大理岩破坏过程的三维细观弹塑性损伤模拟研究

为了考虑岩石细观局部塑性变形,基于应变空间理论导出细观弹塑性损伤模型,采用有限元计算方法实现岩石三维破裂过程的数值模拟。提出细观破坏单元网格消去法,利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;模拟二维、三维大理岩三点弯曲梁弹塑性损伤破坏试验,得到岩石非线性应力–应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。试验研究表明,三维破裂比二维破裂更为复杂,本文所建模型可以有效地模拟岩体的三维破坏过程。     

动载荷作用下含偏置裂纹 三点弯曲梁破坏过程的数值模拟

 偏置裂纹三点弯曲梁被广泛应用于研究I–II复合型裂纹的扩展过程。利用岩石破裂过程分析(RFPA)程序，对含偏置裂纹三点弯曲梁在动载荷作用下的破坏过程进行数值模拟，研究偏置裂纹的位置(用g 来表达)对三点弯曲梁破坏模式的影响。数值模拟结果表明：当g ≤0.745时，偏置裂纹尖端首先起裂，并沿着一定的角度向上扩展，最终贯通整个试样的高度；当g ＞0.745时，在偏置裂纹发生扩展的同时，在梁底部中心位置也萌生出一条中心裂纹，但最终只有中心裂纹贯通整个试样的高度。数值模拟在现了实验中观测到的2种典型破坏模式及其对应的临界g 值。     

应力波作用下三点弯曲梁破坏过程数值模拟

岩石类准脆性材料三点弯曲梁冲击荷载作用下的破坏受应力波加载速率以及应力波峰值的影响。使用新发展的并行RFPA2D-Dynamic数值模拟工具对三点弯曲梁冲击荷载作用下的破坏过程进行了数值模拟,研究了不同加载速率和加载峰值的破坏规律。数值模拟结果与物理实验结果具有较好的一致性。在低加载速率下,三点弯曲梁发生拉伸破坏,且只出现一条裂纹;在较大加载速率时出现多条平行拉伸裂纹;在大加载速率时出现拉伸、剪切复合裂纹。应力波峰值较小时形成单一的拉伸裂纹,而随着加载峰值的提高,形成多条平行拉伸裂纹。     

三维大理岩弹塑性损伤及细观破坏过程数值模拟

目前对于岩石细观破坏的研究取得了一些进展,但在许多工程领域不能简单地采用弹性损伤模型分析,而要考虑岩石细观局部塑性变形对岩体强度和稳定性的重要影响.因此,基于应变空间理论导出弹塑性损伤细观模型,提出破坏单元网格消去法模拟裂纹扩展,程序自动删除损伤度为1的细观单元,使该单元在下一步计算中失去作用,利用高性能并行计算实现岩石三维破裂过程的数值模拟.对大理岩三点弯曲试样I型及I-II复合型裂纹的破坏过程进行数值模拟,研究裂纹穿晶和绕晶破坏问题,给出裂纹萌生、扩展过程及破坏形态,分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响.计算结果表明,考虑岩石细观局部塑性变形时的岩体稳定性要大于不考虑局部塑性时的稳定性,仿真试验和物理试验吻合较好,由此说明所提出的岩石弹塑性损伤破坏模型的正确性和有效性;裂纹尖端晶体强度影响穿晶和绕晶的破坏模式;破坏单元网格消去法解决有限元模拟裂纹扩展的难题,给出的模型和方法可付诸于实践.     

铁路钢轨钢材三点弯曲试样的弹塑性有限元分析

对铁路钢轨钢材标准三点弯曲试样的弹塑性断裂性能进行了系统研究与分析。通过有限元计算结果与试验结果进行对比,验证了钢轨钢材的脆性破坏特征。采用普通单元和奇异单元的网格计算应力和位移进行了分析。并对裂纹尖端CTOD值进行了计算分析,CTOD值沿试样厚度方向的变化很小,裂纹尖端始终处于三向拉伸应力状态。而三向拉应力状态将使裂纹尖端处的塑性变形受到很大限制,破坏时的塑性变形很小,更容易发生脆性破坏。     

基于挠度变量的混凝土弯曲梁损伤分析与灰预测

依据混凝土的弹塑性特性，在三点弯曲梁损伤分析中借鉴了双线性损伤模型的基本思路，提出了以挠度为因变量的三点弯曲梁损伤计算方法；利用灰理论建立模型对三点弯曲梁的损伤进行预测，比较了计算值与预测值差异，分析了发展系数口和灰作用量b的发展趋势，给出了精确预测的起始点，分析结果表明灰预测理论可以较好地应用于三点弯曲梁的损伤分析和预测。     

不同温度下砂岩三点弯曲破坏的特征参量研究

 基于三点弯曲试验研究不同温度影响后平顶山砂岩的特征参量,重点探讨热处理后砂岩破坏的弹性模量、损伤参量及延性比的变化。提出一种新的分析岩石材料性能的参数,即数值弹性模量,这大大方便通过试验方法来获取弹性模量。基于不同温度下弹性模量的变化及Lemaitre损伤理论,定义热损伤,并发现分段的四次多项式能较好拟合岩石等脆性材料热损伤与温度的关系,并由此把热损伤分为4个阶段,即不稳定热损伤阶段、初始热损伤阶段、稳定热损伤阶段和快速热损伤阶段。最后,借用混凝土结构工程的概念,采用延性比来判别热处理后砂岩的脆–延转变特性,该值大于2时砂岩开始具有延性性质。     

梁的疲劳开裂各向同性弯曲损伤分析

在梁的纯弯曲损伤基本假设条件下,利用疲劳损伤耦合理论,导出了梁弯曲疲劳损伤的基本方程。根据疲劳实验测得的跨中挠度随荷载循环次数的变化规律,得到梁底缘应变与循环荷载重复作用次数的关系曲线。利用梁弯曲疲劳损伤的基本方程可分别得到中性轴偏移量和有效惯性矩与循环荷载重复作用次数的关系曲线,最后可预测矩形截面梁疲劳寿命。     

考虑围压效应的大理岩弹塑性耦合力学模型研究

以锦屏T2b和 深埋大理岩循环加卸载试验结果为基础,进行如下研究：(1) 分析不同围压下锦屏大理岩的弹性参数随内变量的演化规律,得到弹性模量与围压和内变量的定量关系;(2) 基于Mohr-Coulomb 屈服准则,得到其强度参数随内变量的演化规律;(3) 考虑非关联流动法则,分析剪胀角随围压和内变量的演化规律,得到锦屏大理岩的剪胀角与围压和内变量的定量关系;(4) 最终建立考虑围压效应的大理岩弹塑性耦合力学模型,并在有限差分软件FLAC3D中进行数值实现,用于模拟分析T2b大理岩的室内常规三轴压缩试验,结果表明,数值模拟与试验结果吻合很好,该模型可以很好地反映大理岩的主要力学特性。所提研究方法和研究结果对于提高深部工程围岩(特别是具有小变形破坏特性的硬脆性围岩)变形计算和稳定性分析的准确性具有重要的参考价值和借鉴意义。     

锦屏层状大理岩断裂机制的细观试验研究

 锦屏地下深埋岩石处于高应力状态,地下洞室开挖后围岩变形破坏所引起的工程问题十分突出。结合取自锦屏二级交通辅助洞的层状盐塘组大理岩及均质的白山组大理岩,利用扫描电镜高温疲劳试验系统,对层状盐塘组大理岩进行不同作用方向下的三点弯曲试验,并和均质的白山组大理岩试件进行对比分析研究层状大理岩不同层理方向的细观断裂机制及其与特征参数间的关系,同时,研究层理与主应力方向的关系对洞室围岩破坏机制的影响。结果表明：围岩层状特性是由于白云石及方解石矿物条带状分布所致;作用力方向对层状围岩的断裂机制有着决定性的影响,均质白山组大理岩试件细观断裂机制为沿晶断裂,作用力方向垂直盐塘组大理岩层理时为穿晶断裂与沿晶断裂的耦合作用模式,作用力方向平行层理时则以沿矿物条带间的沿晶断裂机制为主;断裂机制的不同使得宏观上的强度参数呈规律性差异,盐塘组平行层理试件与白山组试件的峰值荷载分别为盐塘组垂直层理的58%,44%,峰值断裂能分别为42%,29%;作为断裂机制外在宏观表现的3组试件断面形貌具有自相似分形特征。     

考虑弹塑性损伤耦合的绿泥石片岩力学模型研究

深埋绿泥石片岩现场工程和室内试验揭示绿泥石片岩在外荷载作用下存在弹塑性损伤耦合行为,考虑弹塑性损伤耦合建立力学模型是进行工程稳定性分析的基础。通过三轴试验对锦屏二级水电站绿泥石片岩的力学特性进行了研究,重点分析了围压对强度、变形、剪胀等非线性特征的影响;基于试验结果,根据绿泥石片岩在受压条件下表现出的塑性剪切和损伤弱化机制,提出了可以反映损伤弱化的损伤演化方程和反映塑性强化作用的加载方程和势函数,并提出适用的本构方程。室内三轴试验的模拟结果表明本文提出的力学模型与试验结果有较好的一致性,对类似深埋软岩地下工程的稳定性分析具有借鉴意义。     

混凝土应变率型弹塑性损伤本构模型

针对混凝土在不同应变率加载作用下的变形和强度特征,在现有试验数据研究基础上,首先提出了基于热力学定律的一般弹塑性损伤模型,再将应变率敏感性参数引入其中,推导出了应变率型弹塑性损伤本构模型.模型计算结果与试验结果比较表明,所建立的本构模型可以很好地描述混凝土在不同加载速率时的力学特征.应用该模型可预测大范围应变加载情况下混凝土破坏强度.结果表明：应变率对混凝土力学性能影响较大.     

梁结构的损伤识别方法研究

针对桥梁结构多为简支梁和连续梁的形式,文章使用了柔度差法对粱结构的损伤识别进行了研究.文章首先分别推导了一阶振型变化率和柔度差的识别理论;然后使用ansys有限元分析软件对简支粱和连续粱进行了损伤数值模拟,并使用此两种识别指标进行损伤识别;最后比较了两种指标的识别效果.文章还对梁结构的多处损伤进行了研究.结果表明:对于...     

受力梁的剪力图和弯矩图的绘制方法

本文采用三种方法分析了受力梁发生弯曲时其各部分所受内力的大小,即如何快速、准确地画出剪力图和弯矩图,最后进行了对比。     

碳纤维布加固钢筋混凝土吊车梁的疲劳损伤机理及损伤累积性能研究

以碳纤维布(CFRP)加固损伤钢筋混凝土吊车梁的抗弯疲劳试验研究为基础,分析了加固吊车梁中钢筋疲劳破坏产生的原因,揭示了CFRP加固钢筋混凝土吊车梁的疲劳破坏机理。建立了碳纤维布加固钢筋混凝土吊车梁的疲劳累积损伤模型,并根据所建立的吊车梁的疲劳累积损伤模型,对本文试件进行了疲劳损伤程度分析。研究表明,采用CFRP加固钢筋混凝土吊车梁的剩余抗弯刚度来度量其疲劳损伤变量,具有明确的物理意义。在此基础上,建立的疲劳损伤演化方程能够准确模拟CFRP加固钢筋混凝土吊车梁的疲劳损伤破坏过程。     

盐冻环境下混杂纤维锂渣混凝土梁受弯承载力研究

对经过盐冻循环后的混杂纤维锂渣混凝土梁进行抗弯加载试验,分析混杂纤维锂渣混凝土梁的盐冻损伤作用机理并探究其在盐冻作用下的抗弯性能.另外,基于现行规范中普通钢筋混凝土构件正截面受弯承载力的计算公式,引入纤维影响系数和以动弹性模量为参数的盐冻损伤系数对现行规范中的公式进行修正,得到了盐冻环境下混杂纤维锂渣混凝土梁的受弯承载力修正公式.将2种公式的计算结果进行对比后发现,修正公式的计算结果更接近试验值,可用于盐冻环境下混杂纤维锂渣混凝土受弯构件的分析和设计.     

T形钢梁加强负弯矩区组合框架梁的试验研究

针对框架梁在梁端存在较大负弯矩及混凝土不能承受较大拉应力的状况,提出了在框架梁的负弯矩区段采用T形钢梁加强的组合框架梁模型。通过两个组合框架梁单层框架足尺模型的试验研究,得到新型组合框架梁的荷载一挠度曲线,截面应变分布曲线。从组合框架梁与一般组合梁的试验结果对比可看出,T形加强截面能有效提高梁的刚度,使框架梁刚度分布趋于合理。最后,提出并验证了按T形肋截断位置分成三段刚度不同的梁分析组合框架梁的方法。