非线性模糊随机损伤研究

从损伤形成的宏、微观机理出发揭示了损伤演化的模糊性和随机特征并提出了损伤泛函成立于模糊、随机双层数学覆盖之下进而构建了研究广义损伤泛函的广义非确定空间。提出了非线性损伤发展所依据的初始应力场；基于三种典型模糊损伤分布：降半分布、秋千分布、组合秋千分布提出了平面应变下服从随机分布的各向异性初始模糊随机损伤场及其广义FPDF(Fuzzy Probabilistic Density Function)、FCDF(Fuzzy Cumulative Distribution Function)数学模型，并基于初始模糊随机损伤有效张量给出粘-弹-塑性初始损伤应力场的模糊随机数值模型。提出并构造了损伤矢量临界值算法并基于此推导了平面应变条件下的损伤有效张量及模糊随机有效弹性矩阵族；由损伤材料粘-弹-塑性应变率演化通式提出了基于修正Mohr-Coulomb损伤破坏准则的粘-弹-塑性模糊随机损伤本构模型。基于指数型损伤发展方程推导了粘-弹-塑性模糊随机损伤变化率方程并构造了对应随机数字特征算法模型。就土方开挖的损伤增益特征提出了基于阶段取土过程的开挖破损及回弹扰动随机矢量算法并借助凝聚损伤荷载矢量提出并构造了基于模糊衰减模型的模糊随机损伤增量方程及其随机数字特征，实现了对粘-弹-塑性模糊随机损伤增量方程卸载模型的全面阐述。考虑场内参数的空间离散及随机变异特征借助本文提出的非线性模糊随机损伤力学模型就某典型基坑工程开挖进阶过程中的损伤演变及广义可靠性进行了深入探讨，过程揭示了模糊随机损伤模型可以根据场内结构及材料强度耗散情况随时对损伤分布做出调整，以充分反映材料细观粒子间的凝聚或断裂造成的岩土结构宏观方面硬化-屈服-破坏-重分布-愈合等复杂力学性征，得到的规律性认识对于实现岩土工程全面化、精确化分析研究有重要意义。     

模糊自适应随机损伤理论研究及应用

损伤、概率、模糊隶属度在[0,1] 区间内度量的协调一致性对损伤力学更深刻地理解和更本质的描述与研究提出了发展模糊随机损伤力学的观念.现提出了模糊随机损伤的基本概念、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,构造并解释了三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CDF、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.通过发展的模型把随机场参数的统计相关性、非正态分布性全面融入了模糊随机损伤分析的模型中,这把损伤变量的不确定性做了完善地延拓、把模糊和随机两种不确定因素合理有效地引入了连续损伤力学的分析与建模中.本文的工作对损伤力学研究和结构可靠度分析都提供了创新和拓展的参考价值.     

基于塑性损伤模型的重力坝非线性地震响应分析

根据Lee和Fenves提出的塑性损伤本构模型及相关算法,自行开发了模拟地震作用下混凝土结构损伤发展过程的计算程序。其特点在于针对拉损伤程度较大时所出现的宏观裂纹张开,引入临界受拉损伤变量作为判断依据修正刚度退化变量,限制拉伸塑性变形过度增加,以求合理反映裂纹张开、闭合所引起的刚度退化和恢复现象。同时,对模型进行黏塑性正则化,以减小计算结果对网格尺寸的依赖性。通过对试件在不同加载条件下的响应和Koyna大坝的地震损伤发展过程的模拟,较好地验证了所采用本构模型和自行开发程序的合理性和有效性。     

地下水可开采量可靠性分析的模糊-随机方法

本文在阐述模糊概率和截集λ的概念的基础上,将模糊信息引入确定地下水可开采量的风险分析中,建立了模糊-随机风险估算模型。通过对模型中的参数进行模糊化处理,用改进一次二阶矩法计算了地下水过量开采的模糊风险率。应用实例表明:对应于不同的截集λ,得出的模糊风险率均为一个过渡区间,较经典概率统计中确定的系统"安全"或"不安全"之间的截然划分更符合工程实际情况,也为决策者提供了更多的风险信息;另外,因模型中同时考虑了地下水系统中客观存在的随机性与模糊性,在一定程度上提高了评价结果的可靠度,减小了地下水水源地开采的风险。     

随机-模糊方法在堤防加固质量检测中的应用

利用随机-模糊方法，对黄河堤防加高培厚工程施工质量检验中抽检数据处理的实例进行了分析。结果表明：采取“考虑随机性、采用模糊最大逼近”思路的随机-模糊方法更适合于处理差异较大、分散较开的测试样本值。同时，提出了以下建议：①应进一步明确相关施工规范与验收规程中的操作细节；②堤防质量检测时抽检样本的数目最小应为7个或者14个；③测试样本的计算评价方法应在多种方法相互比较、相互校核后，考虑综合因素而确定。     

基于随机损伤与断裂耗散能等效的混凝土裂缝扩展分析

本文基于损伤耗散能与断裂耗散能等效原理,并假设极限应变服从对数正态分布,建立了混凝土的微弹簧随机损伤模型,进一步给出了混凝土裂缝黏聚律的求解方法。依据所提方法,分别获得了骨料最大粒径dmax依次为80 mm和40 mm的大坝混凝土和湿筛混凝土的黏聚律的具体表达式。基于求解出的黏聚律,分别模拟了大坝和湿筛混凝土的带切口三点弯曲梁裂缝扩展全过程,并将计算得到的荷载-裂缝口张开位移的曲线与试验曲线进行了比较,两者吻合良好,从而验证了模型与求解方法的合理性与有效性。进一步采用建立的模型与方法分析了大坝混凝土和湿筛混凝土材料特征高度的合理取值范围,结果表明:对于本文计算所用的大坝混凝土和湿筛混凝土试件,其材料特征高度值可取6~10倍骨料最大粒径dmax。     

岩土工程中随机-模糊统计公式的修订及应用

岩土工程中的随机-模糊统计方法用模糊理论准确表达了岩土材料特性的空间变异性,通过信息理论、计算技术与岩土力学的结合,实现了模糊模型的定量求解并使经典的随机统计公式作为一种特例包含于相应的随机-模糊统计公式中.简述了岩土工程中随机-模糊统计原理和相关计算公式,并对这些计算公式进行了局部修订以完善其理论逻辑,讨论了应用岩土工程中随机-模糊统计原理和相关计算公式应注意的问题以便推广应用.     

岩体力学参数的非线性随机反演优化方法的研究

 运用最优化理论,通过构造公差准则函数序列,在近似可行概念［1］和非线性加速单纯形法的基础上,采用三维非线性位移随机反分析的伸缩保养法研究了岩体力学参数。岩体的性态采用弹塑性?开裂模型描述,考虑工程中实测位移的随机波动性,应用随机反分析的目标函数。非线性迭代采用收敛稳定的子增量变Kp法。并与复合形法进行了比较,工程实例表明伸缩保养法较复合形法在调用有限元次数及耗用机时方面要少一些,且反演结果相差很少,说明该方法是有效和可行的。     

强震作用下肋拱式渡槽动力响应及损伤破坏机理研究

为探究强地震作用下肋拱式渡槽结构的损伤破坏演化过程,以长岗坡渡槽为例,建立肋拱式渡槽结构三维非线性有限元模型,采用黏弹性人工边界方法来实现无限域地基的精准模拟,引入混凝土塑性损伤本构模型,开展不同地震强度作用下肋拱式渡槽结构的动力响应分析及损伤破坏模式的研究。研究结果表明：渡槽结构的动力响应随地震强度增大而增大;地震作用下,基于塑性损伤本构模型,通过模拟得到渡槽结构的峰值位移、峰值加速度响应均较线弹性本构模型模拟结果大,主要是因地震波的持续作用使结构出现塑性损伤,致使刚度退化;反之,峰值应力较线弹性模型结果小,主要是因结构出现的塑性损伤会导致结构阻尼增大,耗散能增大。渡槽整体结构损伤严重的部位为顺槽向靠近支墩位置的槽体、跨中肋柱以及支墩、肋拱、肋柱交界处,明晰了槽体、小腹拱、支墩等构件的损伤演化破坏演化过程,揭示了其主要是由结构受力不均而引发的混凝土受拉损伤破坏的损伤破坏机制。研究成果明晰了渡槽结构的抗震薄弱部位,可为类似渡槽结构的抗震设计及加固处理提供理论基础。     

Fuzzy stochastic damage mechanics (FSDM) based on fuzzy auto-adaptive control theory

In order to fully interpret and describe damage mechanics,the origin and development of fuzzy stochastic damage mechanics were introduced based on the analysis of the harmony of damage,probability,and ...     

基于能量法的混凝土循环加卸载动态损伤特性

为了从能量法的角度研究混凝土循环加卸载下的损伤演化特性,利用大型动静力三轴仪对边长为150 mm的立方体混凝土试件,进行不同侧应力、不同应变速率的循环加卸载试验。用改进的Najar能量法,确定了一种新的损伤变量计算方法,对比分析了改进后的混凝土损伤演化曲线与试验所得混凝土应力-应变包络曲线,将修正后的Weibull-Lognormal损伤本构模型对试验数据进行拟合分析。结果表明:新的损伤变量计算方法简单,物理意义明确;改进后的混凝土循环加卸载损伤演化曲线可以分为三个阶段,损伤不变阶段、损伤加速发展阶段、损伤稳定发展阶段;选用的塑性变形公式与试验结果拟合较好;经过修正后的混凝土损伤本构模型能较好地模拟混凝土循环加卸载条件下的应力-应变包络曲线。     

基于NGA模型的主余震序列作用下重力坝损伤破坏研究

传统的线弹性模型和弹塑性DP模型难以真实反映混凝土、岩石地基在遭遇超出其抗拉压强度时的损伤破坏规律。为更加全面地评估余震作用对已损重力坝结构的累积破坏影响,本文采用塑性损伤力学模型来模拟坝体的动力损伤,同时考虑岩石材料的非线性性质,将塑性损伤力学的方法推广到岩体材料,建立了大坝坝体与地基的整体损伤力学模型,实现了重力坝整体动态损伤演化全过程模拟。结合主震与强余震统计关系和NGA地震动衰减关系构造了主余震地震动序列,分别研究了单次主震、单次余震以及主震后余震对强震区混凝土重力坝坝体地基整体损伤演化的影响。研究结果表明:余震作用对坝基的塑性应变累积效应显著,对于主震受损的混凝土重力坝结构,余震作用能够引起结构较大的二次残余变形。     

硬脆性岩石卸荷流变特性及本构模型研究

依托某在建大型水电站,采用保持轴向应力不变、分级卸围压方式,对硬脆性花岗岩进行蠕变试验,分析了硬脆性岩石的卸荷蠕变变形特性及宏观和微细观破裂形式。结果表明,硬脆性岩石的卸荷流变过程可分为减速蠕变、等速蠕变和加速蠕变三个阶段,并且存在卸荷流变门槛值。岩样屈服前后,轴向应变和侧向应变关系分别符合线性函数关系和对数函数关系。低围压下岩石主要发生沿轴向的张拉性劈裂破坏,高围压下则发生沿斜截面的剪切破坏。基于对蠕变损伤演化的分析,建立了硬脆性岩石非线性粘弹塑性损伤流变模型,以便描述硬脆性岩石不同阶段的蠕变特性。     

深切河谷初始地应力特点及其对地下工程的影响

在深切河谷地区修建地下工程,山体不同坡度时会对初始地应力有十分重要的影响。通过数值分析研究了当山坡坡角分别为30°、45°和60°时,在重力场和构造应力条件下山体中在垂直向和水平向典型剖面中初始地应力分布的特点。得出以下结论:1山体同一高程处,地应力的分布特点是先增大后减小的驼峰式。2地下洞室开挖距离坡脚越近,修建后洞室周边的塑性区越大,对于洞室围岩的稳定性越不利。3在研究河谷地区的地应力分布规律和状态时,仅考虑自重作用是不全面的,应该结合区域特性,考虑构造应力的影响。4由于河谷形成过程中的卸荷作用及风化作用,河谷底部构造强烈,产生了大量的应力集中。     

基于模糊聚类迭代模型的洪灾评估标准计算方法

对于洪灾评估工作来说,制定一个具有普适性的洪灾等级评估标准是很重要的,而目前缺少一个被公开认可的标准制定方案。在模糊聚类迭代模型的基础上,提出了一种不受时空分布影响的洪灾评估标准计算方法。在求解目标函数时,采用混沌文化进化算法进行了优化。以四川省1976-2006年洪灾样本为例,计算出了四川省洪灾的标准化等级评估标准,并进行了验证。分析表明:该标准是合理有效并符合洪灾分布特点的,可以作为其它模型的评估标准。采用相对值标准,不受时空分布不同的影响,可以用于所有具有同一范围级别和较完备历史灾情数据的洪灾评估标准工作。