单轴压缩下充填体损伤本构模型研究

为了揭示充填体材料在单轴荷载下的损伤机理,首先对充填体材料在单轴荷载下的应力—应变曲线进行分析,再以损伤变量作为影响充填体材料力学特性的内变量,基于统计损伤理论、最大拉应力准则和应变等效假说,推导了充填体材料在单轴荷载下的经典损伤本构模型。由于充填体试件在初始阶段存在压密过程,提出了压密系数并将其引入到经典损伤本构模型,弥补了经典损伤本构模型无法合理解释充填体压密过程的缺陷。采用修正损伤本构模型对几种不同试验数据进行拟合,并与经典损伤本构模型进行对比,结果表明：拟合曲线不仅能够较好地模拟充填体试件在初始加载阶段的压密过程,而且拟合曲线与应力—应变试验数据基本吻合,充分说明所建立的修正损伤本构模型可靠性较好。为了进一步研究拟合参数变化对拟合曲线形状的影响,采用控制变量法改变其中一个参数,结果表明不同类型的拟合参数会对拟合曲线的形状产生不同的影响。     

不同骨料含量胶结充填体的应力—应变关系研究

为研究粗骨料对充填体应力—应变关系的影响,在RMT-150C岩石力学试验系统上对4组不同粗骨料取代率充填体试件进行单轴压缩试验。结果表明:粗骨料对充填体应力应变、弹性模量等物理参数均有较大影响;适量骨料可显著提升充填体强度,同时保证了充填体对变形能的吸收能力,表明其内部结构是材料及配比之外对峰值强度产生较大影响的又一关键性因素,可为矿山充填料制备与充填方案选取提供参考;4组试件峰值点损伤值分别为0.28,0.33,0.26,0.30,骨料含量为20%的充填体峰值强度最大,损伤程度也最大;对比理论与试验曲线,发现基于损伤力学的本构模型对含骨料充填体峰前阶段应力应变及损伤的描述是准确的。     

围压与料浆浓度对尾砂充填体峰后损伤演化研究

对于矿山地下深部开采存在的地压问题，选取3组料浆浓度充填试件在RMT-150C压力机上经过不同围压三轴压缩后再进行单轴压缩试验，获得经过3组围压压缩后不同料浆浓度试件的应力—应变曲线数据，并结合Lemaitre应变等价原理，得到全尾砂胶结充填体的峰前后损伤值公式和损伤本构方程。从损伤—应变曲线可知：当料浆浓度一定时，增大围压，充填体弹性变形阶段缩短，更早达到屈服极限且峰值损伤值增大，继续增大围压，充填材料峰值损伤值降低；在低围压条件下，增大料浆浓度抑制了峰前损伤增长,但促进峰后损伤增长；在高围压条件下，随着料浆浓度的增大，充填材料损伤值先降低后升高，促进了试件破坏。     

块石对充填体强度特性及损伤演化的影响

块石胶结充填体中块石含量是决定承载能力的关键因素,在RMT-150C材料试验机上进行不同块石含量的尾砂胶结充填体单轴压缩试验,研究块石对充填体不同承载阶段变化规律的影响。对比应力-应变关系曲线,发现块石的加入有利于提高充填体抗压强度,延迟应力峰值出现。利用试验测试结果得到损伤本构模型表达式和损伤演化方程表达式。分析损伤变量-应变关系曲线可知,块石的加入有利于减缓损伤变量的增长速率,并对提高残余承载能力具有显著效果。     

高温花岗岩热冲击后力学特性及损伤演化规律研究

在干热型地热资源开发过程中,高温岩石面临遇水冷却引起的热冲击损伤问题。为了研究高温花岗岩在热冲击作用后的力学特性和损伤演化规律,开展了25～600 ℃范围内不同温度热冲击作用下花岗岩试件的单轴压缩试验,获得了热冲击花岗岩试件的应力?应变关系;提出了一种考虑初始热冲击损伤与加载期间试件微元破裂损伤相结合的热?力耦合损伤本构模型,并对统计损伤本构模型的相关参数进行了理论求解;考虑热冲击损伤引起的孔隙结构劣化效应,引入压密系数对热冲击花岗岩的本构关系进行了修正;通过试验应力?应变曲线对模型的有效性进行了对比和验证,讨论了温度水平对热冲击花岗岩单轴压缩损伤演化规律的影响。研究结果表明,随着热冲击温度的升高,花岗岩试件的初始热损伤不断增大,应力?应变曲线具有明显的非线性压密阶段;引入压密系数修正的统计损伤本构模型能够更加准确地表征热冲击花岗岩在初始加载阶段的非线性压密特征;在热冲击温度较低时,损伤变量演化曲线上升较为陡峭,随着热冲击温度的升高,曲线上升速率逐渐变缓并由非线性向线性转变。      

耦合损伤的22MnB5热变形本构模型

利用Gleeble 3500热力模拟试验机对22MnB5板材进行高温拉伸试验,研究了该材料在变形温度为700、800和900℃以及应变速率为0.01、0.1、1和10 s-1下的高温变形行为.在同一温度下,22MnB5的断裂应变随应变速率增加而呈现增加趋势,温度升高加剧这种趋势.建立了耦合损伤基于位错密度的统一黏塑性本构模型,该模型考虑了高温变形中损伤的演化规律,能够描述了应力-应变曲线后期的陡降段.利用遗传算法确定并优化该本构模型中的材料常数,所得材料常数确定的本构模型能够较好地预测22MnB5高温拉伸变形下的流变应力,并能较好地描述材料损伤演化规律.      

基于FLAC~(2D)的空场嗣后充填法采场结构参数优化

为了探明缓倾斜中厚矿体空场嗣后充填法在不同采场结构参数及不同回采阶段的采场稳定性,引进FLAC2D软件对采场宽度分别为32m、36m及40m时在三种回采阶段的应力、位移和塑性区分布规律进行二维数值模拟。结果表明,充填体理想弹塑性本构模型及矿岩应变软化本构模型适用于矽卡岩矿体,不同开采扰动及矿房跨度条件下采场稳定性不同,当采场沿走向宽度36m以下时最大主应力、最小主应力、塑性区分布及顶板竖直位移在安全范围之内。优化后的采场结构参数为采场沿走向宽度36m,其中矿房31m、间柱5m,实践证明该方案在安全性及经济性上能满足生产要求。     

基于Marzars损伤模型的胶结充填体合理强度确定

为了研究金山金矿不同灰砂比的尾砂胶结充填体破坏规律,运用损伤力学理论,建立了不同灰砂比的尾砂胶结充填体压缩损伤本构模型。采用采场采矿后的岩体释放能量逼近胶结充填体峰值变形能原则,结合金山金矿条带式充填采矿法试验采场的具体位置、地应力、采场结构参数,确定了尾砂胶结充填体的强度,为尾砂胶结充填参数的确定提供理论依据。     

TC4钛合金三种动态本构模型的对比分析

为研究风扇/压气机叶片在外来物体冲击载荷下的动态响应,需要建立叶片材料的动态本构模型。风扇/压气机叶片广泛采用TC4钛合金制造,研究建立TC4钛合金的动态本构模型具有重要的工程意义。南京航空航天大学胡绪腾等人基于TC4钛合金的应变率和温度相关单轴应力-应变曲线试验数据,优     

磷石膏膏体充填体力学特性研究

以贵州开磷集团膏体充填项目为工程背景,磷石膏膏体充填体为主要研究对象,采用室内试验与现场模拟试验相结合,进行磷石膏充填膏体力学特性试验研究。通过测定不同黄磷渣掺量、添加剂掺量和膏体质量浓度下膏体不同龄期（7 d、14 d和28 d）的立方体试块的抗压强度和抗拉强度,分析得到：试块抗压强度随着黄磷渣含量的增加而增加;膏体充填体强度随着膏体质量浓度增大而增强。结合FLAC^3D建立磷石膏膏体充填体力学本构模型并对试验进行数值验证,结果表明膏体充填体变形特性符合摩尔-库仑数值模型。     

初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响

通过试验研究含初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环共同作用下的性能,分析了不同初始损伤程度混凝土随腐蚀时间的增加,其质量、超声波传播速度、强度、单轴压缩应力应变曲线以及声发射活动的变化,运用损伤力学对腐蚀损伤进行定量评价和参数拟合,基于声发射特性建立含初始损伤混凝土的腐蚀受荷损伤模型并进一步分析其损伤演化过程,借助环境扫描电镜与电子能谱技术观测分析受硫酸盐腐蚀作用初始损伤混凝土微结构的变化,揭示其损伤机理.试验结果表明,随着腐蚀时间的增加,不同初始损伤程度混凝土的质量、超声波传播速度和强度均呈先增大后减小,初始损伤程度增加会加速混凝土在腐蚀作用下物理力学性能的劣化,其影响存在阈值,分别以抗压强度、超声波速为损伤变量可以建立混凝土的腐蚀损伤劣化方程,并进一步得出不同损伤表达式间的函数关系;相同腐蚀时间下,初始损伤的增加使声发射活动减弱且产生明显的声发射的时间滞后;初始损伤下,基于声发射特性的混凝土损伤演化过程可分为初期压密阶段、损伤稳定演化阶段和损伤加速发展阶段3个阶段;初始损伤的增加使混凝土内部腐蚀反应更为活跃,微裂纹网络体系比无初始损伤状态下更加发达,呈现龟裂状延伸和扩展,进而改变了混凝土的宏观物理力学性质.      

Micromechanics-Based Predictions on the Overall Stress-Strain Relations of Cement-Matrix Composites

A micromechanics-based model is proposed to determine the nonlinear stress-strain relations of cement-matrix composites at different concentrations of inclusions (aggregates). We first conducted some experiments to uncover the stress-strain behavior of the cement paste with a water-to-cement ratio of 0.45, and those of the mortar with the same cement paste but at three different volume concentrations of aggregates. The behavior of the cement paste is then simulated by Burgers’ rheological model. In the development of the composite model, we extend the linear elastic response to the nonlinear one through the replacement of elastic moduli by the corresponding secant moduli. The nonlinear stress-strain curves of the cement-matrix composite are then determined from those of the cement paste and inclusions. It is shown that the predicted stress-strain curves of the mortar are in close agreement with the experimental curves up to an aggregate volume fraction of 49% or 60?wt?%.     

Constitutive Modeling for Elevated TemperatureFlow Behavior of 30Cr2Ni4MoV Ultra-super-crit- ical Rotor Steel

In order to perform numerical simulation of forging and determine the hot deformation processing parameters for 30Cr2Ni4MoV steel, the compressive deformation behaviors of 30Cr2Ni4MoV steel were investigated at the temperatures from 970 to 1270 ℃ and strain rates from 0. 001 to 0.1 s-1 on a Gleeble-3500 thermo-mechanical simulator. The flow stress constitutive equations of the work hardening-dynamical recovery period and dynamical recrystallization period were established for 30Cr2Ni4MoV steel. The stress-strain curves of 30Cr2Ni4MoV steel predicted by the proposed model well agreed with experimental results, which confirmed that the proposed equations can be used to determine the hot deformation processing parameters for 30Cr2Ni4MoV steel.     

Analytical Model for Concrete Confined with Fiber Reinforced Polymer Composite

An analytical model to predict the behavior of concrete confined with fiber reinforced plastic (FRP) composites subjected to axial compressive loads was developed. First, a constitutive model for plain concrete was formulated from past experimental results obtained from triaxial compression tests of concrete, in which concrete specimens were maintained under constant confining stresses. This was an orthotropic constitutive model based on the concept of equivalent uniaxial strain. Subsequently, in the analytical model for FRP confined concrete, the proposed constitutive model for concrete materials was incorporated. The FRP was assumed to be a linear elastic material. Force equilibrium and strain compatibility between the concrete and the FRP as well were satisfied. When the proposed model was applied to FRP confined concrete, the model overestimated the axial stress. To rectify this, a subsequent maximum strength criterion was introduced to control the maximum strength in the postpeak region when confining stress was continuously increased. The proposed analytical model with the addition of the subsequent maximum strength criterion is in good agreement with the experimental results.