地下开采过程损伤场演化与地表变形的时变分析

以形状随时间变化的物体——时变体为研究对象，将损伤理论与时变力学结合，引入与时变过程相关的损伤参数，形成损伤时变力学分析方法。针对岩石介质特性给出了弹性损伤时变力学本构方程，并利用虚功原理建立相应数值化方法和分析过程。利用损伤时变力学分析方法对某地下煤层开采过程进行计算机仿真分析，给出形状时变引起的损伤场与地表移动的动态演化过程，并对比了非时变以及施工分析结果。研究表明，损伤时变分析可得到连续变化的位移及损伤演化图，相比非时变的常规分析和施工分析能更好地模拟连续施工，为工程施工分析与预测提供更加科学和有效的手段。为实现开采过程的经济和安全，应该采用损伤时变力学的分析方法。     

岩体施工过程损伤演化预测的时变力学分析

由建立的岩体损伤本构模型，依据时变力学理论对岩体进行不同施工路径下的分步开挖计算，并对施工过程中各点损伤演化历程进行计算机仿真模拟，以预测后续开挖的损伤状态及寻求较优施工步序。理论及算例分析均表明：存在损伤演化时，不同施工步序下岩体终应力位移和损伤状态均不同，设计与施工应进行损伤演化的时变力学分析，以保证施工安全。     

粘弹性时变体的损伤演化理论与分析

探讨物体形状变化而引起体内损伤演化的损伤力学课题．给出了粘弹性时变体损伤力学的基本方程,并对时变体损伤场及位移场的时空变化规律以及时变效应作出定量分析,同时论证了岩土工程施工分析中应用时变力学理论与方法的必要性．     

低周疲劳随机损伤过程的有限元模拟

讨论了一种低周疲劳下随机损伤演变过程 数值模拟方法，借助于Ｌｅｍａｉｔｒｅ＆Ｄｕｆａｉｌｌｙ给出的代表性体元的微观力学模型，建立了损伤与微裂纹尺寸的关系，采用随机初始损伤反映材料中固的的微缺陷，将所得模型与有限元结合对低周疲劳损伤过程进行了数值模拟。     

平面应变脆性损伤裂纹场分析

根据Ｂｕｉ的脆性损伤理论，本文研究Ｉ型拉伸裂纹的平面应变过程区及其力学场。计及裂尖材料的有限变形，细致的有限元分析给出了小范围屈服条件下两种典型的损伤区形貌。     

空间网架结构在地震作用下的损伤累积分析

本文从连续介质损伤力学的基础理论出发，提出了弹性模量等价性假设，并在这一假设的基础上建立了考虑损伤累积效应的空间网架结构分析的有限元列式。最后，以空间网架结构在地震作用下的损伤累积分析为例，给出了本文方法的具体实施步骤。     

一种随机裂纹结构的裂纹扩展路径分析方法

裂纹结构中存在大量不确定性因素,如裂纹长度、材料性质、外部载荷等,裂纹扩展路径的不确定性分析对研究随机裂纹结构损伤和断裂的力学特性并预测其性能及可靠性具有重要意义。本文提出了一种适应于混合载荷模式下随机裂纹结构的裂纹扩展路径分析方法。该方法考虑了裂纹长度、材料性质和外部载荷等的随机性,并通过蒙特卡洛方法对随机参数空间进行采样。采用比例边界有限元方法计算结构应力强度因子,进而模拟单次裂纹扩展路径。在此基础上,通过概率分析方法获得随机裂纹结构中裂纹扩展路径的统计特性。最后给出了两个数值算例验证了本文方法的有效性。     

地下洞室开挖过程中洞周损伤分布的时变反演

洞室开挖过程中，洞周围岩的损伤场是时间和空间的函数。本文由建立的岩体时变损伤本构模型，基于位移反演理论，依据各步开挖后洞周及深部测线量测位移，对地下洞室由开挖引起的时变损伤分布情况进行辨识。通过构造损伤分布拟合函数直接反演洞周损伤分布的时变过程，尝试了用拟合函数法实现动态分布参数的反分析。在对某直墙半园拱顶隧道进行反演时，将洞室边界映射成单位圆，建立了由衰减函数和傅立叶级数构成的拟合函数，并采用约束优化法反演。最终结果显示，反演得到的区域损伤平均值与真值相比，绝大多数误差较小。本文法在地下工程施工的岩体内部损伤监测中具有一定的参考价值。     

混凝土损伤与试件尺寸效应

本文在运用概率方法确定了混凝土材料的初始损伤门槛值εＤ的前提下采用已有内时损伤本构模型，利用有限元方法对单边切口混凝土梁在三点弯曲荷载和四点剪切荷载作用下的力学行为进行了分析，计算了所有试件 的极限荷载Ｐｍａｘ，运用计算结果对混凝土断裂力学参数的尺寸效应规律进行了分析，并与已有试验结果进行了比较，其结果表明本文的数值分析怀华权及其它方法的分析结果吻合较好。     

脆性岩石蠕变裂纹成核宏细观力学机理研究

脆性岩石内部细观裂纹扩展、贯通及成核影响下的脆性蠕变行为, 对深部地下工程围岩微震及岩爆事件评价有着重要意义. 然而, 目前能够解释裂纹成核损伤突变影响下, 脆性岩石完整蠕变宏细观力学机理模型的研究很少. 本文基于脆性岩石亚临界裂纹扩展模型、裂纹-应变-声发射事件相关的损伤模型及裂纹成核损伤时间演化路径函数, 提出了一种脆性岩石裂纹成核损伤突变影响下的蠕变宏细观力学模型. 裂纹成核损伤时间演化路径函数通过岩石内部裂纹成核损伤突变大小$\Delta D_{CN}$及相邻裂纹成核损伤时间差$\Delta t$进行定义, 该函数可以结合岩石声发射监测试验数据定义的岩石损伤数据确定. 通过与试验结果对比分析验证模型的合理性. 并讨论了裂纹成核损伤大小、相邻裂纹成核损伤时间间隔、及裂纹成核数量对脆性岩蠕变裂纹长度、裂纹速率、轴向应变及应变率的影响. 该结果对于更加合理、经济、高效的深部地下工程施工及设计提供了一定的理论支持.      

混凝土分段曲线损伤模型

在对比分析国内外现有的混凝土受拉损伤模型基础上，结合素混凝土受拉应力应变曲线的试验结果，提出了一个新的混凝土分段曲线损伤模型，并利用应力连续条件确定了损伤模型中各系数的值。运用该模型到力学分析中，推导了矩形截面的混凝土梁在纯弯矩作用下，在损伤较小和损伤较大时的力学方程，算出了梁的最大承载能力，并与材料力学计算的梁承载能力进行了对比。详细分析了损伤区域及损伤应力在横截面上的变化过程，确定了极限状态下含损伤混凝土梁的应力分布和相应的承载能力，画出了损伤状态梁截面的应力分布图。     

砌体复合剪压受力特性与数值分析方法

 从砌体细观结构出发，提出了用于砌体复合剪压受力过程模拟的细观力学 模型. 该模型假定砌体是由砂浆、块体及两者之间的粘结带组成的三相复合材料，以此为基 础对砌体三相组成的非均匀性予以表征. 提出了基于弹性损伤力学的本构关系，以最大拉应 力准则和摩尔库仑准则作为损伤发生的阈值，并借助复合材料破坏过程分析(MFPA)程序进 行受力分析. 结果表明，所采用的数值模型和模拟方法能够较好地模拟砌体复合剪压受力破 坏过程，为砌体开裂过程的机理分析提供了一种新的数值方法.     

NUMERICAL SIMULATION STUDY ON ROCK BREAKING MECHANISM AND PROCESS UNDER HIGH PRESSURE WATER JET

The numerical simulation method to study rock breaking process and mechanism under high pressure water jet was developed with the continuous mechanics and the FEM theory. The rock damage model and the damage-coupling model suited to analyze the whole process of water jet breaking rock were established with continuum damage mechanics and micro damage mechanics. The numerical results show the dynamic response of rock under water jet and the evolvement of hydrodynamic characteristic of jet during rock breaking is close to reality, and indicates that the body of rock damage and breakage under the general continual jet occurs within several milliseconds, the main damage form is tensile damage caused by rock unload and jet impact, and the evolvement of rock damage shows a step-change trend. On the whole, the numerical results can agree with experimental conclusions, which manifest that the analytical method is feasible and can be applied to guide the research and application of jet breaking rock theory.     

Pseudo-potential of elastoplastic damage constitutive model and its application

Damage pseudo-potentials, from which the damage evolution equations can be acquired, are usually expressed as scalar functions of irreversible thermodynamic variables. A lower potential for an action with the dissipation property corresponds to a Helmholtz free energy function in classical mechanics; therefore, pseudo-potential acts as a cornerstone of the damage constitutive relationship. According to the analysis on state and process of a damage system, the authors study the connection between damage action, pseudo-potential and free energy function. Next a general method to define the pseudo-potential of damage process is discussed. The discrete elementary equations of continuum damage mechanics are derived from the action functional. Subsequently, the numerical implementation of the aforementioned damage model is given. Comparison between experimental evidences and numerical results verifies the soundness of the theoretical model and the numerical framework.     

基于非齐次复合Poisson过程的正交异性钢桥面板细节疲劳裂纹随机扩展研究

传统的正交异性钢桥面板疲劳损伤评估常采用确定性和可靠性分析方法,忽略了疲劳裂纹扩展的随机性影响,针对这一问题,提出钢桥面板细节疲劳随机扩展分析方法。本文以南溪长江大桥为工程背景,基于长期车辆荷载监测数据,建立了车辆荷载非齐次复合Poisson过程模型。建立钢桥面板有限元模型,采用瞬态分析方法将随机车辆荷载转化成细节疲劳应力,基于线弹性断裂力学理论推导U肋-顶板焊接细节疲劳裂纹扩展时变微分方程,实现宏观关系式疲劳应力幅次数-疲劳损伤至微观表达式应力时间序列-疲劳损伤转换,讨论了车载次序及超载对疲劳裂纹扩展的影响。研究结果表明,非齐次复合泊松过程模型能够较好描述随机车流运营状态,车辆荷载的次序对疲劳裂纹扩展速率的影响不可忽略,重车排序靠前时能够促使疲劳裂纹扩展增速,南溪长江大桥细节点的车辆超载迟滞效应修正系数取值0.804。     

破片群作用下复合材料层合板近场动力学损伤模拟

采用一种新兴的无网格法——近场动力学理论,模拟复合材料结构在破片群载荷作用下的损伤情况。根据复合材料结构受到载荷的特性,总结破片群冲击作用下复合材料结构损伤特性,分析其破坏过程,研究破片群增强效应,并对破片速度、破片数量、破片群间距对侵彻能力增强效应的影响进行分析。结果表明:层合板结构在高速破片群侵彻作用下损伤模式多样,与破片数量、速度、间距相关;破片数量的增加,对破片群侵彻能力增强效应明显;破片间距与破片群侵彻能力增强效应负相关,破片间距减小,破片群损伤效应提高;破片速度直接决定穿透时间,破片速度的提高使得穿透时间缩短,应力波的叠加效应不足以影响破片群的侵彻能力。     

岩石力学中的Fuzzy数学方法

鉴于岩石力学问题中的许多因素具有强烈的“模糊性”,本文利用Fuzzy数学来研究工程中的岩体力学问题;并针对露天矿山岩体变形破坏问题,应用Fuzzy概率测度理论导出了岩体变形破坏的Fuzzy概率公式,且给出了数值方法,实例计算表明,本方法适用于分析和研究岩石力学尤其是矿山岩体力学问题。     

纤维增强陶瓷基复合材料的D失效判据

经典唯象强度理论适用于正交各向异性线弹性体。对于非线性纤维增强复合材料,通过加卸载试验和损伤力学的分析方法,可以得到一种虚拟的线性化应力-应变关系;依据损伤等效假设,针对线性损伤和非线性损伤,对基于应力的经典二次失效准则进行变换,建立了一种基于损伤的强度理论,即“D失效判据”,这一强度理论可以作为经典判据的补充和扩展。针对平纹编织C/SiC复合材料的拉/剪组合试验,进行了实例计算,结果表明：利用D失效判据预测的失效包络线比蔡-希尔准则的预测曲线低,而且,失效曲线的形式与材料的损伤演化规律相关。