颗粒煤岩破裂过程声发射与电荷感应试验

考虑颗粒间摩擦和黏结力作用,建立了基于颗粒物质力链失稳的煤岩体破裂判据。分析颗粒煤岩单轴压缩试验结果,得到了颗粒煤岩抗压强度、弹性模量随颗粒煤岩粒径增加而降低的变化规律,从细观尺度证明了煤岩单轴压缩张拉破坏的根源为剪切破坏。分级和循环2种加载试验研究结果表明：颗粒煤岩破裂过程中的声、电荷信号与力链中颗粒摩擦及粘结情况密切相关,声、电荷信号的产生机理存在本质上的差别。从破裂类型看,微裂隙的张拉破坏和颗粒摩擦错动均可导致声发射出现,而煤岩颗粒间的摩擦和微破裂面的相互错动是产生大量自由电荷、发生电荷感应现象的主要原因。可以利用声信号高-低-高的周期变化次数预测采动煤岩体经历的分级和循环加卸载次数;电荷信号首次突变-平稳-突变的出现时间是采动岩体应力阶段的划分标准。声、电荷信号幅值突变的剧烈程度是采动煤岩体失稳的重要前兆物理信息,可由此预测煤岩体稳定性,以便及时做出预警和相应的防护措施。     

井眼变形局部化剪切带数值模拟研究

井眼剪切破坏是井眼岩石基本破坏形式之一。国际上 ,在非线性固体力学的研究中 ,局部化和剪切带等问题已成为研究的热点问题之一。文中采用FLAC3D对在类似于平面应变条件下的井眼进行了数值模拟研究 ,由模拟结果可见明显的变形局部化现象。采用变形局部化的数值模拟研究可对井眼失效的机理分析、预测和控制提供新的思路     

基于梯度塑性理论的单向拉伸低碳钢试样颈缩分析

采用非局部的梯度塑性理论 ,得到了断面收缩率及颈缩区内部不同位置直径的解析解。应变软化越严重 ,颈缩程度越大。在颈缩区域中部 ,半径最小。在颈缩区域内轴向拉应力分布是不均匀的 ,在颈缩区域中部 ,其值最大 ,而在颈缩区域边缘 ,其值最小。随着流动拉应力的降低 ,颈缩区域中部的真应力持续增加。在应变软化过程中 ,断面收缩率持续增加 ,但增加的速度越来越慢。梯度塑性理论可以较好的描述低碳钢等韧性金属材料的局部化颈缩现象     

Temperature distribution in adiabatic shear band for ductile metal based on JOHNSON-COOK and gradient plasticity models

1 Introduction Adiabatic shear localization is one of the most important deformation and failure mechanisms in some titanium alloys subjected to moderate and high shear strain rates. Adiabatic shear band(ASB) can be observed in various applications, such as metal forming, perforation, impact on structures, ballistic impact, machining, torsion, explosive fragmentation, grinding, interfacial friction, powder compaction and granular flow[1?15]. The formation of ASBs is often followed by ductile…     

考虑水致弱化及应变梯度的断层岩爆分析

研究了岩石含水量对断层．围岩系统稳定性及岩爆(冲击地压)对韧性断层变形的影响。含水量不仅影响岩石强度，也对应力．应变曲线应变软化阶段斜率有影响。基于梯度塑性理论和水致弱化函数，得到了剪切带内部的塑性剪切应变、总剪切应变及塑性剪切位移的分布规律。此外，还得到了不同含水量时剪力．塑性剪切位移的关系。研究结果表明：随着岩石含水量的增加，塑性剪应变降低，塑性剪切位移降低；含水量越大，则弹性阶段越短，耗散势能越小，外力功越小，断层岩爆释放的弹性能量也越小；岩石的含水量增加，则断层．围岩系统不容易发生失稳。     

岩样单轴拉伸损伤不均匀性分析——— 第二部分：损伤局部化

分析了本构参数对损伤局部化的影响规律。局部损伤变量及局部损伤变量率具有局部化特征。随着流动拉应力降低，局部损伤变量增加。随着降模量增加，局部损伤变量降低。增加弹性模量，局部损伤变量增加。增加降模量或降低弹性模量，局部损伤变量最大值-流动应力的关系趋于平直。降模量及弹性模量对局部损伤变量率的影响取决于流动应力的大小。增加内部长度参数，局部损伤变量梯度及局部损伤变量率梯度降低，内部长度参数不影响局部损伤变量(率)的最大值。降低降模量或增加弹性模量，局部损伤变量率最大值-流动应力的关系趋于平直。     

岩样失稳回跳与直剪试验机-岩样系统失稳回跳关系研究

研究了岩样及直剪试验机-岩样系统的弹性回跳不稳定性。将试验机简化为具有一定高度和剪切模量的钢块，利用梯度塑性理论得到了直剪试验机．岩样系统的剪应力．剪应变的理论关系。当不考虑钢块的高度时，这一关系便蜕化为岩样的剪应力-平均剪应变的理论关系。如果试验机-岩样系统回跳，那么岩样可能失稳回跳，也可能不失稳回跳；当钢块高度及剪切模量比值越大，试验机-岩样系统越容易发生失稳回跳。当这一比值较大时，纵然岩样不回跳，系统也会回跳：当这一比值较小时，只有当岩样回跳，系统才会回跳；当系统不回跳时，试样必不回跳。试样回跳，必然导致系统回跳：如果试样不回跳，则系统可能回跳，也可能不回跳。理论结果可解释若干常见的实验现象。     

一种连续-非连续方法验证及矩形隧道围岩垮塌模拟

提出了一种适于模拟岩石材料变形、开裂、接触、摩擦及转动的连续-非连续方法。该方法借鉴了拉格朗日元法、变形体离散元法及虚拟裂缝模型的有关原理。首先,针对弹性滑块沿固定斜面下滑及三点弯梁开裂问题进行了模拟,以检验该方法的正确性。然后,针对矩形隧道围岩模型位移控制加载条件下的变形、开裂及垮塌过程进行了模拟。结果表明:位于隧道两帮、顶部和底部的最大主应力低值区(最大主应力值下降区)的形状呈半圆形;随着加载的进行,位于隧道顶、底部的任一个最大主应力低值区被分化成“双耳形”;随后,隧道顶、底部发生开裂,冒落及底鼓发生,隧道两帮也发生开裂;最终,松散的岩块几乎充满了半个隧道,隧道围岩整体垮塌。     

基于两种DIC方法的含孔洞土样变形破坏观测

正确认识不同数字图像相关(DIC)方法的应变计算结果的差异有助于该方法的正确使用。岩土材料变形破坏过程中应变场的准确测量对于正确认识岩土材料的变形破坏机理具有重要的意义。利用自主研制的平面应变模型加载及观测系统,在垂直方向位移控制加载条件下开展了平面应变含孔洞土样(受内压和侧压作用)变形破坏过程实验研究。利用两种DIC方法(即中心差分方法和局部位移场最小二乘拟合方法)计算了应变场。与此同时,还根据清晰剪切带所处位置布置了曲折测线,并在其两侧布置了平直测线,详细地比较了两种DIC方法的应变计算结果的差异。发现了下列结果:随着纵向应变的增加,含孔洞土样最大剪切应变的分布由均匀分布向不均匀分布转化,并最终导致含孔洞土样发生贯穿土样的剪切破坏;2条平直测线上最大剪切应变不相等,剪切带内变形程度大于带外。利用局部位移场最小二乘拟合方法能较好地获得含孔洞土样孔洞表面附近的应变,当计算窗口=5×5个点时,应变更准确、平滑性更好,而利用中心差分方法获得的应变误差较大,且无法获得土样孔洞表面附近的应变。     

基于Newton-Raphson迭代与PSO数字图像相关方法

鉴于基于Newton-Raphson（N-R）迭代的数字图像相关方法对迭代初值的敏感性问题,提出了一种基于N-R迭代与粒子群优化（PSO）算法的数字图像相关方法。该方法利用了PSO算法中的全局搜索能力与N-R迭代中的局部搜索能力,通过它们的交替迭代以改善初值;以改善后的初值进行最后的N-R迭代。经检验,该方法比N-R迭代对初值的要求宽松。这是由于在N-R迭代与PSO算法多次交替迭代之后,位移和应变的初值都得到了一定的改善。对相似材料模型受载破坏后表面上的点的位移和应变进行了计算,获得了较好的结果。