拉伸载荷作用下裂纹扩展及应力强度因子计算

拉伸载荷是造成材料破坏的主要载荷形式。对于含初始裂纹的材料,在拉伸载荷作用下裂纹的扩展路径对材料的破坏形式起着非常关键的作用。断裂力学认为不同形式的裂纹在不同的外力作用下其扩展的路径是有很大差别的,本文根据断裂力学的基本原理,利用数值流形方法对拉伸载荷作用下方形岩石试件中的中心及单边水平裂纹、中心及单边斜裂纹的裂纹扩展路径进行了模拟,并对裂纹扩展过程中的应力强度因子进行了计算,发现这些裂纹扩展都是非稳定扩展。最后还利用该方法对这四种模型的裂纹尖端应力强度因子进行了计算,结果表明裂纹尖端应力强度因子最大计算误差仅为6.8%,且斜裂纹的误差要稍大于水平裂纹的误差。     

Hopkinson破裂的理论分析与数值模拟

Hopkinson破裂是一种典型的应力波反射拉伸破坏现象,而目前有限元方法还不能很好地对这一现象进行模拟。在阐述数值流形方法的基本原理的基础上,利用其相应的程序对这一现象进行了模拟。模拟结果与理论分析结果相当吻合,这充分说明了数值流形方法在分析材料破坏问题方面的有效性。     

流形元法分析爆破振动对边坡动态稳定性影响

主要分析边坡动态稳定性问题,采用爆破地振波作动载荷,用流形元法对边坡进行分析,对一个岩石边坡上的裂隙岩块随地振波加载产生滑移破坏的过程进行了数值模拟,结果表明流形元法应用于爆破振动边坡稳定性研究是可行的。为类似问题的求解提出一种新的计算方法。     

岩体力学中的增量数值流形方法及其应用

基于数值流形方法的基本理论，建立了考虑岩体损伤分析的数值流形方法增量理论及其平衡方程，并对边坡存在圆弧滑面时的变形，滑运过程进行了模拟分析。     

基于改进NMM的深部煤巷围岩碎胀大变形模拟研究

深部煤巷围岩碎胀大变形是一个从峰前损伤扩容到峰后破裂碎胀的连续-非连续渐进破坏演化过程。本文以数值流形方法为基本架构,发展了深部煤巷围岩破裂碎胀大变形模拟预测分析方法,主要进行了4个方面的研究:①在数值流形方法中植入Voronoi随机多边形环路自动生成算法,基于该几何表征方法发展了能够考虑岩体非连续面黏聚力和张拉强度的界面接触计算模型,构建了基于界面接触模型的岩体破裂算法准则;②构建了基于显式积分格式的数值流形算法,并引入Voronoi随机多边形环路自动生成算法和界面接触计算模型,搭建了基于Voronoi多边形环路构型的显式数值流形方法;③在上述算法改进的基础上,发展了基于软化单元法和删除单元法的煤巷开挖卸荷模拟算法;④基于上述改进的数值流形方法,对深部煤巷开挖卸荷作用下围岩渐进破坏演化规律与碎胀大变形力学行为特征、以及最终开挖损伤区的形成与分布特征等进行研究。研究结果表明,上述改进方法能够实现深部煤巷围岩复杂多裂纹扩展路径的模拟,并在同一架构下对围岩峰前损伤扩容连续变形-峰后破裂碎胀非连续变形进行仿真分析;通过该方法能够较好地对深部煤巷开挖卸荷作用下围岩破裂碎胀行为特征、围岩径向收敛...     

岩石破碎过程可视化数值模拟

采用有限元与离散元耦合数值方法开展岩石破碎过程可视化数值模拟。通过对巴西圆盘实验的数值计算,再现了岩石的破坏机理和破坏模式以及岩石裂缝萌生、裂缝扩展以及完全破坏的全过程。分析结果验证了这种数值方法分析岩石变形与破坏过程的可行性。     

节理岩体爆破破坏模式的机理分析及数值模拟

节理的存在是岩体明显区别于岩石的一个重要特征,也是导致岩体具有非均质性及各向异性的一个重要因素。在对节理影响岩体爆破破坏模式的机理进行分析的基础上,利用能够很好模拟岩体内节理分布及裂纹产生与扩展的一种新的数值方法--数值流形方法,对3种不同节理岩体,即无节理岩体、均布水平节理岩体、均布垂直节理岩体等在均布于垂直于圆周方向上的爆炸荷载作用下的破坏过程进行了模拟。由模拟结果可以明显看出,节理的存在对岩体的破坏模式起到了关键性的控制作用,完整岩体的破坏形式呈现出了很好的对称性,而水平及垂直节理岩体的破坏模式在很大程度上是受到节理分布的控制。     

单侧开半圆孔PMMA试件Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹动态扩展及数值模拟研究

为研究Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹扩展问题,利用分离式霍普金森杆(SHPB)对含有预制裂纹的单侧开半圆孔(Unilateral Semicircular Hole,USH)PMMA 试件进行冲击,得到了Ⅰ型裂纹和Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹,同时采用动态焦散线实验方法研究了裂纹扩展时程关系及裂纹扩展尖端动态应力强度因子的变化规律,利用ABAQUS 软件对试验过程进行数值模拟,研究其扩展路径。结果表明:通过试验得到的Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹轨迹和数值模拟的结果基本相似,证明了利用数值方法模拟裂纹扩展轨迹的可行性;两种类型的裂纹在扩展过程中尖端均会出现停顿,最终都会朝着试件中轴线方向移动;使用单侧半开圆孔试件进行SHPB以及动态焦散试验可以有效研究Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹扩展过程,为后续研究裂纹扩展提供思路。     

冲击荷载下缺陷岩体动态断裂行为数值研究

:为了深入研究冲击荷载下缺陷(空孔)对裂纹扩展行为的影响,基于含空孔三点弯曲梁动态断裂焦散试验的研究基础,利用 ABAQUS数值模拟方法和等效积分区域法分别对动态荷载下含空孔三点弯曲梁的裂纹扩展行为和起裂瞬间应力强度因子进行了研究.结果表明:基于数值模拟方法得到的裂纹扩展路径与实验结果基本吻合,采用等效积分区域法计算得到起裂处的应力强度因子准确性较高.等效积分区域法在 ABAQUS的应用对断裂行为研究具有很好的适用性,进一步丰富了存在缺陷(空孔)岩体在冲击荷载下的断裂行为的研究方法.     

岩爆及采矿诱发岩体失稳破坏过程数值模拟研究

近年来，数值计算方法引人岩层移动研究中，离散元等均取得了一定成果，但未能对覆岩移动破坏的动态全过程进行模拟研究。本文基于岩石介质的宏观非线性主要是由非均质性和各向异性造成的，应用新的数值计算方法，对来动引起岩体失稳破坏的全过程进行了数值模拟研究。     

基于动态加速度显式数值流形法的边坡稳定性分析

为增强数值流形法（Numerical Manifold Method，NMM）处理大规模非线性动力学问题的精度，借助显式积分算法在处理大规模非线性问题方面的优势，同时延续NMM可在同一计算架构下处理连续—不连 续问题的特点，提出了动态加速度显式数值流形法。定义加速度在单个时间步长内呈线性变化，推导了动态加速度显式积分算法公式，并进行了动态加速度显式数值流形法稳定性测试，最后将该方法应用到某露天矿 岩质边坡稳定性分析中。研究表明：当程序运算总时步数越多，块体数目越多时，动态加速度显式数值流形法相较于传统NMM的优势越明显，进一步印证了该方法在处理大规模非线性动力学问题的可行性。露天矿边坡 失稳模式为中上部推移式滑坡，考虑到滑坡体厚度约为30 m以及滑坡体的实际状况，推荐采取对滑坡体及失稳面进行注浆加固的方式，增强其自承载能力来提高其稳定性，进而也可支撑滑坡体后方边坡。     

不同侧压下两种断面形式隧道裂纹演化的流形元法模拟

本文应用二阶流形元程序对不同围压下两种隧道断面形式(圆形和直墙拱形)的裂纹起裂与扩展进行了数值模拟。模拟现象与理论分析相符;隧道裂纹演化规律不仅与侧压系数有关,而且还与隧道的几何形状相关;验证了裂纹演化过程中初始裂纹和远区裂纹的存在。说明流形元法在隧道工程的设计方面是一种可行的方法。     

大跨度巷道顶板层面剪切失稳机理及支护方法

针对煤层巷道顶板的层状特征,基于梁的受力-变形原理和岩体粗糙结构面剪胀原理,分析大跨度巷道薄层状顶板结构在整个失稳过程中的受力特征和位移特征,揭示了大跨度巷道顶板结构在失稳过程中依次存在两端固定梁结构特征和三铰拱结构特征2个阶段,以及顶板岩层层面相对滑动是导致巷道顶板结构失稳的原因之一;在建立结构平衡条件的基础上给出了顶板基本结构的失稳判别条件;根据失稳判别条件提出了巷道顶板的锚固支护方式及相应的锚固强度计算公式。研究表明:岩层沿层面的滑动是引起巷道顶板岩层结构的失稳原因之一,层面的滑动引起剪胀效应和结构受力效应共同作用引起顶板岩层变形破断以致形成三铰拱结构;当巷道顶板岩层未发生破裂时,巷道顶板支护的重点是提供锚固应力维持层面满足不滑动条件。     

工程岩体不连续变形分析的几种方法

详细介绍工程岩体不连续变形分析的离散元法、有限单元法、边界元法、当量体法和数值流形方法,及在工程岩体不连续变形分析应用中的优点和不足。     

带式输送机物料截面积计算方法的评述与确定

带式输送机承载物料截面积的计算方法是确定输送带宽度的关键因素,直接影响到带式输送机系统的经济性。对带式输送机承载物料截面积计算方法的发展历程进行了回顾与分析。对当前主流的DIN22101,ISO5048和CEMA的截面积计算的物料堆积表面轮廓线和空边距进行了比较分析。通过将截面积计算式级数展开,给出了理论与数值计算的对比分析,证明了当采用相同的结构与物料参数时,承载物料理论截面积从小到大依次为:圆弧计算式、DIN22101计算式、ISO5048计算式;DIN22101承载物料截面积的计算式形式简洁,但需要将动堆积角转换为等效堆积角;CEMA(圆弧计算式)承载物料截面积的计算方法输送量的裕量较大、特别是大带宽情况下,降低了系统的经济性,计算式不够简洁;ISO5048承载物料截面积的计算式具有简洁的形式,建议在制定国家标准时采用。     

突出煤层钻孔有效抽采半径测定新方法

 为了提高钻孔有效抽采半径的计算速度和精度,以卧龙湖煤矿7煤为研究对象,总结了现有瓦斯抽采有效半径测定方法,分析了瓦斯流动是应力场、变形场和瓦斯流动场间的动态气固耦合过程,提出了采用COMSOL模拟软件计算抽采有效半径的方法。基于达西定律,建立了瓦斯流动方程,设定了应力位移和瓦斯流动边界条件。将现场测定的瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯流量、透气性系数和抽采负压等瓦斯参数带入计算模型进行数值计算。结果表明：该方法相对于传统方法快捷简便,计算周期短     

弹性转子—轴承系统的非线性动力学研究

以转子动力学和非线性动力学理论为基础 ,针对非线性弹性转子—轴承系统的具体特点 ,用打靶法对采用短轴承模型的弹性转子—轴承系统的周期解进行了求解 ,并用数值积分和庞加莱映射方法对其动力学特性随某一参数变化时稳定性的改变进行了分析 ,计算结果表明 ,系统具有发生倍周期分叉及概周期运动的可能。用数值方法得到系统在某些参数域中的分叉图 ,直观显示了系统在某些参数域中的运行状态。