硬脆性岩石多尺度损伤蠕变模型及长期强度研究

从损伤累积角度,考虑在应力溶蚀作用下微裂纹的亚临界扩展,在硬脆性岩石多尺度摩擦损伤耦合力学模型的基础上,探究细观时效损伤的演化规律。在摩擦准则中引入时效损伤变量,构建合适的时效损伤演化准则,进而推导宏观非弹性应变和细观损伤之间的定量关系,建立可完整反映硬脆性岩石蠕变曲线三阶段特征的多尺度损伤蠕变本构模型。以裂纹损伤应力作为反映硬脆性岩石长期强度的指标,结合摩擦损伤耦合分析和细观时效损伤演化规律研究,获得硬脆性岩石长期强度的解析表达式和模型参数的跨尺度标定方法。运用提出的多尺度损伤蠕变模型模拟向家坝砂岩的三轴压缩蠕变试验,验证模型的准确性和有效性。研究结果表明:提出的蠕变模型不仅完整地描述了不同应力水平下硬脆性岩石各阶段的蠕变特征,而且充分考虑了应变历史对时效损伤的影响。此外,长期强度的解析表达式也为蠕变试验荷载的分级提供理论依据。

基于特征正交分解的材料微结构参数化表征模型及等效性能优化设计

随着计算能力的不断发展,近年来基于材料微结构图像的材料等效性能数值模拟越来越受到学者们的重视.在此背景下,提出了一种针对材料微结构图像的高效参数化表征模型.通过特征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)对已有材料微结构图像数据进行特征分析,得到近似描述该类材料微结构的特征缩减基.应用移动最小二乘(moving least squares,MLS)法建立特征缩减基映射系数的响应面模型,拟合得到任意给定参量相应的缩减基映射系数.利用拟合缩减基系数可获得任意给定参量对应的微结构图像矩阵.该参数化表征模型被用于表征含椭球夹杂的两相材料(2-phase composite)的二维情形,并进一步应用于这类复合材料宏观等效力学性能的优化设计.