Calculation of temperature distribution in adiabatic shear band based on gradient-dependent plasticity

A method for calculation of temperature distribution in adiabatic shear band is proposed in terms of gradient-dependent plasticity where the characteristic length describes the interactions and interplaying among microstructures. First, the increment of the plastic shear strain distribution in adiabatic shear band is obtained based on gradient-dependent plasticity. Then, the plastic work distribution is derived according to the current flow shear stress and the obtained increment of plastic shear strain distribution. In the light of the well-known assumption that 90% of plastic work is converted into the heat resulting in increase in temperature in adiabatic shear band, the increment of the temperature distribution is presented. Next, the average temperature increment in the shear band is calculated to compute the change in flow shear stress due to the thermal softening effect. After the actual flow shear stress considering the thermal softening effect is obtained according to the Johnson-Cook constitutive relation, the increment of the plastic shear strain distribution, the plastic work and the temperature in the next time step are recalculated until the total time is consumed. Summing the temperature distribution leads to rise in the total temperature distribution. The present calculated maximum temperature in adiabatic shear band in titanium agrees with the experimental observations. Moreover, the temperature profiles for different flow shear stresses are qualitatively consistent with experimental and numerical results. Effects of some related parameters on the temperature distribution are also predicted.     

岩样单轴压缩峰后泊松比理论研究

研究了单轴压缩岩样应变软化阶段侧向应变与轴向应变的比值(峰后泊松比)的变化规律。岩样的塑性变形假设根源于塑性应变局部化。岩样的轴向及侧向变形被分别分为两部分:弹性变形(由虎克定律描述)及由局部化引起的塑性变形(由梯度塑性理论及几何关系确定)。应变软化阶段的轴向应变-侧向应变曲线、轴向应力-轴向应变曲线及轴向应力-侧向应变曲线都得到了实验验证。在峰值强度时,峰后泊松比等于峰前泊松比。当压缩应力降至零时,峰后泊松比达到临界值。该临界值可能比峰前泊松比大,也可能比它小。峰后泊松比还和试件尺寸有关,这与峰前泊松不同。峰后泊松比与轴向压应力之间的关系可能是一条直线,也可能是上凸的,或上凹的。这取决于岩石的本构参数(弹性模量、剪切及软化模量、剪切带宽度及峰前泊松比)、试件的结构尺寸(试件宽度及高度)及剪切带倾角之间的关系。     

断层黏滑失稳过程声发射特征试验研究

为研究断层黏滑过程中的声发射特征,对预制不同倾角的粗晶正长花岗岩断层模型进行摩擦滑动试验,分析不同加载速率、不同侧压下断层黏滑失稳的声发射特征的演化过程。结果表明：(1)在一个黏滑过程中,应力积累阶段内的声发射事件数目稳定增长,声发射能级都比较小;断层失稳错动时,声发射事件突增,而且伴随高能级的声发射事件,能量远大于其他事件,说明断层失稳时产生数量更多、强度更大的声发射活动,而且声发射能量突增发生在断层亚失稳阶段,可以利用高能量声发射事件发生对断层黏滑进行预测。(2)在不同加载条件下断层黏滑特征有所不同。侧压和倾角改变时,断层面应力状态的变化影响凹凸体的接触状态,宏观表现为断层面的摩擦强度改变。随着侧压增大,断层发生黏滑的剪应力增加,应力降增大。倾角由34°变为45°时,黏滑更不容易发生,失稳时释放的应变能更大,且在45°倾角下黏滑事件峰值应力不断增大,倾角为56°时,断层面剪应力持续增加,但不发生黏滑。在加载速率减小时,黏滑周期变长,加载过程中断层面之间有相对长的时间进行调整和物理愈合,断层面受力状态发生变化,断层失稳的应力降增大。(3)加载条件发生改变时,声发射特征发生变化。侧压增...     

考虑应变梯度效应的三点弯梁模型解析研究--第二部分:局部化带的位移及转角

基于梯度塑性理论,分析了应变软化及真实裂纹扩展阶段的局部化带的张拉位移和转角。在弹性阶段,可以由弹性理论来确定二者的关系。真实裂纹出现后,利用平衡条件、几何条件及梯度以来的应变软化本构关系,得到了真实裂纹长度与局部化带长度的关系。当真实裂纹刚出现时,局部化带长度达到最大值。在任何阶段,局部化带到中性轴的距离单调降低,局部化带的张拉位移和转角受梁深、带宽、弹模及下降模量等的影响。弹模及下降模量越大,带宽越小,则局部化带的张拉位移和转角都增加。而且,在前两个阶段,张拉位移都线性增加,但在后两个阶段,转角都非线性增加。     

基于DIC粗-细搜索方法的单轴压缩砂样的应变分布及应变梯度的实验研究

基于粒子群优化算法及Newton-Raphson迭代方法的数字图像相关粗-细搜索方法,观测了两个砂样在应力控制加载条件下的3种应变场的分布及演变规律,确定了应变在小范围内猛增之前,大范围内的应变非均匀分布区域的纵向(砂样的加载方向)应变梯度的范围.研究发现,当载荷增加到一定程度后,水平线应变的正峰值(正值代表受拉)和垂直线应变的负峰值(负值代表受压)都会出现在未来的局部化带内部,而剪切应变的峰值有时会发生偏离,这一点可由两种线应变场和剪应变场的差别进行解释.前两者呈倾斜的条状,而后者呈团状.3种应变的纵向梯度的范围大致相同,在0.001～0.002 mm^-1之间,如果3种应变的纵向梯度比上述范围小,砂样就不会出现局部的应变猛增现象和随后的宏观裂纹.在局部化带之外,存在一定的塑性应变及应变梯度,这一点不能用非经典的弹塑性模型进行解释.     

煤体破坏过程感应电荷再认识与井下应用实践

为发展和完善煤岩动力破坏感应电荷监测技术及理论,以单轴压缩试验为基础,再认识了煤体破坏过程感应电荷变化规律与主控因素,提出了带电煤屑弹射过程的感应电荷产生机理;分析了感应电荷及其干扰信号的频域特征与影响要素,研究了感应电荷与煤体应力、应变能与变形破坏之间的定性关系,建立了受载煤体与感应电荷信号的损伤统计关系,分析了感应电荷与煤体能量的演化特征,进而提出了煤体应力与感应电荷的量化关系;研发了适用于井下复杂条件下煤岩电荷监测装备,在辽宁红阳三矿与河南平顶山十一矿开展了应用实践,分析了感应电荷与煤岩动力破坏、超前支承压力及巷道变形的相关性。结果表明：高幅值感应电荷信号产生的主因不是煤体的压电效应,而是煤体裂纹扩展、破裂面滑移摩擦与带电煤屑弹射的综合作用,特别是带电煤屑弹射到传感器时,感应电荷信号幅值将会突增;感应电荷信号以低频为主,干扰信号主频与外部供电网络谐波频率一致,但不同煤体的感应电荷信号主频分布范围存在差异;感应电荷强度与应力大小关系非直接相关,与应力非线性变化程度直接相关,特别是与应力降幅度呈正相关关系;感应电荷强度可直接反映煤体破坏程度,也可通过分析外载环境以及感应电荷信号和煤体...     

利用平行移轴定理计算平面刚体的重心

通过对转动惯量取极小值的方法求得平面刚体重心的解析解，并根据最优化理论提出了通过搜索转动惯量的极小值而获得面平刚体重心的数值计算方法。     

加载速度对随机缺陷岩样破坏过程的影响

在单轴平面应变压缩条件下,采用FLAC模拟加载速度对具有随机材料缺陷岩样破坏过程的影响.采用编写的FISH函数规定随机缺陷及统计发生破坏的单元数.密实岩石服从莫尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为.缺陷破坏之后经历理想塑性行为.随着加载速度的提高,强度及其对应的应变提高,峰后应力-变形曲线变得平缓.在加载过程中,每10个时步内破坏单元数-轴向应变曲线中存在破坏单元数有显著增加的3个区段.随着加载速度的提高,该曲线的区段2及3变得开阔,区段2的峰值降低,区段3的峰值提高.在初始加载阶段和缺陷全部破坏之前,加载速度较高时的破坏单元总数-轴向应变曲线比较平缓,这是由于加载速度较高时试样内部的裂隙传播和应力转移不充分,当应变小于一定值时,在应变相同时,破坏单元数较少.破坏单元总数-应变曲线表明,随着加载速度的提高,试样最终遭受到更严重的破坏.