单轴作用下岩土材料的双重介质本构模型

基于弹塑性力学和损伤力学理论,将岩土材料视为孔隙-裂隙双重介质,假设孔隙介质不发生损伤,而裂隙介质随应变的增加发生损伤,建立了单轴作用下岩土类材料的双重介质本构模型隐式表达式,并利用Newton迭代法得出了材料的全程应力-应变曲线．分析结果表明,岩土材料中裂隙空间展布的多态性（均匀展布、集中展布和随机展布）是岩土材料本构关系千变万化的根本原因．由于双重介质本构模型将岩土材料的弹性主体（孔隙介质部分）和损伤主体（裂隙介质部分）分化开来,对于研究岩土或含损伤材料的破坏具有实用价值和理论意义．     

危岩主控结构面损伤模型研究

危岩是迄今研究程度极其薄弱的地质灾害类型,而主控结构面受荷损伤是危岩发育机理研究的核心技术．通过定义主控结构面裂端损伤区,运用损伤力学方法建立了裂端损伤区的即时泊松比和即时弹性模量的计算方法,并据此构建了主控结构面裂端损伤本构方程,为主控结构面断裂演化数值模拟奠定了理论基础．     

基于桥梁经验数据的理论易损性曲线校准

基于理论计算或试验研究定义桥梁损伤状态建立的理论易损性曲线,通常不能将桥梁构造(包括几何性质、材料性质等)、地面运动和场地条件等因素均考虑在内.鉴于此,为更加精确地以易损性曲线的形式评估桥梁抗震性能,首先利用1994年北岭地震桥梁损伤数据建立双参数对数正态分布的经验易损性曲线;其次,给出一种多跨桥梁力学模型,定义桥墩柱转动延性值量化桥梁损伤状态,获得4种损伤状态下的理论易损性曲线;最后,以90%置信区间的经验易损性曲线对理论易损性曲线进行校准.计算结果表明:利用桥梁力学模型建立的理论易损性曲线校准后能近似吻合经验易损性曲线,且3种损伤状态阈值由SRSS优化公式得到校准.随着结构损伤知识的进展,未来可利用更详细的结构损伤过程对校准后的理论易损性曲线做二次更新,进一步提高桥梁系统风险评估的精确性,尤其是遭受强震灾害下由多座桥梁组成的高速公路网络.     

高温作用下混凝土热-水-力耦合损伤分析模型

以混合物理论为基础建立了高温作用下混凝土的热-水-力耦合损伤分析模型．将混凝土视为由固体骨架、液态水、水蒸气、干燥气体和溶解气体共5种组分构成的混合物,模型的宏观平衡方程包括各组分的质量守恒方程、整体的能量守恒方程及动量守恒方程,模型所需的状态方程及本构关系全部给出,最后给出基于4个主要参数（固体骨架位移、气压力、毛细压力和温度）的控制方程．模型考虑了混凝土在高温作用下,水分的蒸发与冷凝、胶结材料的水化及脱水、溶解气的溶解与挥发等相变过程;从材料变形破坏过程中能量耗散特征入手,基于Lemaitre应变等价性假说和能量守恒原理得到力学损伤演化方程,并考虑了高温引起的热损伤对材料力学性能及力学损伤演化规律的影响,建立了热-力耦合损伤本构模型．     

纤维增韧材料的损伤理论

本文研究了单向纤维增强材料的损伤理论。我们考虑了基体中预先存在的微裂纹的张开、扩展及其附近双位移区的力学机制,即纤维脱胶、摩擦滑动等,建立了裂纹面上由纤维承受的应力所满足的积分方程。把双相区的厚度和裂纹尺寸作为两类不同的损伤变量,分别建立了演化方程。对基本积分方程给出了近似解,其结果与由Hankel变换给出的精确解吻合很好。在近似解的基础上给出了复合材料的有效应力强度因子和基体裂纹扩展条件,并给出了考虑损伤过程的完整应力应变关系。     

饱和土中波传播的二相动力分析模型

将饱和土作为二相介质,考虑土骨架和孔隙流体之间的摩阻力,建立了饱和土中一维压缩波传播的二相动力分析控制微分方程,采用有限差分法求解。该模型可以计算地表面爆炸冲击荷载作用下饱和土中波的传播和波在不动障碍上的反射问题。该模型可考虑饱和土土体的非线性塑性力学性质及土性随深度变化或土介质的分层情况。     

双重介质分形油藏渗流问题

将油井有效半径引入双重介质分形油藏渗流问题的内边界之中,从而建立了双重介质分形油藏的一种渗流模型,并在考虑了井筒储集和表皮效应的情况求得了外边界为无限大、有界封闭和有界定压三种情况下双重介质分形油藏压力分布的精确解析表达式,利用拉氏数值反演Stehfest方法分析了双重介质分形油藏压力动态特征,讨论了各种参数对压力动态的影响。     

基于AHP的深部巷道围岩稳定性影响因素评价分析

根据岩体力学和工程地质学理论,采用层次分析(AHP)法对影响深部巷道围岩稳定性的因素进行分析,从围岩岩体力学性质因素、工程地质因素、工程技术因素方面考虑,建立稳定性影响因素各项指标的递阶层次结构模型,构造判断矩阵,给出各层元素的单排序权重和总排序权重,找出影响深部巷道围岩稳定性的关键性因素,并进行定性和定量分析,为深部巷道围岩控制提供了可靠的理论依据.     

冻土单轴动态加载下的应力应变关系

研究冻土在冲击加载下的动态力学行为对寒区的工程建设、交通运输等都有着重大的意义。该研究在粘弹性模型的基础上,考虑了损伤和温度的影响,建立了能够合理描述冻土在单轴冲击荷载作用下的应力-应变行为的本构模型。并进行了冻土霍普金森压杆冲击动态实验,对比实验曲线和所建立的本构模型曲线,发现拟合良好,具有一定的工程应用价值。     

高压水射流作用下岩石破碎机理及过程的数值模拟研究

根据连续介质力学和有限元理论,给出了高压水射流破岩系统中流体和岩石的控制方程,并建立了相应的有限元列式．运用连续损伤力学和细观损伤力学理论,建立了适用于水射流破岩全过程分析的岩石损伤模型以及宏细观损伤的耦合模式．数值计算的结果较真实地反映了水射流破岩过程中,岩石的动态响应以及水射流动力学特性的演化过程,普通连续水射流破碎岩石主体所用的时间为毫秒量级,破岩的主要形式是卸载及射流冲击所产生的拉伸破坏,并呈“阶跃式”发展．数值计算与相关试验结果基本吻合,表明该分析方法是可行的,可用来指导高压水射流破岩理论的进一步研究及应用．     

基于小波神经网络方法的桥梁结构损伤识别研究

桥梁结构在服役期间会承受复杂的荷载,长期使用会不可避免地出现各种损伤.若这些损伤不能被及时发现和适当处理,将有可能造成严重的事故.因此,桥梁结构的局部小损伤识别对于其及时检修有重要意义.通常,损伤结构的全局动态特性测试可能对局部的结构损伤不敏感,特别是对小损伤,这就需要从结构动态响应信号中提取对损伤更敏感的特征量.建立了桥梁结构的有限元模型并进行动力特性分析;采用小波包分析方法处理结构动态响应信号以构造结构损伤指标,并结合结构损伤指标和人工神经网络方法进行桥梁结构的损伤定位.     

Influence of Multiple Micro Cracks on the Damage Behavior of a Macro-Crack Tip北大核心CSCD

The solution of an infinite plane containing a macro crack and a cluster of micro cracks under uniaxial tensile load was presented based on Muskhelishvili’s complex function method and the stepwise recursive method. The stress field and stress intensity factor K were obtained. Combined with the damage mechanics, damage parameter D of the macro-crack tip and the micro-crack tip under uniaxial tension was redefined, and the influence of different damage zone forms on the damage of the crack tip was analyzed. The results show that, both the chain-distribution and the reverse-chain-distribution micro cracks have an amplifying effect on the macro crack growth, and the damage parameter increases with the decrease of the inclination angle of the micro crack and the reduction of the distance between the macro crack and the micro cracks. For a relatively small inclination angle of the micro crack, the damage parameters of the macro crack and the micro crack heightens, and the damage parameter of the macro crack increases with the micro-crack length. For evenly distributed micro cracks in the continuous damage zone, the micro cracks have an amplifying effect on the macro-crack growth, and the damage parameter of the macro crack increases with the micro-crack number. © 2022 Editorial Office of Applied Mathematics and Mechanics. All rights reserved.     

各向同性弹性损伤本构方程的一般形式

直接从不可逆热力学基本定律出发,推导出弹性各向同性损伤材料本构方程的一般形式,克服了由应变等效假设建立的经典损伤本构方程的缺陷,并阐明了两种各向同性弹性损伤模型(单标量模型与双标量模型)之间的联系.研究表明,采用单标量描述的损伤模型,在材料损伤本构方程中含有两个“损伤效应函数”,反映损伤对于两个弹性常数的不同影响.应变等效假设给出的损伤本构方程,是该文方程的一个近似形式,常常不能满意地描述实际材料的损伤行为.     

多元Lanchester方程在装备战损量预计中的应用

在战时装备保障中,装备战损量预计是一难点问题.本文从分析影响装备战损的因素出发,采用多元Lanchester方程寻求解决方案.提出了基于指数多元Lanchester方程的装备战损量预计模型和模型中毁伤系数的确定方法.据此,建立了一种新的装备战损量预计方法,并举例验证.该方法较好的满足了未来信息化条件下作战装备保障的需要,具有重要的参考价值.     

聚合物材料损伤理论

本文研究了外界环境如载荷、温度、湿度、辐射、腐蚀介质、非相容介质等对聚合物材料变形的影响,给出了微分型和积分型损伤演化方程;讨论了非线性弹性体和非线性粘弹性损伤变形以及腐蚀损伤.给出了粘弹性损伤变分原理.     

Sulfur dioxide and mortality damage: a benefit/cost analysis

The author first attempts to estimate an average mortality determination function using an average dose-response function that has been established statistically between sulfur dioxide and excess mortality in U.S. metropolitan areas in which sulfur dioxide exceeds certain threshold levels. An attempt is made to estimate quantitatively the economic value of premature mortality caused by sulphur dioxide. Finally, a comparison is made between the costs of the damage caused by this pollution and the cost of pollution control efforts.     

Numerical analysis of dynamic thermoviscoelastic contact with damage of a rod

We describe and analyse a model for a problem of thermoviscoelasticdynamic contact which allows for the general evolution of thematerial damage. The effects on the mechanical properties ofthe material due to crack expansion are described by a damagefield, which measures the decrease in the load-bearing capacityof the material. The damage process is assumed to be reversibleand the microcracks which develop as a result of tension orcompression may grow or disappear. The geometric setting isthat of a 1D rod which may contact a deformable obstacle. Thecontact is modelled by the normal compliance condition and thestress–strain constitutive equation is of Kelvin–Voigttype. The model consists of a coupled system of energy–elasticityequations together with a non-linear parabolic inclusion forthe damage field. The existence of a local weak solution isestablished using penalization, a finite element algorithm forthe solution is constructed and analysed and the results ofnumerical simulations based on this algorithm are presented.The simulations illustrate how the size of the normal compliancecoefficients, the damage rate coefficients and the applied forceaffect the character of the evolution of the damage. In particular,cycles of bonding and debonding can occur.     

带空洞损伤的古典压力容器问题

本文根据微弹性结构线性理论研究了带空洞损伤的压力容器问题．解答是准静态的，其应力场为古典弹性力学关于球体对称压力容流问题应力解答，位移场和损伤场具有由于考虑损伤而表现出体积粘弹性特点．     

混凝土材料的粘塑性损伤本构模型

基于不可逆热力学,引入运动硬化、等向硬化和损伤内变量,构造了相应的自由能函数和流动势函数,推导出了混凝土材料的粘塑性损伤本构模型．数值模拟的结果表明,该模型能够避开屈服面和破坏准则的基本假设来描述混凝土材料的以下特性:压缩载荷作用下的体积膨胀现象;应变率敏感性;峰值后由损伤和破坏引起的应力软化和刚度退化现象A·D2由于此模型避开了根据各种变形阶段选择与其相应的本构模型的繁琐计算,因此更便于纳入复杂工况下应力分析有限元程序中．