双层组合厚壁圆筒弹脆塑性极限内压统一解

基于三剪统一强度准则和弹脆塑性软化模型,考虑材料的脆性软化和中间主应力效应,推导了双层组合厚壁圆筒弹脆塑性极限内压统一解,探讨了粘聚力、内摩擦角、半径比、强度理论参数和中间主应力系数的影响特性,克服了以往基于Tresca屈服准则、Mises屈服准则或双剪强度理论的理想弹塑性解的不足。研究结果表明:中间主应力、材料模型和脆性软化对厚壁圆筒的极限内压均有显著影响。该文所得统一解具有广泛的适用性和理论意义,不但可退化为现有公式,而且还能得到系列化的新解答,对组合厚壁圆筒的设计及工程应用有重要参考价值。     

基于线性强化模型的双层厚壁圆筒极限内压统一解

基于双剪统一强度理论与双线性强化模型,考虑材料拉压强度的不同及中间主应力效应的影响,推导了均匀内压作用下双层厚壁圆筒的弹、塑性极限内压解,分析了强化模量系数、拉压强度比、统一强度理论参数、内外半径比及分层半径对弹、塑性极限内压统一解的影响。结果表明:随着外径与内径之比的增大,弹、塑性极限内压增加,随着统一强度理论参数的增大,其值增加,随着拉压强度比的增大,其值减小;弹性极限内压与强化模量系数的取值无关,塑性极限内压随着强化模量系数的增大而增加;内外筒的分层半径对弹性极限内压有显著影响,而对塑性极限内压的影响较小。工程应用中,应选择较为合理的壁厚,使其在安全的基础上承受更大的内力;应充分考虑材料中间主应力及拉压强度比的影响,更准确的计算其受力情况,充分发挥材料的潜能。     

动态内压力下油田超深井中厚壁套管的动力学响应和实验验证

引入中间主应力系数和拉压强度比,采纳统一强度理论求解动态内压力下两封闭末端、两开放末端和平面应变厚壁套管弹塑性极限内压力的解析解。塑性流动最初发生在厚壁套管内壁,且被周围的弹性材料所约束。数值模拟表明,弹性极限内压力随拉压强度比的降低和中间主应力系数的增加而增加;两封闭末端厚壁套管的弹性极限内压力最大,两开放末端厚壁套管的最小,平面应变厚壁套管的在两开放末端和两封闭末端之间;分界面的临界半径随动态内压力的变大而变大;若动态内压力增加时,厚壁套管从弹性变形转变为弹塑性变形,分界面的临界半径自内半径增大至外半径;塑性极限内压力随拉压强度比的减少而增加;随外内直径比的变大,当相等的统一强度理论参数时,两封闭末端、两开放末端和平面应变厚壁套管的塑性极限内压力之间的差距变小;弹性极限内压力低于塑性极限内压力;塑性极限内压力的理论数据与测试数据之间的相对误差为-3%～-9%,国际标准化组织样板数据与测试数据之间的相对误差为-12%～-25%,美国石油协会平均线与测试数据之间的相对误差为-16%～-33%。比较显示,厚壁套管塑性极限内压力公式更接近测试数据。     

高强高性能混凝土三轴拉压压力学性能试验研究

采用大型动静真三轴伺服液压试验系统,对单轴压强度为90.6 MPa的高强高性能混凝土进行三轴拉压压等比例试验研究,获得了各应力比下试件的破坏模式、多轴强度及应力-应变曲线。试验结果表明:高强高性能混凝土三轴拉压压应力状态下的破坏为典型的受拉破坏;最大主应力方向的极限强度远低于其单轴压强度,中间主应力效应不明显;拉应力的存在对最大主应力方向应力-应变曲线影响十分明显,呈现出明显的线性特征。基于试验结果提出了适用于高强高性能混凝土的强度准则,为高强高性能混凝土本构关系的建立提供了试验和理论依据。     

混凝土结构Ⅰ型裂纹裂尖塑性区研究

应用双剪统一强度理论,研究了Ⅰ型裂纹的塑性变形问题。给出了包含反映材料拉压性能差异的参数拉压比及反映中间主应力效应的参数b的Ⅰ型裂纹裂尖塑性区形状和大小的统一解。已有的Tresca准则、Mises准则和Mohr-Coulomb准则解均是本文的特例或线性逼近。针对混凝土结构,画出了不同参数b情况下的裂尖塑性区半径变化图。得出了材料拉压比对Ⅰ型裂纹裂尖塑性区影响很大。b对Ⅰ型裂纹裂尖塑性区影响随拉压比的不同而不同,拉压比较大时,b对塑性区影响大,拉压比较小时,b对塑性区影响小的结论。该统一解可以适应于各种不同材料,能充分发挥材料潜力,具有普遍性和广泛的适应性,有一定的工程应用价值。结论对于研究各种材料的断裂问题有参考作用。     

混凝土结构I型裂纹裂尖塑性区研究

应用双剪统一强度理论,研究了I型裂纹的塑性变形问题。给出了包含反映材料拉压性能差异的参数拉压比及反映中间主应力效应的参数b的I型裂纹裂尖塑性区形状和大小的统一解。已有的Tresca准则、Mises准则和Mohr-Coulomb准则解均是本文的特例或线性逼近。针对混凝土结构,画出了不同参数b情况下的裂尖塑性区半径变化图。得出了材料拉压比对I型裂纹裂尖塑性区影响很大。b对I型裂纹裂尖塑性区影响随拉压比的不同而不同,拉压比较大时,b对塑性区影响大,拉压比较小时,b对塑性区影响小的结论。该统一解可以适应于各种不同材料,能充分发挥材料潜力,具有普遍性和广泛的适应性,有一定的工程应用价值。结论对于研究各种材料的断裂问题有参考作用。     

砌体结构双轴拉压应力强度试验研究

为弥补砌体结构双轴拉压应力强度理论研究的不足,以多孔砖砌体为研究对象,基于材料主应力与平面应力的对应关系,考虑不同灰缝角度及拉压主应力比的影响,重点开展了砌体双轴拉压应力宏观单元试件的强度试验。从中揭示了砌体双轴拉压应力状态下的破坏特征与规律,分析得出双轴拉压应力强度破坏曲线及对应平面应力状态的强度破坏准则函数表达式。试验结果验证了砌体结构材料各向异性的力学特性,试验方法为砌体结构抗拉强度的测试提供借鉴,试验数据为丰富砌体结构强度理论提供参考,研究成果为建立完善的砌体结构破坏准则提供依据。     

在复杂应力状态下厚壁圆筒的极限分析

应用双剪统一强度理论,考虑材料的拉压异性和同性,推导了在内压力和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷计算公式,并且绘制了其极限载荷线图。在这些计算公式中,当其系数取不同的值时,就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则的计算结果。应用其极限载荷线图,根据其承受的载荷大小,就能判断厚壁圆筒是否达到了屈服极限状态。绘制了在不同屈服准则下的极限载荷线图,以便对其差异进行比较。     

基于统一强度理论的密肋复合墙体开裂荷载计算

通过对密肋复合墙体进行水平低周反复加载试验研究,介绍墙体的主要破坏过程和受力特点;采用考虑中间主应力σ2影响、拉压性能不同且适用于各种材料复杂应力状态下的双剪统一强度理论,推导出墙体初始开裂荷载的实用计算公式,并与采用最大拉应力理论所得到的计算值进行对比分析。结果表明:采用双剪统一强度理论得到的开裂荷载值与采用最大拉应力理论的计算值相比更接近试验值,对于实际工程,具有一定的准确性、经济性与适用性。     

挤密桩爆扩成孔及夯填过程的塑性分析

应用统一强度理论,对挤密桩的爆扩成孔和夯实两个阶段进行了塑性分析,得出了土体爆扩成孔塑性边界比例半径计算公式和土体夯填塑性影响比例半径计算公式。所得公式考虑了不同拉压比的影响和中间主应力的影响,可以合理地得出不同材料的相应解,它既适用于拉压强度相等的材料,也适用于拉压强度不相等的材料。这些公式可以适用于各种土体的爆扩塑性影响区的计算和夯实塑性影响区的计算,可以用于分析桩的爆扩是否造成邻桩已夯实的土体的破坏,可以用于分析夯实土体所需的重锤的能量,从而确定重锤的重量和夯击次数。     

钢纤维高性能轻骨料混凝土多轴强度和变形特性研究

为了研究钢纤维掺量和三轴应力比对高性能轻骨料混凝土破坏准则和本构关系的影响规律,进行了钢纤维全轻混凝土和钢纤维次轻混凝土多轴强度和变形特性的试验研究,考虑到试验机加载能力和新拌高性能轻骨料混凝土的工作性能,选取的钢纤维体积掺量为0、0.5%、1.0%和1.5%,试验加载路径有单轴拉、压,双轴等压和真三轴压。结果发现在单轴应力和低应力比条件下,钢纤维能够明显地发挥增强阻裂作用,随着钢纤维掺量的增加,中间主应力对极限抗压强度和峰值应变的影响越来越大,且钢纤维体积掺量对两种轻骨料混凝土应力-应变曲线下降段有一定的影响;在高应力比条件下,钢纤维体积掺量对峰值强度、峰值应变和应力-应变曲线下降段无明显影响,但对高应力比下轻骨料混凝土应力-应变曲线上特有的应力平台区域有较大的影响。考虑钢纤维含量特征参数的影响,对普通骨料混凝土的Kotsovos破坏准则进行了相应的修正,得出了适合钢纤维增强轻骨料混凝土的破坏准则表达式。     

基于统一强度理论的生态复合墙体等效斜压杆宽度计算

结合前期框格和复合墙体的试验研究结果,分析生态填充砌块与框格的受力特性;采用考虑中间主应力σ2影响、拉压性能不同且适用于各种材料复杂应力状态下的双剪统一强度理论,推导简化计算模型中等效斜压杆的宽度表达式,并与试验值进行对比,验证理论计算结果的精确性。此表达式可为复合墙体中填充不同生态块材计算等效宽度提供统一解;有限元数值结果和试验值吻合较好。该模型可用来分析生态复合墙体的动力反应特性。     

复合材料旋转壳强度和稳定性有限元分析及实验研究

利用有限元方法对一种特殊形状的复合材料旋转壳在轴压工况和内压工况下的强度进行了计算分析,揭示了应力分布特点, 确定了破坏区域和方式, 预报了模型的破坏载荷值。同时对其在轴压、外压和轴/外压工况下的稳定性也进行了分析计算。对内压、轴压下的强度和轴/外压下的稳定性进行了实验研究。      

基于统一强度理论分析软岩断裂面对岩体强度的影响

对含有结构面的岩体,基于统一强度理论,在考虑洛德参数的基础上,推导出可以考虑不同受力状态下随洛徳参数和中间主剪应力系数b变化的材料统一强度参数Ct、φt,建立了含断裂面岩体的强度公式,即考虑中间主应力的岩体破坏公式,并分析了其有效范围。通过硅藻质软岩的普通三轴试验结果验证了所建立公式的正确性,并根据岩土材料统一强度参数确定的方法,分析了含有不连续面岩体强度以及统一强度参数随洛德参数的变化,以及中间主剪应力系数b值对强度参数的影响,结果表明:统一强度参数随洛徳参数的增大而增大一定值后随洛徳参数的增大而减小;随中间主应力系数的增大而增大。     

Unified triaxiality at the crack tip subjected to plane strain condition under mixed‐mode (I + II) fracture

The new model of stress triaxiality, subjected to plane strain condition under mixed‐mode (I + II) loading, at the yield loci of the crack tip, has been formulated using unified strength theory. It evaluates critical values of triaxiality for various convex and non‐convex failure criteria, unlike the existing model. It shows the effects of Poisson's ratio and intermediate principal stress for materials whose strength in tension and compression is either equal or unequal. Further, on this basis, the crack initiation angles are predicted for various crack inclinations and compared with those obtained from other fracture criteria. The plastic zone shapes supplement the results. Critical yield stress factor, a significant parameter at the crack tip got lowered as the difference among the three principal stresses reduced to a minimum. The crack initiation angles obtained from the model showed good agreement with those obtained from G‐, S‐, and T‐criterion.     

Fracture of plasma-sprayed thick thermal barrier coatings under multiaxial stress states

Failure behaviour of free‐standing plasma‐sprayed coatings was investigated under combined axial and shear loading. Thin‐walled tubular specimens were loaded with various combinations of tension/compression and torsion. This allows the failure surface to be established for loading situations where the two principal stresses are of opposite signs. Specimens failed in one of the two modes, a tensile failure perpendicular to the maximum principal stress or a compression shear failure through the thickness. Failure data were adequately described by the maximum principal stress theory. Stress–strain curves fall within a single scatter band depending on the failure mode. In situ deformation tests showed that the mechanism was microcrack closing and sliding in compression and microcrack opening, coalescence and the development of new microcracks in tension.     

Influence of winding angle on the strength and deformation of filament-wound composite tubes subjected to uniaxial and biaxial loads

Experimental data are presented to show the effects of winding angle on the strength of 100 mm diameter, 1 mm thick, filament wound E-glass fibre reinforced epoxy resin tubes tested under various combinations of internal pressure and axial tension or compression. Leakage and fracture strength envelopes are presented for ±45°, ±55° and ±75° winding angle tubes subjected to a wide range of different biaxial membrane stress states. Strengths range from 30 to 1250 MPa. Axial compression test results for tubes with wall thicknesses ranging from 1 to 3·6 mm establish the influence of shell buckling. Stress/strain curves up to fracture under three different types of loading show the effects of the winding angle on elastic constants and on nonlinear stress strain behaviour.