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相似文献
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1.
基于Rice不可逆内变量热力学框架,在约束构型空间中讨论材料的蠕变损伤问题.通过给定具体的余能密度函数和内变量演化方程推导出考虑损伤的内变量黏弹--黏塑性本构方程.通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验对一维情况下的本构方程进行参数辨识和模型验证,本构方程能很好地描述黏弹性变形和各蠕变阶段.不同的蠕变阶段具有不同的能量耗散特点.受应力扰动后,不考虑损伤的材料系统能自发趋于热力学平衡态或稳定态.在考虑损伤的整个蠕变过程中,材料系统先趋于平衡态再背离平衡态发展.能量耗散率可作为材料系统热力学状态偏离平衡态的测度;能量耗散率的时间导数可用于表征系统的演化趋势;两者的域内积分值可作为结构长期稳定性的评价指标.  相似文献   

2.
基于Rice 不可逆内变量热力学框架,在约束构型空间中讨论材料的蠕变损伤问题. 通过给定具体的余能密度函数和内变量演化方程推导出考虑损伤的内变量黏弹-黏塑性本构方程. 通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验对一维情况下的本构方程进行参数辨识和模型验证,本构方程能很好地描述黏弹性变形和各蠕变阶段.不同的蠕变阶段具有不同的能量耗散特点. 受应力扰动后,不考虑损伤的材料系统能自发趋于热力学平衡态或稳定态. 在考虑损伤的整个蠕变过程中,材料系统先趋于平衡态再背离平衡态发展. 能量耗散率可作为材料系统热力学状态偏离平衡态的测度;能量耗散率的时间导数可用于表征系统的演化趋势;两者的域内积分值可作为结构长期稳定性的评价指标.  相似文献   

3.
基于耗散能密度的疲劳裂纹扩展规律研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
在疲劳裂纹扩展过程中,裂纹尖端的能量耗散决定了裂纹扩展能力.研究基于耗散能密度的裂纹扩展规律更有物理意义.耗散能密度是材料疲劳性能的一种表征参数,实验测得了镍基高温合金GH4169材料室温和450℃高温的耗散能密度与控制应力幅值的关系曲线.参照Paris公式的形式提出了基于耗散能密度的裂纹扩展方程,并通过疲劳裂纹扩展试验测量了GH4169材料在室温和450℃高温下的裂纹扩展速率与耗散能密度的关系.试验结果的总体趋势与所提出的扩展方程一致.  相似文献   

4.
塑性损伤本构模型的自由能势函数研究   总被引:1,自引:1,他引:0  
自由能势函数是不可逆热力学量及其共轭量的标量泛函,是广义标准材料模型的重要组成.论文根据损伤状态、过程、作用和伪势的定义和定理,分析了损伤耗散势的数学和物理含义,探讨了损伤耗散势的理论基础和描述耗散势的一般理论方法.研究了耗散势、损伤作用和自由能势函数的相互关系,给出了满足上述基本原理的自由能表达式,基于增量最小原理的变分形式得到了损伤理论基本方程的数值离散方程,实验模拟验证了该文理论和数值方法的正确性和有效性.  相似文献   

5.
刘小宇  杨政  张慧梅 《力学学报》2022,54(6):1613-1629
针对现有尺寸效应模型难以体现准脆性材料完整的抗压强度尺寸效应变化规律及其内在机理, 本文通过分析准脆性材料单轴压缩破坏过程中能量输入、储存、整体和局部能量耗散, 建立体现整体和局部损伤的力学模型及描述上述能量演化过程的双线性名义和真实应力应变曲线, 在此基础上确定了名义应力最大时输入能量、储存弹性能、整体和局部能量耗散的表达式, 最后基于能量平衡原理建立抗压强度尺寸效应模型. 抗压强度能量平衡尺寸效应模型能完整体现名义抗压强度尺寸效应, 即随试样尺寸增大, 名义抗压强度在试样尺寸小于等于局部损伤区尺寸时为真实强度, 然后逐渐减小, 最终当试样尺寸趋于无穷大时趋于弹性极限强度; 抗压强度能量平衡尺寸效应模型也能同时体现高径比和试样直径对名义强度的影响, 其包含的参数具有明确的物理意义, 可以反映真实强度、弹性极限强度、名义损伤模量非线性、局部损伤区大小和方向对准脆性材料名义抗压强度尺寸效应的影响; 通过把抗压强度能量平衡尺寸效应模型和现有尺寸效应模型应用于预测各种材料尺寸效应试验和数值模拟数据, 结果表明: 抗压强度能量平衡尺寸效应模型能很好描述试验和数值模拟尺寸效应的非线性变化规律及内在机理, 和现有尺寸效应模型相比, 其总体平均误差最小, 且小于5%.   相似文献   

6.
冯晔  李杰 《力学学报》2023,55(4):895-902
对于保守系统,能量变分原理为推导力学系统控制方程提供了简洁的途径.对于耗散系统,控制方程的建立往往需要引入经验的或理性的假定,增大了建模的难度.针对耗散系统,引入系统局部稳定的概念,并在此基础上,提出一类虚功变分不等式.这一不等式事实上揭示了耗散系统的一类虚功不等原理.该原理的物理含义为:使系统状态稳定的必要条件是,在该状态附近所有可能的虚拟路径上系统释放的势能不大于系统耗散的能量.研究表明:仅需结合虚功不等原理和能量守恒原理,即可导出准静态系统力学状态量的全部控制方程.作为应用,文章重新讨论了塑性力学,结合虚功不等原理与能量守恒原理,导出经典塑性力学的全部控制方程,并证明了经典的最大塑性耗散原理可以作为虚功不等原理的推论导出;同时,以Mohr-Coulomb强度准则为例,讨论了虚功不等原理在强度理论中的应用,说明基于应力的强度准则可以是基于能量的稳定性准则的推论.上述例子说明了虚功不等原理的广泛适用性和在建立耗散系统控制方程中的有效性.  相似文献   

7.
开挖卸荷后的天然岩体往往处于非平衡演化状态, 将直接影响岩体工程结构的正常运行、长期稳定和安全. 时效变形和损伤演化是岩体结构非平衡演化的核心. 在赖斯(Rice) 内变量热力学理论框架下, 提出了岩体结构非平衡演化的有效应力原理, 指出有效应力是总应力中能有效驱动结构演化的部分. 将内变量率形式的非弹性应变率方程和能量耗散率函数表示为有效应力形式, 并提出非弹性余能概念. 给定具体的余能密度函数和内变量演化方程, 得到了考虑损伤的内变量黏塑性应变率方程. 通过相似材料加卸载蠕变试验结果进行参数辨识, 并分别计算了内变量率形式和有效应力形式的黏塑性应变率、能量耗散率和非弹性余能, 并对其进行比较分析. 结果表明:在过渡蠕变和稳态蠕变阶段两种形式的方程计算的黏塑性应变率几乎相等, 但在加速蠕变阶段两者相差较大;非弹性余能和能量耗散率全域积分分别从驱动结构非平衡演化的内在潜力和实际效果的角度表征了结构的非平衡演化状态和演化趋势, 能量耗散率积分更合适用于评价岩体工程结构的长期稳定性. 最后以深埋地下洞室作为工程算例, 并对其长期稳定性进行分析.  相似文献   

8.
本文针对平板搭接结构建立了修正摩擦能量耗散模型,该模型在一定条件下可以退化为库伦摩擦能量耗散模型和Goodman能量耗散模型。算例研究表明,库伦摩擦模型在较低加载力幅值下,能量耗散计算值与实验结果吻合较好;但随着加载力幅值的增大,计算值逐步偏离实验结果而不再适用。而修正摩擦模型的能量耗散与加载力幅值的幂次关系与实验值更为接近,不同加载力幅值下的能量耗散计算值与实验结果之间的误差均较小,能够更好地反映平板搭接结构的能量耗散特性。  相似文献   

9.
考虑颗粒碰撞过程中摩擦作用, 给出了粗糙颗粒碰撞动力学. 引入颗粒相拟总温来表征颗粒平动和转动脉动能量的特征. 基于气体分子运动论, 建立颗粒碰撞中平动和旋转共同作用的粗糙颗粒动理学, 给出了颗粒相压力和黏度等输运参数计算模型. 运用基于颗粒动理学的欧拉-欧拉气固两相流模型, 数值模拟了流化床内气体颗粒两相流动特性, 分析了颗粒旋转流动对颗粒碰撞能量交换和耗散的影响. 模拟得到的流化床内径向颗粒浓度和提升管内颗粒轴向速度与他人实验结果相吻合. 模拟结果表明随着颗粒浓度的增加, 颗粒相压力和能量耗散逐渐增加, 而颗粒拟总温先增加后下降. 随着颗粒粗糙度系数的增加, 床内平均颗粒相拟总温和能量耗散增加, 表明颗粒旋转产生的摩擦将导致颗粒旋转脉动能量的改变, 影响床内气体-颗粒两相宏观流动特性.  相似文献   

10.
材料疲劳损伤的累积过程是一个伴随着温度变化的能量耗散过程.相比于疲劳过程中试件的局部温升,固有耗散是材料能量变化的直接反映,与材料微观结构演化联系也更为紧密,因此以材料的固有耗散作为疲劳损伤指标具有更加明确的物理意义.基于对试件表面温升的一维双指数回归,构建了一种材料固有耗散的计算模型,并在此基础上提出了一种快速评估材料疲劳性能的能量方法.利用该能量方法,对FV520B钢的疲劳性能进行了实验研究,并对实验结果进行了分析与对比,从而证明了该能量方法及计算模型的可行性和有效性.  相似文献   

11.
Microslip and macroslip in bolted joints   总被引:1,自引:0,他引:1  
The dynamic forces which occur in structures whose jointed parts may slide during dynamic loading are associated with energy dissipation. The high-strength friction grip bolted joint (HSFGBJ) is a structural element which under certain circumstances may dissipate a large amount of vibrational energy. This energy is an increasing function of the frictional force and of the magnitude of slip of the joint. However, in a joint with a relatively large number of bolts, the amount of slip cannot be large, as the bolt holes are not much larger than the bolt diameter. Thus, some bolts of the joint may be sheared at the beginning of the full-slip stage of loading. In this paper, mathematical equations for the frictional force and slip in both stages of loading—partial slip and full slip—are established, and the dissipation of energy is evaluated. It is shown that if the joint is designed so that the magnitude of slip is at the border partial slip/full slip, the joint may dissipate a large amount of vibrational energy.  相似文献   

12.
On the Iwan models for lap-type bolted joints   总被引:3,自引:0,他引:3  
The paper presents mathematical modeling of the non-linear constitutive relation for bolted joints in the framework of the Kragelsky-Demkin theory of rough contact. It is shown that this approach, which maintains the tribology-related features of bolted joint interfaces, leads to a singular Iwan distribution density. In particular, we show that the Iwan density is expressed in terms of the height distribution density of the surface asperities, whereas its singular exponent is determined by the shape exponent of the surface asperities. Following this, constitutive relations for lap joints and the corresponding backbone (force-deflection) curves are obtained. Finally, Masing's hypothesis is applied and Goodman's relation for energy dissipation is recovered in order to describe the effects of cyclic loading. The two cases of a rough surface in contact with a flat surface and of two contacting rough surfaces are treated separately.  相似文献   

13.
采用相似材料模拟实验方法并借助SHPB(split Hopkinson pressure bar)实验系统,探究应变率及节理倾角对节理岩石动态力学性状的影响,包括应力应变曲线特征、破坏模式、能量传递及耗散规律。该实验结果表明:应变率升高,动态弹性模量增大,试件破碎块度变小,完整试件裂纹缺陷沿着平行于压应力方向扩展;节理角度越大,峰值强度越低,但当应变率升高到一定程度,节理角度对岩石破坏形态的影响不再明显;不同试件的入射能、反射能、透射能和耗散能均随应变率升高呈非线性增加,含倾斜角度节理试件的能量耗散率随应变率的变化幅度明显大于完整试件。  相似文献   

14.
This paper presents the experimental and theoretical investigation of property of stress wave propagation in jointed rocks by means of SHPB technique and fractal geometry method. Our aim focuses on the influence of the rough joint surface configuration on stress wave propagation. The comparison of behavior of reflection and transmission waves, deformation and energy dissipation of a rough joint surface characterized by its fractal feature with that of a smooth plane joint has been carried out. It has shown that the rough joint surface distinctly affects the stress wave propagation and energy dissipation in the jointed rocks. The rougher the joint surface was, the more permanent deformation occurred and the more attenuation stress wave took place as well. A nonlinear relationship between the normalized energy dissipation ratio WJ/WI of the jointed rock and the joint roughness in terms of the fractal dimension has been formulated. It seems that the ratio WJ/WI, presenting how much energy has been dissipated in the joint, nonlinearly increased with the increment of the fractal dimension D of the jointed surface. The ratio WJ/WI of a roughly jointed rock, however, tends to be the same as that of a smoothly jointed rock if the fractal dimension is less than a critical value Dc = 2.20. The energy dissipation ratio at the critical point Dc seem to be a constant, not dependent of rock type but fractal joint configuration.  相似文献   

15.
Brake  M. R. W. 《Nonlinear dynamics》2017,87(2):1335-1349
Nonlinear Dynamics - Bolted joints are prevalent in most assembled structures; however, predictive models for their behavior do not exist. Calibrated models, such as the Iwan model, are able to...  相似文献   

16.
本文用哈密顿原理建立了一种带竖缝耗能剪力墙结构在地震作用下的动力平衡方程,用Ritz法求解该方程,采用基于割线刚度和阻尼比等概率 幅值平均的等效线性方法求解竖缝中的耗能装置的刚度和阻尼比,并通过对一耗能剪力墙结构模型振动台试验的计算分析表明了该方法计算简单,且有较好的计算精度,为便于工程应用,对由耗能装置提供给结构的附加阻尼进行强行解耦,用振型分解反应谱的方法进行耗能结构地震反应的简化计算,并通过对一算例的计算分析表明了该简化方法具有一定的精度,该简化方法使对耗能结构的抗震计算与普通结构比较一致,该方法主要适用于小震作用下的耗能结构的抗震计算。  相似文献   

17.
连接结构接触界面非线性力学建模研究   总被引:8,自引:7,他引:1  
王东  徐超  胡杰  万强  陈红永 《力学学报》2018,50(1):44-57
连接界面上存在的跨尺度、多物理场和非线性行为是引起结构复杂非线性动力学的主要原因。由于连接界面力学行为的复杂性,以及对连接界面进行直接试验观测的困难,连接界面的力学建模一直是非常具有挑战性的科学问题。本文首先从分析结合面的跨尺度物理机理入手,将名义的光滑平面视作凹凸不平的粗糙面,考虑单个微凸体的黏滑摩擦行为,建立接触载荷与变形的非线性关系,然后采用GW(Greenwood和Williamson, GW)模型数理统计方法建立整个粗糙界面的跨尺度力学模型,并与公开文献中试验结果进行对比。然后考虑连接界面典型非线性特征,提出一种改进的Iwan唯象模型,利用精细有限元方法获得非线性特征结果,采用系统辨识理论建立连接结构的降阶力学模型,并利用有限元结果进行模型验证。结果表明,本文提出的粗糙界面跨尺度模型在法向载荷较小时与试验结果吻合较好,改进的Iwan模型能够较好描述连接界面非线性特征,并与有限元结果吻合较好。   相似文献   

18.
Inversion of Masing models via continuous Iwan systems   总被引:1,自引:0,他引:1  
It is shown that for any material or structural model expressible as a Masing model, there exists a unique parallel-series (displacement-based) Iwan system that characterizes that model as a function of displacement history. This poses advantages both in terms of more convenient force evaluation in arbitrary deformation histories as well as in terms of model inversion. Characterization as an Iwan system is demonstrated through the inversion of the Ramberg-Osgood model, a force(stress)-based material model that is not explicitly invertible. An implication of the inversion process is that direct, rigorous comparisons of different Masing models, regardless of the ability to invert their constitutive relationship, can be achieved through the comparison of their associated Iwan distribution densities.  相似文献   

19.
The next generation of tall structures are being designed to be lighter and more flxible, making them susceptible to wind, ocean waves and earthquake type of excitations. One approach to vibration control of such systems is through energy dissipation using a liquid sloshing damper. Such dampers are already in use for vibration control of tall structures in Japan and Australia. The present parametric study focuses on enhancing the energy dissipation efficiency of a rectangular liquid damper through introduction of a two-dimensional obstacle. A parametric free-vibration study, aimed at optimum size and location of the obstacle, is described first. Results suggest a significant increase in the energy dissipation, up to 60%, in the presence of the obstacle. An extensive wind tunnel test-program was undertaken which substantiated the effectiveness of the improved damper in suppressing both vortex resonance and galloping types of instabilities. Ability of the damper to control structural oscillations with a smaller amount liquid is quite attractive for real-life applications.  相似文献   

20.
提出在岩体动态损伤本构模型中应同时考虑宏、细观缺陷;基于能量原理和断裂力学理论推导得出了同时考虑节理几何及力学特征的宏观损伤变量(张量)的计算公式;基于综合考虑宏、细观缺陷的复合损伤变量(张量)及完整岩石动态损伤Taylor-Chen-Kuszmaul(TCK)模型,建立了相应的单轴压缩下节理岩体动态损伤本构模型;利用该模型讨论了节理内摩擦角及节理长度对岩体动态力学特性的影响规律。研究表明,试件动态峰值强度随着节理内摩擦角的增大而增大,随着节理长度的增加而减小。  相似文献   

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