碾压混凝土重力坝的广义损伤可靠度及敏感性

为深化模糊随机损伤力学研究,基于自适应模糊随机损伤力学模型,对材料裂纹尖端广义损伤应力场进行分析,证实了数值模型的可靠性。以碾压混凝土重力坝为例,并考虑材料参数空间变异,就模糊随机损伤增益下的宏观场分布做敏感性研究,结果表明,碾压混凝土抗压强度极限值是影响大坝安全的主控指标。采用不同模糊分布对自适应损伤力学模型做激励分析,揭示了各分布对混凝土及岩石类材料广义损伤场演化的控制特征。     

岩石边坡模糊随机损伤可靠性研究

目的延拓非确定损伤理论研究以揭示损伤力学蕴涵的复杂机理.方法基于损伤、概率、模糊隶属度在[0,1]区间上协调一致性,提出了模糊随机损伤力学观念;构造解释了3类损伤变量模糊性态及对应模糊映射分布,即降半分布、“秋千”分布和组合“秋千”分布,实现了随机损伤变量模糊化自适应生成与构建;依据扩张原理及随机损伤变量满足β概率分布,对模糊集上随机损伤变量的CDF、PDF积分修正,结合当量正态理论,将三类模糊随机损伤泛函引入本构方程,完成了模糊随机有限元可靠度与模糊随机损伤同步分析.结果分析表明,基于全面统计评价的初始损伤场建立,避免了常规损伤力学分析中试验及模型构造的困难.结论借助可靠度理论所得的模糊随机损伤力学模型,可全面揭示复杂工程对象在损伤模糊演变过程中具有的随机变异本质,实现局部损伤发育与结构宏观可靠度的耦合分析.     

荆南长江干堤模糊自适应随机损伤机理研究

基于损伤、概率、模糊隶属度在\[0,1\] 区间内度量的协调一致性,得出了发展模糊随机损伤力学的观念.提出了模糊随机损伤的基本概念模型、推导了基于损伤的模糊随机变分列式.在分析损伤变量广义不确定性实质的基础上,构造并解释了3类损伤变量的模糊性态,提出了模糊损伤的降半分布、“秋千”分布和组合“秋千”分布,它们可以分别探讨不同形式下随机损伤的模糊演变过程,实现了随机损伤变量的模糊化和去模糊化过程的自适应生成与构建.根据扩张原理及随机损伤变量满足β概率分布的理论和定义,对模糊集上随机损伤变量的累积分布函数（CDF）、概率密度函数（PDF）积分进行修正,实现了模糊随机有限元可靠度与模糊随机损伤的同步分析.自主研制了模糊随机损伤有限元程序,并对荆南干堤的典型堤段进行了三维模糊随机损伤场力学性态的分析与研究.     

基于α截集法的生土窑居模糊随机可靠度分析

研究生土窑居的模糊随机可靠度,分析黄土力学材料参数对其影响.通过α截集法,将土体力学材料参数的模糊分布离散在区间上,将模糊随机可靠度问题转化为随机可靠度问题;基于强度折减法,建立土体黏聚力、内摩擦角与富裕安全系数的映射关系,用不含交叉项的二次多项式响应面函数代表生土窑居的功能函数,进而进行随机可靠度分析.对河南三门峡陕县的生土窑居的模糊随机可靠度进行了研究,表明该地区生土窑居可靠性较高,营造时选址合理,同时指出:模糊随机可靠指标在一定区间上分布,而模糊验算点为一定值;变异系数的增大将导致模糊随机可靠指标的迅速减小;黏聚力对可靠指标的影响比内摩擦角大.     

冲击荷载下岩石动态损伤演化研究

I型裂纹破坏为岩石材料在冲击荷载作用下的主要破坏方式.通过假设岩石材料宏观上是一个均匀连续体,而细观上其内部则包含了大量随机分布的微裂纹等损伤缺陷;研究了岩石材料在冲击荷载下裂纹的成核、发展以及内部损伤演化规律;借助于宏细观相结合的理论建立了表征岩石材料细观结构及其损伤演化过程中的某种特征参量与宏观力学参数之间的关系方程.     

水泥土材料的细观损伤机理

为了研究水泥土的细观损伤机理,在中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学重点实验室进行了一系列水泥土细观力学试验.基于细观力学实验结果,分析了实验进行过程中水泥土细观实时图像的表面变化以及水泥土应力-应变关系曲线的突变特征,探讨了水泥土的细观损伤破裂机理.结果表明：水泥土材料的结构组成具有不均匀性,且有初始损伤存在.在荷载作用下,材料的破坏是由其内部细观尺度的损伤演变并发展的,最终汇聚成宏观裂纹,宏观裂纹进一步扩展导致材料强度丧失、结构破坏.用细观力学和损伤力学基本原理来分析水泥土的承载性状及在第一承载阶段的损伤演变情况,可评定材料的承载能力及其工程结构的可靠性.     

损伤石灰岩单轴再加载力学特性及破坏机理

为研究卸荷损伤破坏围岩力学特性及破坏机理,选用RMT-150岩石力学试验系统进行三轴岩石加载-卸载过程,制备损伤岩石。结合AEwin声发射系统开展损伤石灰岩单轴再加载试验,测试应力-时间-能量累计值关系曲线,分析阐述岩石宏观破坏特征。结果表明:随着卸荷点的增加,损伤石灰岩破坏程度与破坏形式均发生较明显的变化。石灰岩破坏形式从脆性破坏向延性破坏转化,扩容现象越来越不明显;低于70%峰值强度卸荷点的损伤岩石单轴加载过程中声发射能量累计值增长规律趋于一致,可分为平稳阶段、稳定增长阶段、二次平稳3个阶段;岩石内部微裂纹分布方式对宏观破坏特征影响明显,岩石细观力学响应决定其宏观力学破坏特征。     

结构随机模糊优化设计的广义可靠度法

本文提出了进行结构随机模糊优化设计的一种新方法——广义可靠度法。这种方法的基础是,首先构造出与某个随机模糊数相应的模糊测度,然后在该模糊测度的意义下,根据模糊积分的概念,定义此随机模糊数落在某一模糊区间的广义可靠度。这样就可以用广义可靠度来度量随机模糊包含关系的不确定性,进而可以用它建立随机模糊规划中关于目标和约束的决策函数。最后建立起求解模型,求出合适解。     

钢筋混凝土结构冻融破坏的随时模糊可靠度分析

通过对普通混凝土冻融破坏机理和失效准则的模糊性的分析,认为钢筋混凝土结构的冻融耐久性失效具有随机性和模糊性,并应该考虑抗力随时间的变化,在此基础上提出了混凝土结构冻融耐久性失效的随时模糊可靠度分析模型.算例分析表明,提出的钢筋混凝土结构冻融破坏的随时模糊可靠度分析模型,能够更好地反映结构在冻融循环作用下的实际可靠度.     

等围压条件下岩石本构模型及损伤特性

为了揭示岩石变形破坏的全过程,将连续损伤理论与非平衡统计方法相结合,建立了等围压作用下岩石的损伤本构模型,推导了模型参数与岩石变形破坏特征参量的理论关系,分析了砂岩以裂纹为主导的变形破坏过程.结果表明:岩石损伤细观上表现为原始微裂纹的扩展贯通,其宏观力学特性取决于岩石内部的细观力学响应;随着轴向应变的增加,岩石损伤经历演化、稳定扩展、损伤加速,直至产生破坏;随着围压的增加,砂岩的损伤劣化程度减小,损伤演化率逐渐降低,宏观上表现为岩石平均强度的增大和塑性的增强.通过试验结果验证,损伤本构模型合理可行.     

Optimal operation of water distribution networks under local pipe failures

The optimal operation of water distribution networks under local pipe failures, such as water main breaks, was proposed. Based on a hydraulic analysis and a simulation of water distribution networks, a macroscopic model for a network under a local pipe failure was established by the statistical regression. After the operation objectives under a local pipe failure were determined, the optimal operation model was developed and solved by the genetic algorithm. The program was developed and examined by a city distribution network. The optimal operation alternative shows that the electricity cost is saved approximately 11%, the income of the water corporation is increased approximately 5%, and the pressure in the water distribution network is distributed evenly to ensure the network safe operation. Therefore, the proposed method for optimal operation under local pipe failure is feasible and cost-effective.     

Mechanical and damage evolution properties of sandstone under triaxial compression

To study the mechanical and damage evolution properties of sandstone under triaxial compression,we analyzed the stress strain curve characteristics,deformation and strength properties,and failure process and characteristics of sandstone samples under different stress states.The experimental results reveal that peak strength,residual strength,elasticity modulus and deformation modulus increase linearly with confining pressure,and failure models transform from fragile failure under low confining pressure to ductility failure under high confining pressure.Macroscopic failure forms of samples under uniaxial compression were split failure parallel to the axis of samples,while macroscopic failure forms under uniaxial compression were shear failure,the shear failure angle of which decreased linearly with confining pressure.There were significant volume dilatation properties in the loading process of sandstone under different confining pressures,and we analyzed the damage evolution properties of samples based on acoustic emission damage and volumetric dilatation damage,and established damage constitutive model,realizing the real-time quantitative evaluation of samples damage state in loading process.     

Statistical damage constitutive model for concrete materials under uniaxial compression

According to the damage mechanism of concrete material during the uniaxial compressive failure process,this paper further establishes the statistical damage constitutive model of concrete subjected to uniaxial compressive stress based on the statistical damage model under uniaxial tension. The damage evolution law in the direction subjected to pressure is confirmed by the tensile damage evolution process of lateral deformation due to the Poisson effect,and then the compressive stress-strain relationship is defined. The peak nominal stress state and the critical state occurring in the macro longitudinal distributed splitting cracks are distinguished. The whole loading process can be divided into the even damage phase and the local breakage phase. The concrete specimen is divided into the failure process zone and the resting unloading zone. The size effects during the local breakage phase under the uniaxial monotonic compressive process and the hysteretic phenomenon under the cyclic compressive loading process are analyzed. Finally,the comparison between theoretical results and experimental results preliminarily verifies the rationality and feasibility of understanding the failure mechanism of concrete through the statistical damage constitutional law.     

钨基复合材料抗热震性能的宏细观力学分析

从材料设计的思想出发,采用宏观与微观、材料科学与力学相结合的方法,对钨基复合材料的热传导行为,材料在热冲击载荷下的内部热应力场及材料细观结构的破坏行为进行了详细的理论研究,根据钨基复合材料的细观组织结构建立了材料细观模型,在宏观分析的基础上,分析了材料微结构内部的破坏行为,分别取试件心部与边缘主应力值最大点的应力状态,施加在所建立的模型上,用有限元方法计算了模型内部的弹性应力场。结果表明：试件主应力最大值首先产生在试件内部,此时,如果材料发生破坏将先从夹杂中开始;加热一段时间后试件中的最大主应力值转移到试件边缘,此时材料发生破坏将先从基体中开始。     

不同固化剂含量改良砂土力学特性数值模拟

对不同固化剂含量条件下的改良砂土进行室内无侧限单轴压缩试验,利用颗粒流数值模拟软件建立对应数值模型并进行数值模拟试验。通过研究不同固化剂含量下试样在不同加载阶段的微观破坏机理,发现固化剂的含量显著影响试样的抗压强度、抵抗变形能力以及试样破坏的宏观模式。随着固化剂含量的增加,试样的峰值强度、弹性模量均增大,而峰值应变减少。根据微观裂隙、接触力链及颗粒位移场的发育演化过程可以看出,随着固化剂含量增多,试样容易出现应力集中现象,发生局部破坏,破坏面由整体贯穿逐渐变为局部压碎破坏,破裂后力链弯曲程度由大逐渐变小,颗粒位移方向由紊乱分散逐渐均匀有序,试样的破坏模式由拉剪复合型破坏为主过渡到剪切破坏为主。     

一次逼近随机有限元对堤坝模糊失效概率的分析

为了科学合理地分析防护堤坝工程中具有模糊性和随机性相互交叉的复杂双重不确定性工程安全问题，在协调元基础上，用一次逼近理论，对随机有限元模型引入了安全储备的模糊数学模型, 实现了对堤坝与基础系统工作状态的模糊随机有限元软化处理.安全储备模糊模型分别考虑为降半正态分布、降半梯形分布和降半Г分布，通过对具有这3种模糊特性的随机变量概率积分数值分析方法的研究，以及对有诸多复杂不确定因素的荆南长江干堤局部破坏失效机理进行的模糊因素下随机有限元的可靠性分析，发现堤身中部是局部破坏的失效集中区域,堤身外壳有局部剪切破坏，这和实际工程情况吻合.该方法为解决复杂的多重不确定性工程安全的分析提供了参考.     

混凝土双轴拉-压随机本构方程分析

在混凝土受拉、压随机损伤本构关系研究基础上,研究了混凝土在双轴拉-压作用下随机损伤本构关系;通过考虑混凝土内部各组项的影响,考虑由侧向均布压应力所引起的横向Poission自由应变和剪切应变,建立起双轴拉-压损伤机理模型;根据混凝土破坏过程的能量守恒原理,导出了混凝土受双轴拉压破坏的随机损伤本构方程．     

在役钢板组合梁桥的时变体系冗余性

为研究多梁式钢板组合梁桥应对非对称极端作用的体系非线性冗余性能，沿着结构的传力路径和体系的再平衡过程，辨识了体系承载的3种弯曲失效模式，推导了体系弹性分配和塑性再分配能力的定量评价新指标，建立了考虑承载机制经时变异性的时变体系冗余性评估方法。基于MATLAB/OpenSEES编制了单元纤维的时变演化参数组管理程序，研究了材料劣化对体系再平衡和内力重分配性能的影响规律；采用数值增量算法，开展了结构在非对称荷载下的弹塑性全过程分析，并通过与构件-体系层次的破坏性试验对比验证了数值模型的准确性，进而建立了基于纤维宏单元的时变体系非线性冗余数值模拟方法。研究结果表明：材料劣化会导致体系从多梁协同承载机制向单梁承载机制转换，并引起构件延性、体系冗余性和可靠性发生不同程度的退化；更适应现场快速装配需求的少主梁或少横联形式容易在服役年限出现构件安全性和体系冗余性不足的情况。主梁、中部横联和端部横联的失效对体系承载性能影响较大，为钢板组合梁桥的关键构件，其他横联的敏感性较低，为非关键构件。