝土抗裂性能高于原生粗骨料塑性混凝土,且随侧压增大而增强.

双曲率钣料力学展开法

本文考虑了船体外钣在弯曲加工过程中弹-塑性复杂变形的影响,提出了一种包括这些力学因素的展开方法,求出了较为精确的展开轮廓。文中首先分析形变。得出位移应力的协调方程,再由受力平衡条件,考虑了复杂应力-应变的塑性关系,给出适当应力函数及钣料形状的表征函数,设定边界条件,求出钣料中性层平面的位移量。最后对二种常见的曲率对称矩形钣进行了计算,采用曲率参数K=(4f_xf_y)/a^2,求出其位移量。知其在K≤5×10^(-8)的范围内,用虎克特性规律进行估算,在实用上有足够的精度。