岩体爆破近区临界损伤质点峰值震动速度的确定

质点峰值振动速度(PPV)是爆破开挖扰动的重要指标,研究确定岩体临界损伤PPV对爆破损伤控制具有重要意义。以溪洛渡水电站640 m高程马道下边坡岩体的爆破开挖为工程背景,依据岩体跨孔声波测试结果,采用基于LS-DYNA的二次开发技术对保留岩体的损伤演化过程进行了数值模拟,结合数值模拟结果研究了爆破近区PPV的分布特征及其与损伤程度的对应关系,结果表明PPV存在门槛值,当PPV大于该值时,岩体的损伤变量从零开始迅速增加至0.8左右,之后随着PPV的增大,损伤增长速度明显减慢,直至岩体完全损伤;分别基于岩体的损伤度、最大拉应力的PPV判据以及近区拉应力峰值与PPV的统计关系等3种方法确定岩体临界损伤PPV,从定量衡量损伤区范围看,常用的基于最大拉应力的PPV判据确定的临界损伤PPV偏小,而其余2种方法确定的临界损伤PPV相对精确。     

金属材料的非线性疲劳累积损伤模型及强度衰减分析

用连续介质损伤力学的方法推导得到了一个非线性的损伤发展方程，该方程计及了加载过程应力与损伤的完全耦合效应；又由损伤发展方程得到了一个计及加载循环周内和循环周间损伤积累非线性效应的完全非线性疲劳累积损伤模型，已有的部分非线性疲劳累积损伤模型成为它的特例。由损伤发展方程确定了材料剩余强度随损伤发展的衰减规律和临界损伤值。     

一种统一的多轴疲劳损伤参量

城分析多轴损伤临界面上的应变化特性的基础上,根据多轴疲劳临界损伤平面原理,提出利用多轴介面上的最大剪切应变幅与相临两个最大剪切应变值之间的法向应变幅所合成的ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ等效应变幅作为多轴疲劳损伤参量,该参量不含有任何材料常数,不仅能够适用于多轴比例与非比例加载下,而且可退化成单轴的形式,经四种材料的试验验证,结果是令人满意的。     

含预置损伤复合材料加筋板的单轴压缩屈曲分析

通过试验和有限元方法分析了单轴压缩下加筋板的失效模式.研究了三种预置损伤位置及四种损伤尺寸的复合材料T型加筋板的线性及非线性屈曲行为,比较了损伤对临界屈曲载荷和最大失效载荷的影响.研究结果表明:损伤位置在桁条间蒙皮时,损伤的尺寸对其临界屈曲载荷和最大失效载荷影响较小;损伤位置在桁条区蒙皮时,加筋板的临界屈曲载荷随损伤尺寸的增加而明显降低,最大降低50%;损伤位置在桁条边凸缘处蒙皮时,加筋板最大失效载荷所受影响随损伤尺寸的增加而明显降低,最大降低25%.从而得到了复合材料加筋板临界屈曲载荷比和最大失效载荷比与损伤位置及尺寸的关系图.     

低合金结构钢及其焊缝热影响区的韧性损伤演化行为

采用损伤力学方法研究了低合金结构钢及其焊缝热影响区近缝粗晶区的韧性损伤演化行为。从不可逆热力学出发，建立了一般韧性损伤模型。然后用一种新的交流电住损伤测量系统，测得了该钢及其模拟粗晶区的韧性损伤演化规律，得出了相应的损伤演化方程。讨论了应力三轴度对损伤演化和破坏的影响。结果表明，粗晶区及其母材的损伤分别遵循非线性和线性规律；前者的损伤生长速度远高于后者，但其临界损伤值和断裂应变远低于后者。     

板材成型中的分叉和断裂及其空洞扩展效应

用平面应力有限元方法分析空洞模型以模拟一种双相钢板材在成型过程中所遇到的微空洞损伤,经试算可使模型的总体和局部的响应与已有的实验相一致,由此可提供描述该材料的损伤本构参数并研究局部剪切带和扩散型颈缩等分叉现象,临界应变值的分布形成了成型极限图中的下限曲线,当空洞模型的总体应力急剧下降或微裂纹开始出现,其相应的总体应变值提供了上限曲线。     

多轴非比例加载低周疲劳寿命预测方法的研究

在分析多轴损伤临界面上的能量变化特性的基础上,提出一种基于临界平面方法的多轴疲劳损伤参量,该损伤参量将表征附加强化的非比例度作为摩擦系数引入其中,利用线性累计损伤准则建立了该损伤参量最大值和疲劳循环周次的关系,进而获得一种预测多轴非比例低周疲劳寿命的方法。经试验验证,结果是令人满意的。     

连续损伤力学基临界奇异指数与破坏时间预测

响应量在临近破坏时呈现出临界幂律奇异性加速特征,是一种被广泛证实的灾变破坏前兆,并被火山、滑坡和岩石破坏实验等后验预测结果证实为一种对破坏时间进行短临期预测的可行方法.但是,奇异性指数测量值的较大分散性导致了对其具体取值的争议和预测效果的不确定性.因此,理解奇异性指数取值特征及其内在物理控制因素,成为了一个核心问题.本文基于连续介质损伤力学和材料时间相关失效特征,构建了刻画损伤加速发展通向破坏过程的力学模型.导出了恒名义应力蠕变加载和控制名义应力随时间线性增大两种典型加载方式下,损伤和应变率加速发展通向破坏的临界幂律奇异性前兆特征.阐明了临界幂律奇异性指数取值依赖于材料损伤与承受真应力之间的非线性关系这一内在物理根源,表明了实际测量中奇异性指数的分散性不完全归结于测量数据误差,而是有着内在物理控制因素.针对破坏前奇异性指数的不确定性,建议了在未知奇异性指数条件下预测破坏时间的方法,并基于花岗岩脆性蠕变破坏实验进行了验证和说明.      

考虑非比例附加损伤的多轴低周疲劳寿命模型

基于临界面法, 提出了一种能够反映非比例疲劳寿命锐减现象的多轴低周疲劳寿命模型. 与传统临界面模型只考虑附加强化效果不同, 新的模型在疲劳损伤参量中引入新定义的非比例附加损伤系数, 能综合考虑非比例加载条件下附加强化和载荷路径两种因素对疲劳寿命减少的影响, 并且分别以最大切应变和最大损伤平面作为临界面来构建疲劳损伤参量, 反映了临界面的选取对模型预测结果的重要影响. 从已发表文献中选用8 种材料的多轴疲劳试验结果进行验证, 新模型能同时适用于比例和非比例加载, 并且具有很好的寿命预测精度和材料适用性.      

抗战斗部侵彻爆炸作用的混凝土遮弹层设计

准确评估战斗部侵彻爆炸作用下混凝土遮弹层的损伤破坏可为防护工程设计提供重要参考。首先基于Karagozian&Case(K&C)模型框架建立了新型混凝土动态损伤本构模型，其中强度面综合考虑了静水压力、Lode角、应变率和损伤；独立描述了拉伸和压缩损伤，并考虑了拉压之间的连续过渡以及剪切变形和体积压缩对损伤的贡献。随后，开展了半无限厚混凝土靶体的105 mm口径弹体侵彻爆炸联合作用试验。进一步通过对上述试验和已有有限厚混凝土靶板的预制孔埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析，验证了所建立的本构模型、参数取值和有限元分析方法在描述混凝土动态阻力、损伤演化和开裂行为方面的准确性。最后，确定了SDB、WDB-43/B和BLU-109/B三种典型战斗部以声速侵彻爆炸普通混凝土的临界贯穿和临界震塌厚度。结果表明：SDB、WDB-43/B和BLU-109/B战斗部侵彻爆炸作用下混凝土的临界贯穿厚度分别为1.4、3.4和3.8 m，临界震塌厚度分别为3.6、6.3和8.3 m；由于携带炸药量的差异，不同战斗部侵彻爆炸下的临界贯穿和临界震塌厚度与侵彻深度的比值非定值，相应的比值范围分别为1.4...     

连续损伤力学基临界奇异指数与破坏时间预测

响应量在临近破坏时呈现出临界幂律奇异性加速特征,是一种被广泛证实的灾变破坏前兆,并被火山、滑坡和岩石破坏实验等后验预测结果证实为一种对破坏时间进行短临期预测的可行方法.但是,奇异性指数测量值的较大分散性导致了对其具体取值的争议和预测效果的不确定性.因此,理解奇异性指数取值特征及其内在物理控制因素,成为了一个核心问题.本文基于连续介质损伤力学和材料时间相关失效特征,构建了刻画损伤加速发展通向破坏过程的力学模型.导出了恒名义应力蠕变加载和控制名义应力随时间线性增大两种典型加载方式下,损伤和应变率加速发展通向破坏的临界幂律奇异性前兆特征.阐明了临界幂律奇异性指数取值依赖于材料损伤与承受真应力之间的非线性关系这一内在物理根源,表明了实际测量中奇异性指数的分散性不完全归结于测量数据误差,而是有着内在物理控制因素.针对破坏前奇异性指数的不确定性,建议了在未知奇异性指数条件下预测破坏时间的方法,并基于花岗岩脆性蠕变破坏实验进行了验证和说明.     

含微孔洞损伤的压电功能梯度矩形板热屈曲分析

研究了含微孔洞缺陷的压电功能梯度材料矩形板的热屈曲相关特性。假定功能梯度层的材料参数如热膨胀系数及弹性模量均沿厚度方向呈指数变化,且四边简支边界条件。首先推导了屈曲平衡方程,然后结合数值算例分析了功能梯度层材料性能的梯度参数、厚度及长宽比对临界屈曲温度的影响,最后分析了微孔洞损伤对临界外荷载的影响。结果表明:板的薄厚程度对屈曲特性有较大的影响,板越薄则临界屈曲温度越低;材料属性的梯度变化越大,临界屈曲温度也越低;微孔洞缺陷带来的损伤对于临界屈曲荷载的影响很小,但对于某些特殊情况,如需要更精准的传感器设计则不建议忽略,且损伤影响随着板厚增大而减小。     

考虑横向剪切变形矩形底中厚扁壳的屈曲研究

基于考虑横向剪切变形直角坐标下矩形中厚扁壳的几何方程、本构关系、平衡方程,建立了关于三个中面位移和两个中面转角为独立变量的矩形中厚扁壳小挠度屈曲的基本微分方程。该方程可退化为矩形中厚板屈曲的基本微分方程,从而说明本文推导过程的正确性及一般性。文中矩形中厚扁壳小挠度屈曲的基本微分方程是一组耦合的变系数二阶偏微分方程,对常曲率扁壳使用双重三角级数并将其作为广义坐标对该方程组进行解耦,进一步建立中厚扁壳小挠度屈曲的特征方程,并得到了简支矩形中厚壳屈曲的临界荷载表达式,最后获得了其屈曲的临界荷载曲线及其相应的临界荷载值。该临界荷载曲线及其相应的临界荷载值可以退化为矩形中厚板的临界荷载曲线及临界荷载值。结果表明：本文提出的算法求解过程简便,矩形中厚扁壳临界荷载收敛较快。     

水下爆破冲击波作用下典型鱼类临界安全波压模型研究

为了探究水下爆破冲击波对鱼类损伤的影响，首先通过理论分析探讨了水下冲击波在鱼体的传播过程和对鱼鳔的损伤机理，构建了典型有鳔鱼类临界安全波压模型，并结合实测数据、参考相关文献，确定了模型参数。结果表明，典型有鳔鱼类临界安全波压与鱼体长呈线性关系。其中，水介质和鱼鳔壁介质的波阻抗比、鱼鳔宽度因数、鱼鳔壁厚因数、鱼鳔径向临界拉应力因数和鱼鳔形状因数分别为0.3～2.0、0.04～0.09、0.002、60和0.6～1.1。然后，根据典型有鳔鱼类临界安全波压模型参数，得到最大和最小鱼类临界安全波压模型分别为p_ic,max=30L和p_ic,min=3L(p_ic,max的单位为kPa,L的单位为cm)。最后，通过鱼类损伤情况的实测数据和文献数据，验证了鱼类临界安全波压模型。结果表明，不同体长的鱼类在不同冲击波压力时的受损状况分布，基本与鱼类所能承受的最大和最小的临界安全波压范围符合。并根据鱼类临界安全波压与体长的关系，划分了死亡区、存活有影响区和存活无影响区。     

有环壳过渡段的锥—柱组合壳的应力和稳定性

用解析方法计算了受静水外压载荷作用的有环壳过渡段的锥—柱组合壳中的应力值，并用瑞利法计算了其失稳临界载荷。计算结果说明，利用环壳过渡值锥—柱壳形成光滑连接，可使连接部位的局部应力值显著降低，并使失稳临界载荷有所提高     

侵彻过载实测数据的滤波及弹体侵彻刚体过载的确定

研究了对实测侵彻过载数据进行低通滤波以确定侵彻刚体过载的方法,提出了临界截止频率的概念,确定了临界截止频率和相对应的刚体过载。由此方法确定的最大刚体过载值与半经验方法预示的最大刚体过载值符合较好。     

辛方法在弹性圆板屈曲问题中的应用

在辛几何空间中将临界载荷和屈曲模态归结为辛本征值和本征解问题,从而形成一种辛方法.研究和讨论了轴对称屈曲和非轴对称屈曲问题,它们分别属于零本征值问题和非零本征值问题.以弹性圆板屈曲问题作为研究对象,借助于系统的能量构造出哈密顿体系,得到了该体系下的所有的本征解.数值结果给出了圆板和圆环板问题的临界载荷和屈曲模态.数值结果表明:对应低阶屈曲模态的临界载荷相对较小且屈曲模态在周向的波纹数也较少,说明在屈曲过程中低阶屈曲模态容易出现,特别是轴对称屈曲更容易发生;对应较大分支数的临界载荷,其值相对较大且屈曲模态在径向的波纹更加复杂;同时物理常数和几何参数也会直接影响临界载荷的大小.     

长方体的热爆炸临界参数估计

本文给出了各侧面散热条件不同情况下的长方体反应系统临界F-K点火参数估计公式,并用已有的研究结果做了比较,表明该公式给出了较好的临界参数估计值。     

微裂纹串级连接及临界破坏

对一铝合金材料层裂过程的实验研究发现，当损伤累积到一定程度时，受损材料的残余强度突然丧失，表现出临界破坏现象。层裂表面具有分形特征，其分形断面的形成归因于大量微裂纹的串级连接。据此提出了一重正化群弱面模型，并对损伤演化后期的临界破坏现象进行了初步的分析和探讨。     

湿式铜基粉末冶金摩擦材料黏着损伤研究

通过离合器试验台研究了铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦学性能和黏着损伤特性;采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了表面损伤特征和成分变化.研究了湿式铜基粉末冶金摩擦材料黏着损伤形成发展历程和损伤机理.结果表明:在高于临界功率密度的试验条件下,出现黏着损伤.黏着损伤初期摩擦材料表面出现大量长度200μm~1mm的剥落坑;黏着损伤进展期摩擦片表面形成点状、连续分布撕裂坑;黏着失效期对偶片表面出现显著的过铜现象,扭矩曲线波动异常.摩擦材料发生黏着失效前,在低于临界功率密度的条件下,摩擦性能无明显改变,具有可回复性,仍可继续使用.