砂土强度和剪胀性的颗粒力学分析

基于广义塑性理论与临界状态概念,研究提出了一个统一三维砂土本构模型,通过一组参数实现了砂土由压缩至剪切过程中状态参量的统一表述。基于ABAQUS提供的用户自定义材料子程序UMAT接口,利用Fortran语言编程实现了该三维弹塑性本构关系模型在软件中的二次开发。分别利用Toyoura砂、Fuji River砂以及Tokachi砂的剪切试验数据与数值模拟结果进行对比,结果表明：提出的有限元计算模型可以有效反映加载过程中不同围压和砂土初始密度对应力-应变曲线的影响,能够准确描述密砂的剪胀特性与应变软化特性以及松砂的剪缩特性与应变硬化特性,从而更加真实地反映三维应力状态下土的变形和强度特性。研究成果进一步扩展了ABAQUS在岩土工程中的应用范围,能够为岩土工程领域的数值分析计算提供更加快捷的解决方案。     

砂土振动固结抗剪强度变化规律的试验研究

通过振幅、振动频率、饱和度和粉粒含量等因素的正交试验,研究了砂土振动固结抗剪强度的变化规律。试验结果表明:当振动加速度超过临界值后,随着振幅的增大,砂土振后再固结体的抗剪强度起初呈增长趋势,然后逐渐下降:随着振动频率的增大,再固结体抗剪强度单调增长。砂土饱和度超过75%后,随着饱和度的增大,振后固结体抗剪强度将降低。粉粒含量过多或太少均不利于砂土的振动固结。     

胶结型含可燃冰砂土剪切特性的离散元模拟

可燃冰是一种新型清洁能源,广泛分布于深海土体和常年冻土中,对其开采需要深入认识含可燃冰土体的力学特性.该文提出了一种胶结型含可燃冰砂土离散元模型建立方法,并利用该模型完成了排水双轴剪切试验的模拟.通过与前人试验数据对比,验证了该离散元模型的准确性,结合该模型分析了剪切过程中含可燃冰砂土的宏细观变化规律.结果表明:砂土抗...     

块石含量和空间分布对土石混合体抗剪强度影响的离散元分析

土石混合体的抗剪强度在很大程度上取决于其块石的含量、空间分布、形态等参数。该文采用球体单元模拟土颗粒,通过组合颗粒单元构造非规则形态的块石,对不同含石量和块石空间分布下土石混合体的直剪过程进行了离散元数值模拟。计算结果表明,在低含石量下,土石混合体的抗剪强度随含石量的增加而增加;在中含石量下,受块石空间分布的影响,其抗剪强度呈现很强的波动性;在高含石量下,其抗剪强度显著增强,波动性相对较小。抗剪强度在中高含石量下波动现象的细观机理是块石空间分布影响下的力链结构特性。当块石的空间分布使其形成较强力链结构时,抗剪强度较高;反之,块石间的力链结构不稳定,抗剪强度相对较低。以上研究有助于从细观尺度揭示土石混合体变形和剪切强度特性的内在机理。     

粘结颗粒材料双轴试验的数值模拟研究

利用离散元法数值模拟了5组试件的双轴试验,得到了粒径对弹性模量、泊松比、强度和裂缝初始应力的影响,分析了20MPa围压条件下粒径与弹性模量、泊松比、强度和裂缝初始应力的关系,以及6种围压与裂缝初始应力的关系,给出了5组试件荷载作用后颗粒间的接触力和颗粒位移矢量,从细观角度阐释了荷载作用下颗粒的运动模式。模拟结果表明,随着粒径的增大,弹性模量、强度和裂缝初始应力均呈减小的趋势;随着围压的增大,各粒径范围试件的裂缝初始应力呈增加的趋势,并且粒径越大的试件最大接触力和最大位移越大。     

基于三维形貌和剪胀效应的软-硬节理抗剪强度模型

上、下盘抗压强度不一致的软-硬节理的抗剪强度难以准确获取,应用Barton模型等常用的岩石节理抗剪强度模型也不能准确表征这类特殊节理的抗剪强度。借助三维激光扫描和3D打印技术,浇筑了具有自然节理形貌上下盘抗压强度相同以及上下盘抗压强度不同的人工节理试样,并对其进行常法向应力下的剪切试验。分析了法向应力、三维形貌特征以及节理强度比对软-硬节理的抗剪强度和剪胀角的影响。试验结果表明:节理抗剪强度与法向应力、节理强度比和节理粗糙度呈正相关;剪胀角与法向应力呈负相关,与节理强度比和节理粗糙度呈正相关。通过研究剪胀角在剪切过程中随法向应力和节理强度比的演化规律,建立了含有三维形貌参数和节理强度比的岩石节理抗剪强度模型。通过与Barton模型的对比分析,验证了所提出模型的可靠性。采用该文模型计算云南某水电站库区内不稳定斜坡平硐内出现的软-硬节理的抗剪强度,计算结果和试验值较为接近,论证了该模型的适用性。     

考虑材料剪胀及软化的有压隧洞弹塑性分析的解析解

基于俞茂宏统一强度理论,考虑岩土类材料的软化和剪胀特性,采用三线性材料软化模型,分析了有压隧洞围岩内的应力状态、围岩位移、洞壁位移及洞周所能承受的最大内压等。并且根据位移或内压力的大小给出围岩所处状态的判别式,已有的一些采用Mohr-Coulomb强度理论的解均为本文的特例。通过实例分析了剪胀、软化及不同强度模型对围岩状态、围岩内应力及位移和最大内压力的影响。     

浅析土工试验中的抗剪强度

通过对土工试验中直接剪切试验与三轴压缩试验所测得的抗剪强度进行对比与分析,指出三轴压缩试验结果更接近土的实际理论值,为地质人员使用抗剪强度指标提供了依据,从而对工程不同的要求提出不同的试验方法。     

结构面抗剪强度各向异性研究中试样获取方法有效性分析

结构面抗剪强度的各向异性特征对工程岩体的力学性质、变形特性和稳定性分析都具有重要意义。结构面试样获取方法对抗剪强度各向异性特征的研究具有重要影响。为了对比不同试样获取方法在结构面抗剪强度各向异性研究中的有效性,分别对直接截取的圆形、方形和旋转截取的方形试样进行抗剪强度各向异性特征的对比分析。选取1 m×1 m的天然板岩结构面作为研究对象,采用三维激光扫描法获取结构面三维形貌特征,截取研究位置处圆形、方形和旋转方形试样进行对比评价。研究表明：直接截取的方形试样沿不同剪切方向产生的剪切面积不同,选用圆形试样更能反映结构面抗剪强度的各向异性特征;旋转方形与圆形试样的抗剪强度统计误差小于直接截取的方形与圆形试样的统计误差值,且旋转方形与等面积圆试样的抗剪强度各向异性特征最接近,两者统计误差最小、相似度最大,大于0.9987,当圆形试样不具备实验条件时,可选用旋转截取的等面积方形试样进行结构面抗剪强度的各向异性研究。该研究可为选取结构面试样获取方法提供参考和借鉴,为准确开展抗剪强度各向异性研究提供依据。     

侧限压缩下粒状土颗粒破碎的试验研究

随着国际上高土坝建设的兴起,以及近年来大型工业与民用建筑建设的兴起,特别是堆石、砂石、粗粒料等材料被广泛应用于水利、港口、交通等岩土工程建设中,作为地基的石英砂、砾石等在大荷重下发生颗粒破碎,颗粒破碎成为影响变形和强度的主要因素,许多研究都集中在大颗粒的破碎,忽略了小颗粒的破碎情况。本文以探究土颗粒的破碎特性为目的,采取高压应力下的侧限压缩试验,对两种不同的颗粒材料进行试验分析,通过筛分法和激光散射法分别对试样压缩前后的大颗粒和小颗粒的粒径分别进行描述,进一步探究颗粒的破碎机理。     

颗粒流润滑剪切膨胀的力学机制研究

颗粒流润滑是可用于苛刻环境下的新型润滑方法,颗粒流的剪切膨胀特性是全面建立颗粒流润滑理论亟需解决的关键问题。该文基于离散单元法建立了颗粒流润滑的分析模型,研究了润滑启动阶段剪切膨胀现象的变化规律,剪切膨胀的速度适应机制和压力适应机制,并在总结剪切速度和压力载荷对剪切膨胀影响的基础上分析得出了剪切膨胀现象的力学机制。研究结果表明：润滑启动阶段,颗粒润滑系统的剪胀率随时步的变化服从二次多项式规律;颗粒润滑系统的剪切膨胀幅度随剪切速度,压力载荷的增大均呈现逐步递减的变化趋势;颗粒润滑系统的剪切膨胀特性与颗粒润滑介质间细观力链的波动密切相关,当细观力链的波动幅度变大时,颗粒润滑系统剪切膨胀的变化幅度亦增大,反之则减小。颗粒润滑介质间的接触力分布按幂函数规律变化,且颗粒润滑介质间力链的强度随着剪胀率绝对值的增大而变强。     

颗粒间摩擦对颗粒流润滑影响的力学机制

颗粒流润滑是一种可用于苛刻工况环境的新型润滑方式,颗粒间摩擦对颗粒流润滑影响的规律和特性是阐明颗粒流润滑理论的关键科学问题,也可以为极端工况环境下颗粒流润滑轴承的设计和参数选择提供技术支持.为了分析颗粒间摩擦对颗粒流润滑系统宏、微观特性以及下摩擦副与颗粒润滑介质间摩擦的影响规律,构建了颗粒流润滑离散元数值模型,并对该问...     

多孔粒状铵油炸药爆炸热化学计算与分析

运用B-W法建立多孔粒状铵油炸药的爆炸反应方程式,依据盖斯定律计算定容爆热,加权法计算爆炸产物的摩尔定容热容,研究计算得出露天多孔粒状铵油炸药的比容为970.10L/kg、爆热为-3840.67kJ/kg、爆温2787K;并讨论分析了氧平衡值对多孔粒状铵油炸药热化学性能的影响情况。     

既有钢筋混凝土拱肋承载力测试与分析

对于服役多年的钢筋混凝土桥梁,混凝土开裂、钢筋锈蚀等存在着复杂性和随机性,对其性能影响很大。基于实桥两根服役28年的钢筋混凝土拱肋极限承载能力试验研究,详细阐述了拱肋的荷载位移、荷载应变关系、残余承载力以及失效形势,分析了影响承载力的相关因素,给出了服役多年混凝土的本构关系,分别建立了考虑与未考虑老化与损伤的拱肋极限承载能力的有限元计算模型,并对比分析了理论计算值和实验结果。各项研究表明初始裂缝、钢筋锈蚀和拱轴线的线形对结构的承载能力和失效形势有较大影响。     

桁架结构系统静强度与疲劳的耦合可靠性分析

根据结构可靠性分析理论和疲劳载荷对结构造成的损伤,建立了元件静强度和疲劳耦合可靠性分析的失效判别准则,给出了元件静强度失效时所对应的当量寿命,分析了元件静强度失效和疲劳失效之间的相互影响,进而讨论了结构系统静强度和疲劳的耦合可靠性分析方法。算例表明:在不同的使用年限内,静强度失效和疲劳失效对结构系统失效的贡献是不同的;在结构系统主要失效路径中既有元件静强度失效又有元件疲劳失效;若只考虑单一因素(或静强度、或疲劳)下的可靠性分析,可能会导致结构不安全。     

高强度渗碳钢制构件的断裂分析

利用化学分析、金相检验、扫描电镜以及电子探针微区分析等方法对高强度20CrNiMo渗碳钢制矿岩牙轮钻头和汽车发动机活塞销的断裂原因进行了分析。结果表明，两构件的断裂是由于锻轧温度过高，引起硫化物在晶界上的再析出所造成的。指出了要重视这类渗碳钢的缺口敏感性及对钢中非金属夹杂物的检验方法。     

三体摩擦界面剪切膨胀过程典型阶段的力链形态及承载特性

为研究研磨过程中颗粒体系的力链特性,该文运用离散元构建了一个双平行板剪切模型模拟无限剪切运动,并观察颗粒受剪切时相关参数变化。模拟将剪切膨胀过程分为塑性爬行阶段、脆性破坏阶段、颗粒重组阶段三部分,并运用力链在x轴与y轴的分量比值来观察力链方向性变化,用承载率-分布率曲线描述力链的分布及承载变化,用力链的形态图形来观察力链形态变化。结果显示：在剪切膨胀三阶段内,力链的形态、方向、分布及承载特性各不相同。其中,塑性爬行阶段力链的形态近似倾斜网格,分布比较集中,力链承载特性良好;而脆性破坏与颗粒重组阶段,强弱力链值相差较大,承载性差。并由此得出,在塑性爬行阶段研磨条件最好。     

制冷机与红外探测器耦合技术中的热分析

在空间红外遥感中,红外探测器通过制冷机获取冷量。由于空间应用对制冷机的输入功率有严格的限制,降低导热、辐射冷损、提高传输效率就成为该耦合系统的一个关键问题。应用有限元工程分析软件做了详细的热力学分析,同时通过对耦合系统各构件的有限元热分析,进一步对其结构进行优化。