花岗岩单轴压缩力学特性试验及数值模拟

采用电液伺服试验机对花岗岩进行单轴压缩试验, 利用RFPA 模拟岩石破裂过程, 详细分析了单轴压缩下花岗岩各特征应力大小、损伤过程、破坏模式及裂纹扩展规律。结果表明: 花岗岩在单轴压缩下裂纹闭合应力、裂纹起始应力、损伤应力分别占峰值应力的41. 1%、58. 7%、88. 3%; 在损伤变量的基础上提出损伤变量临界值, 以应变值为基础建立花岗岩损伤与裂隙演化之间的联系, 定量分析了花岗岩裂隙演化4 个阶段下损伤变量的变化; 花岗岩单轴压缩下破坏模式与主裂隙方向有关, 当主裂隙方向和轴向压应力方向平行时, 花岗岩发生竖向劈裂破坏, 当主裂隙方向与轴向压应力方向存在夹角时, 花岗岩发生竖向劈裂与剪切组合破坏; 根据RFPA 2D 模拟得到花岗岩破裂结果, 发现当加载应力达到峰值应力的46. 9%时, 花岗岩内部出现局部的微损伤, 当加载应力达到峰值应力的63. 3%时, 花岗岩内部的微损伤累积引起局部的微裂纹, 当加载应力达到峰值应力的88. 3%时, 花岗岩内部的微裂纹汇聚形成显裂纹, 在显裂纹区域出现应力集中现象, 使得显裂纹相互贯通, 最终导致花岗岩的宏观破坏。     

混凝土双轴压缩强度尺寸效应机理

为了研究混凝土双轴强度尺寸效应产生的机理,考虑混凝土尺寸效应及其宏观力学非线性源于其材料组成的非均质性,结合混凝土细观结构形式,从细观角度将混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了尺寸分别为150 mm×150 mm、300 mm×300 mm和600 mm×600 mm的数值混凝土试件.首先通过对150 mm×150 mm方形混凝土试件进行单轴压缩力学特性模拟,采用反演法确定了界面过渡区的力学参数,进而对双轴压缩加载下混凝土的破坏行为及其尺寸效应进行了分析.研究结果表明:1)损伤破坏形式随试件尺寸发生变化,试件最终破坏消耗的断裂能不同是导致混凝土双轴压缩强度产生尺寸效应的主要原因;2)混凝土单、双轴压缩强度均存在明显的尺寸效应行为,并且Bazant尺寸效应律能够较好地描述混凝土在单、双轴压缩加载下的强度尺寸效应.     

基于离散元的岩石单轴压缩实验模拟及断裂特性分析

利用20 t级单轴实验机对大庆三肇地区深层岩石进行单轴压缩实验。基于室内实验力学得到岩石物理参数及单轴压缩所能测出的接触参数,通过离散元软件虚拟参数标定得到与室内实验相似力学性质的模拟岩石试样,并通过离散元软件EDEM对该岩石试样进行单轴压缩实验模拟,得到应力⁃应变曲线,通过对应力⁃应变曲线得到阶段性的破坏过程,研究了在单轴应力条件下岩石破坏的阶段性形态及微观的力链断裂特征及不同时刻黏结键数目与时间的关系。研究表明,在单轴压缩过程中脆性岩石没有较大的变形,力链断裂的方式为直接断裂,没有发生很大的形变。产生这种破坏的原因可能是岩石中裂隙的发生和发展的结果。     

透明类岩石材料内置裂隙试验研究

为了探究岩体内部裂隙的扩展破坏过程,本文研制出一种新型透明类岩石材料,在内部预制裂隙进行单轴压缩试验。试验详细观察了预制裂隙试件完全破坏总过程,分析总结了裂纹扩展的每个阶段所呈现出来的特点和规律,研究了不同长度裂隙对试件基本物理力学参数的影响,得出了裂隙长度越大,试件的单轴抗压强度和弹性模量都越低的结论。     

混凝土单轴压缩过程中损伤演化与声发射分析

为了研究混凝土单轴压缩状态下的损伤演化过程,利用声发射设备采集试样破坏过程的声发射数据,基于声发射信号建立声发射能量表述的损伤本构方程,对损伤程度进行量化表述,提出了损伤因子在启裂强度和损伤强度的取值区间.基于连续介质损伤力学,对微裂纹的发育过程和声发射能量数综合分析.结果表明,理论应力-应变曲线与试验曲线吻合较好,混凝土单轴压缩过程各阶段吻合度较高,混凝土单轴压缩损伤本构模型具有一定的合理性.     

混凝土四相复合模型的三维细观破坏模拟

考虑到混凝土内部细微裂隙的存在对混凝土强度和变形的重要影响,提出将混凝土视为砂浆、骨料、界面和随机缺陷组成的四相复合材料模型。混凝土细观单元服从应变空间内增量形式的弹塑性损伤本构,采用破坏单元网格消去法模拟混凝土裂纹扩展,数值模拟了三维混凝土单轴压缩和不同均质度试样的单轴拉伸弹塑性损伤破坏过程。结果表明：文中建立的混凝土四相复合材料模型中增加随机缺陷的模拟,一定程度上符合混凝土成形实际情况;随机缺陷的体积百分比是决定弱化混凝土宏观强度程度的主要因素;均质度低的单轴拉伸试样裂纹咬合明显,均质度高的试样断裂更清晰,数值模拟结果与试验结果较吻合。     

单轴状态下混凝土的静力,动力损伤本构模型

根据混凝土损伤理论及混凝土在单轴拉（压）状态下的变形与损伤特性的结果,提出了混凝土在单向受力状态下的静力与动力损伤本构模型。经验证,文中提出了的弹塑性本构模型能较好地反映混凝土在单轴状态下的损伤演化规律。     

单轴压缩条件下红砂岩微细结构演化规律的试验研究

通过单轴压缩微细结构试验,采集了红砂岩的微细结构图像系列,提取了微细结构量化参数,对不同风化程度红砂岩在单轴压缩条件下微细结构的演化规律进行了分析.试验结果表明:在单轴压缩条件下,红砂岩的内部结构将经历劣化减弱、稳定劣化、加速劣化以及破坏4个阶段;随荷载的增加,红砂岩的颗粒面积比例总体上趋于减小,颗粒定向性逐渐减弱,较大颗粒逐渐破碎,导致其平面分布越来越分散;孔隙的变化趋势恰好与颗粒相反.同时,还研究了不同风化程度红砂岩的水理特性和膨胀特性.研究结果为荷载作用下岩石微细结构演化规律研究及相应本构关系的建立提供了重要的依据.     

胶结充填体力学特性的加载速率效应试验

为探究胶结充填体在不同加载速率状态下的力学参数变化规律及其破坏模式,采用数显式压力机分别对2.0、4.0、6.0、8.0 mm/min这4种加载速率下的胶结充填体开展单轴压缩试验.试验结果表明:在2.0~8.0 mm/min加载速率范围内,加载速率对于胶结充填体的抗压强度值和割线模量均具有明显的强化效应,且峰值抗压强度值和割线模量随加载速率增大而增大.峰值抗压强度与加载速率呈多项式函数规律,而割线模量与加载速率则呈指数函数分布规律.且随着加载速率增大,胶结充填体试件破坏形式表现为拉剪混合破坏向单一剪切破坏形式逐渐转化.研究结果揭示了胶结充填体的力学特性加载速率效应,为研究充填体破坏机制提供一定的参考依据.     

混杂纤维增强高强混凝土受压应力-应变关系

利用微机控制电液伺服压力试验机和动态应变仪,对高强混凝土及纤维与混杂纤维增强高强混凝土进行了单轴压缩试验,根据实测的应力-应变曲线特点,计算了不同混凝土的压缩韧度指数,提出了纤维混凝土的受压本构关系方程.试验表明,纤维尤其是混杂纤维的掺入,使高强混凝土具有较高的抗压强度和韧度指数,其破坏点处的韧度指数达到了普通高强混凝...     

基于模态参数指标的空心板梁桥铰缝损伤对比研究

模态参数反映结构动力特性,基于模态参数的损伤指标能反映结构动力特性的变化,可用于桥梁结构损伤识别。以模态参数构成的损伤指标众多,每个损伤指标通过自身的变化来识别损伤,但难以用统一标准对不同损伤指标的识别效果进行量化对比。针对空心板梁桥的铰缝损伤,提出一致性量化指标,从数据层面定量描述指标的损伤指示效果,便于各类损伤指标的对比和应用。首先根据模态参数损伤指标,构造一致性量化指标,定量描述不同损伤指标的识别效果;然后建立空心板梁桥及其铰缝损伤的有限元实体模型,模拟3种不同铰缝位置处的损伤工况,对每处损伤分别设置6种不同损伤程度;最后应用一致性量化指标对比各损伤指标的识别性能,总结不同工况下各损伤指标识别效果的变化规律。分析表明,一致性量化指标能够在不同工况下定量描述不同损伤指标的识别效果。     

反辐射导弹毁伤能力评估研究

将反辐射导弹(anti-radiationmissile,ARM)的毁伤能力细化为爆破毁伤能力和破片杀伤能力;在分析反辐射导弹毁伤能力评估模型的基础上针对不同的炸点,建立了反辐射导弹的综合毁伤模型;并评估了4种典型反辐射导弹炸点在不同位置时的毁伤能力。     

结构损伤参量灵敏度分析的传感器数量位置优化

为判断结构是否存在一定水平的损伤,对结构健康监测系统中所需的加速度传感器的最小数目及其位置进行计算.以损伤参量的灵敏度技术为基础,根据结构损伤对各种损伤参量的影响范围的不同,以遗传算法为工具,针对各种损伤参量得出所需传感器的最小数目以及其配置位置.通过对19自由度的简支梁进行仿真分析,得到对于不同损伤参量进行损伤识别所需加速度传感器最小数目和位置,结果表明对于该算例,柔度法所需传感器数目较少,但是损伤位置比较难确定,而对于模态曲率和模态应变能所需传感器比较多.通过该布置方法可以对结构损伤情况的损伤位置有大致评估,对多损伤状态的最大损伤处有初步定位.     

Damage mechanism of single-layer reticulated domes under severe earthquakes

To study the damage mechanism of single-layer reticulated domes subject to severe earthquakes, three limit states of single-layer reticulated domes under earthquakes are defined firstly in this paper. Then, two failure modes are presented by analyzing damage behaviors, and their characteristics are pointed out respectively. Furthermore, the damage process is analyzed and the causes of structural damage in different levels are studied. Finally, by comparing deformation and vibration status of domes with different failure modes, the principles of different failures are revealed and an integrated frame of damage mechanism is set up.     

多分辨率分析和小波能量曲率的框架结构损伤识别

为研究运用多分辨率和小波包分析方法识别结构损伤的有效性,以三层混凝土框架结构为研究对象,分别建立不同损伤工况下的三维有限元数值模型,采用ANSYS程序进行动力时程分析,研究不同识别指标和输入信号的识别灵敏度以及其他因素对损伤识别结果的影响.分析结果表明:小波包能量曲率差法能够较好达到损伤识别的目的,输入信号使用加速度响应信号比速度和位移响应信号具有更好的识别效果;有限元模型网格划分、加速度时程响应信号的提取位置以及采样频率对损伤位置的识别有较大影响;有限元网格划分越密、加速度时程响应信号提取位置离损伤位置越近、采样频率越大,损伤位置识别越精确.     

基于小波变换的桥梁健康监测多尺度分析

针对桥梁结构健康监测具有实时性和数据量大的特点,提出了一种应用两个小波分别对实时测试数据进行分解和重构表达信号特征的方法,并定义了一个损伤指示系数,可按给定阈值在实时测试数据中搜寻损伤信息,确定损伤时刻,实现安全预警的目的.以一个发生损伤的两跨连续梁为例,对结构损伤进行了数值模拟,分析了在不同损伤位置及不同损伤率的情况下,损伤指示的敏感性.该实例表明对于梁中单元出现6%以上的刚度损伤有较好的损伤指示能力;由于多尺度分析方法具有较高的计算效率,能够在桥梁健康监测系统中在线完成损伤预警.     

Static solution on four-region spherial cavity expansion model in a pressure sensitive medium

Spherical cavity expansion model is often used to study the mechanic characteristics of pressure sensitive mediums. The most important one we do in the paper is that we construct a four-region model with σθ≠0 in damage region,which is different from what Satapathy did before and is more reasonable. By adopting this model,different constitutive equations were constructed by different method-elastic mechanics in elastic region,damage mechanics and fracture mechanics in damage region,and macro-micro mechanics theory in plastic region. Then using Durban's self-similarity assumption,the control differential equations with boundary conditions were established,and the static numerical solution of stress field and displacement field in the three different regions of elastic,damage and plastic area were discussed respectively. Results showed that this four-region model can describe precisely the mechanic characteristics of pressure sensitive mediums under initial pressure.     

缺口件疲劳损伤累积规律的研究

为解决传统疲劳方法对于缺口件疲劳寿命估算不准确的问题,引入疲劳损伤累积的概念.利用有限元分析方法,计算了中心圆孔试件在4种疲劳载荷作用下缺口处的应力-应变响应.采用坐标变换的方法得到缺口处在4种疲劳载荷作用下任意材料平面上的应力、应变分量.选取6种损伤参量进行研究,计算得到6种损伤参量随截面位置的变化情况,进而可以确定最大疲劳损伤.为了获得6种损伤模型的累积规律,计算在不同循环内的最大累积损伤,进而获得最大疲劳累积损伤与循环次数的关系.结果表明:中心圆孔缺口件在4种疲劳载荷作用下6种损伤模型的累积规律都为线性.以该结论为基础可估算缺口件的疲劳寿命.     

基于动态响应特性的点焊疲劳损伤参量

针对不同疲劳损伤累积量,研究了点焊疲劳试件的固有频率变化特性.研究结果表明,试件的固有频率与所承受的循环数比成非线性关系.提出了一个由固有频率相对变化来描述的疲劳损伤参量,并利用疲劳损伤理论,建立了非线性疲劳损伤演化模型.结果表明,所提出的疲劳损伤参量能够很好地描述点焊接头疲劳损伤特性,疲劳寿命预测误差在两个因子之内.     

基于频率指标用BP网络进行结构损伤识别

基于摄动理论,推导出结构的频率变化比为结构损伤位置的函数,以此为损伤指标,结合BP网络进行结构损伤识别.以悬臂梁为研究对象,通过使结构刚度下降来模拟损伤情况,用结构损伤前后的频率变化比构造网络输入,对损伤进行定位分析.选取不同的损伤工况进行模拟计算,结果表明识别效果比较理想.