软材料接触力学问题的实验研究

针对硫化硅橡胶在刚性压头作用下的大变形接触问题,研究了橡胶类软材料接触区区域变形场的实验测量技术。为了研究硫化硅橡胶与刚性体在试件内部接触的大变形问题,本文提出了一种体内数字栅云纹实验技术,给出了该技术的原理和实现方法。然后运用数字图像处理方法得到了橡胶材料大变形位移u场、v场,并结合橡胶材料在压头作用下的理论分区模型,分析了软材料接触区域的大变形场,讨论了接触区域的变形分区规律,并初步给出了接触区域应变计算方法。     

第四讲 全息和散斑法在断裂力学中的应用

文中概述了全息干涉和散斑相关法的基本原理,并给出定量计算的基本公式.较详细地介绍利用全息或散斑干涉法在断裂力学中基本参量的测量;裂纹尖端三维变形场的测量;裂纹尖端塑性区的发展;内外表面裂纹应力强度因子的测量;裂纹尖端小区损伤变形测量;界面裂纹变形场以及动态裂纹扩展断裂参数及变场测量的原理,并给出若干实例,     

应变损伤材料平面应力动态裂纹尖端场的渐近解

采用塑性动力学方程,对应变损伤材料的平面应力动态裂纹尖端场进行了渐近分析。假定损伤规律服从反比例关系,对平面应力问题,导出了本构方程,并给出了动态弹塑性场的渐近解,揭示了场的渐近特性。     

用数字圆栅技术研究橡胶类材料I型断裂问题

采用数字云纹技术对橡胶类材料的大变形断裂力学问题进行了实验分析.提出了数字圆环栅和射线栅技术,给出了该技术的测量原理和方法.应用此技术对橡胶薄板材料的I型断裂的裂尖变形场进行了测量,给出了极坐标系下的实验径向位移场ur和环向位移场uθ的分布图,对实验结果进行了详细的分析,并结合大变形断裂的分区理论模型进行了比较与讨论.     

某抽水蓄能电站地下洞室围岩岩体质量特征分析

考虑材料的黏性效应建立了II型动态扩展裂纹尖端的力学模型,假设黏性 系数与塑性等效应变率的幂次成反比,通过分析使尖端场的弹、黏、塑性得到合理匹配,并 给出边界条件作为扩展裂纹定解的补充条件,对理想塑性材料中平面应变扩展裂纹尖端场进 行了弹黏塑性渐近分析,得到了不含间断的连续解,并讨论了II型裂纹数值解的性质随各参 数的变化规律. 分析表明应力和应变均具有幂奇异性,对于II型裂纹,裂尖场不含弹性卸载 区. 引入Airy应力函数,求得了II型准静态裂纹尖端场的控制方程,并进行了数值分析, 给出了裂纹尖端的应力应变场. 当裂纹扩展速度($M\to 0$)趋于零时,动态解趋 于准静态解,表明准静态解是动态解的特殊形式.     

Ⅱ型动态扩展裂纹尖端的弹黏塑性渐近场

考虑材料的黏性效应建立了Ⅱ型动态扩展裂纹尖端的力学模型,假设黏性系数与塑性等效应变率的幂次成反比,通过分析使尖端场的弹、黏、塑性得到合理匹配,并给出边界条件作为扩展裂纹定解的补充条件,对理想塑性材料中平面应变扩展裂纹尖端场进行了弹黏塑性渐近分析,得到了不含间断的连续解,并讨论了Ⅱ型裂纹数值解的性质随各参数的变化规律.分析表明应力和应变均具有幂奇异性,对于Ⅱ型裂纹,裂尖场不含弹性卸载区.引入Airy应力函数,求得了Ⅱ型准静态裂纹尖端场的控制方程,并进行了数值分析,给出了裂纹尖端的应力应变场.当裂纹扩展速度(M→0)趋于零时,动态解趋于准静态解,表明准静态解是动态解的特殊形式.     

蒸汽压力作用下板条的湿热粘弹性分析

本文分别采用Fick第二定律和Fourier热传导定律模拟了板条的湿气场和温度场,并利用分离变量法给出了板条湿气场和温度场的解析解;采用Wong模型的Kitano和Galloway形式,模拟了回流焊接过程中产生的蒸汽压力;基于Weitsman湿热粘弹性本构关系,利用半逆解法和Laplace变换法,给出了在蒸汽压力作用下湿热粘弹性板条位移场和应力场的解析解.借助解析解,研究了温度和湿度对蒸汽压力作用下粘弹性板条位移场和应力场时空分布的影响.     

具有强SORET效应的充分发展的混合流体行进波对流

混合流体Rayleigh-Benard对流是研究对流稳定性,时空结构和非线性特性的典型模型之一。本文利用流体力学扰动方程组的数值模拟,讨论了偏离传导状态具有强SORET效应的混合流体行进波对流的温度场和浓度场的成长过程,分析了充分发展对流情况下的对流振幅,Nusselt数及混合参数与相对瑞利数的关系。并给出了行进波相速度对相对瑞利数的依赖关系。结果说明混合参数的曲线与行进波相速度的分布曲线是类似的。文末,给出了垂直速度,温度和浓度场的分布并讨论了相对瑞利数对场的分布及不同场之间的相位差的影响。     

裂纹起始扩展的弹塑性场

本文分析了裂纹扩展之前Ⅰ、Ⅱ混合型应力应变场演变的自相似性,并采用理想弹塑性模型给出了自相似解基本方程及边界条件.对v=1/2情况给出了尖端附近小范围应力应变的渐近解,同时讨论了满塑性区的存在条件.     

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．     

Coupled fields in a deformable unsaturated medium

This paper considers several problems involving coupled heat–moisture–air flow indeformable unsaturated media. A set of coupled non-linear governing equations expressed in terms of displacements, capillary pressure, air pressure and temperature are used in the analysis. The mathematical model accounts for fully coupled heat and moisture flow, volume strain effects on water-air-heat flow, stress and temperature dependence of the water retention curve, heat sink due to thermal expansion, phase change between liquid water and vapour water, and compressibility of liquid water. Numerical solutions are obtained by using the finite element method. Comparisons with existing analytical and experimental results for problems involving infiltration, drying–rewetting (hysteresis effects) and heating confirm the general validity of the present mathematical model. Coupled fields in a confined clay cylinder are also examined. It is found that consideration of absorbed liquid flow due to thermal gradients (thermo-osmosis effect) results in increased drying and shrinkage near the heated boundary. The case of a confined clay cylinder under combined heating and infiltration is also studied. Important features of coupled fields are discussed.     

近场动力学与有限元方法耦合求解热传导问题

求解含裂纹等不连续问题一直是计算力学的重点研究课题之一,以偏微分方程为基础的连续介质力学方法处理不连续问题时面临很大的困难. 近场动力学方法是一种基于积分方程的非局部理论,在处理不连续问题时有很大的优越性. 本文提出了求解含裂纹热传导问题的一种新的近场动力学与有限元法的耦合方法. 结合近场动力学方法处理不连续问题的优势以及有限元方法计算效率高的优势,将求解区域划分为两个区域,近场动力学区域和有限元区域. 包含裂纹的区域采用近场动力学方法建模,其他区域采用有限元方法建模. 本文提出的耦合方案实施简单方便,近场动力学区域与有限元区域之间不需要设置重叠区域. 耦合方法通过近场动力学粒子与其域内所有粒子(包括近场动力学粒子和有限元节点)以非局部方式连接,有限元节点与其周围的所有粒子以有限元方式相互作用. 将有限元热传导矩阵和近场动力学粒子相互作用矩阵写入同一整体热传导矩阵中,并采用Guyan缩聚法进一步减小计算量. 分别采用连续介质力学方法和近场动力学方法对一维以及二维温度场算例进行模拟,结果表明,本文的耦合方法具有较高的计算精度和计算效率. 该耦合方案可以进一步拓展到热力耦合条件下含裂纹材料和结构的裂纹扩展问题.      

直接有限元法求解广义磁热弹二维旋转问题

为了验证直接有限元法求解广义磁热弹耦合旋转问题的有效性及准确性,该文基于Lord和Shulman(L-S)广义热弹性理论,采用直接有限元方法,求解了置于磁场中的旋转半无限大体受热冲击作用的动态响应问题.文中给出了L-S型广义磁热弹耦合旋转问题的控制方程,建立了L-S型广义磁热弹旋转问题的虚位移原理,推导得到了相应的有限...     

多圈管冻结模型试验水热力分析研究

人工多圈管冻结过程中的温度场、应力场及水分场的相互作用,是一个非线性多场耦合问题,影响因素多. 本文以淮南顾北矿作为模型设计原型,通过模型试验对多圈管冻结土体过程的温度场、应力场及水分场变化进行研究,获得了冻结温度场、冻结压力及含水量随冻结时间的变化规律,其成果对建立水热力耦合数学模型提供可靠依据并能更好的指导矿井工程实践.     

Numerical simulation of coupled heat and mass transfer in wood dried at high temperature

The mutual effect between heat and mass transfer is investigated for wood dried at high temperature. A numerical model of coupled heat and mass transfer under the effect of the pressure gradient is presented. Based on the macroscopic viewpoint of continuum mechanics, the mathematical model with three independent variables (temperature, moisture content and gas pressure) is constructed. Mass transfer in the pores involves a diffusional flow driven by the gradient of moisture content, convectional flow of gaseous mixture governed by the gradient of gas pressure, the Soret effect and phase change of water. Energy gain or loss due to phase change of water is taken as the heat source. Numerical methods, the finite element method and the finite difference method are used to discretize the spatial and time dimension, respectively. A direct iteration method to solve the nonlinear problem without direct evaluation of the tangential matrix is introduced. The local convergence condition based on the contraction–mapping principle is discussed. The mathematical model is applied to a 3-D wood board dried at high temperature with the Neumann boundary conditions for both temperature and moisture content, and the Dirichlet boundary conditions for gas pressure.     

一种全耦合多相流分析的并行计算方法1)

研究了孔隙介质中热、水和汽流全耦合分析的并行计算方法.模型中采用了考虑毛细压力关系的修正有效应力概念,并考虑了相变和潜热传递.基本变量为位移、毛细压力、汽压和温度.并行程序是在国家高性能计算中心(北京)的曙光1000A上借助PVM(Parallel Virtual Machine)软件系统实现的,考题显示出较高的并行加速比和效率.     

Numerical simulation of coupled heat-fluid transport in freezing soils using finite volume method

A solution procedure using finite volume method has been established for the coupled heat-fluid transport model of freezing soils, and details about determination of the time step interval and discretization at special nodes have been introduced. Comparison between the simulation and the freezing experiments of silica flour and Zhangye loam has been conducted, and the calculated results are in general agreement with the experimental data. The research indicates that the moisture migration in the frozen zone is insignificant, and water mainly migrates from the frozen zone to the vicinity of the moving freezing front; the moving velocity of the freezing front has a great effect on the extent of moisture accumulation to the freezing front, and high extent of accumulation occurs when the freezing front advances slowly. Finally, an apparent heat capacity model has been suggested for the temperature calculation of the soil freezing process in low water content conditions; however, when the moisture migration is significant, water redistribution during the freezing process should be considered.     

计及热效应和湿分扩散的耦合黏弹性本构方程

高聚物在电子和航空等领域得到广泛运用,由于高聚物的亲水性,常常发生由于湿热引起的结构失效甚至材料的断裂.近年来,有实验显示,高聚物中的湿热效应及其力学反响是相互影响的,同时,考虑到高聚物的黏弹性,发展新的包含湿热效应的黏弹性本构方程来描述该问题是必要的.本文基于不可逆热力学的基本原理,运用连续介质力学的方法,通过引入内变量表示高聚物的黏性效应,基于 Helmholtz自由能导出一种热、湿分和黏弹性力学性质三场耦合的本构关系和系统控制方程,对实际的分析应用有较强的指导意义.     

AN ALGEBRAIC MULTIGRID METHOD FOR COUPLED THERMO-HYDRO-MECHANICAL PROBLEMS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ,ａｇｒｅａｔｄｅａｌｏｆａｔｔｅｎｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｄｉｒｅｃｔｅｄｔｏｗａｒｄｓｆｕｌｌｃｏｕｐｌｅｄｔｈｅｒｍｏ＿ｈｙｄｒｏ＿ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｅｆｏｒｍｉｎｇｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａｄｕｅｔｏｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｆｌｕｉｄｓ(ｗａｔｅｒ,ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ,ｎａｔｕｒａｌｇａｓ)ｉｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒ,ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ (Ｌｅｗｉｓａｎ…     

一种化学-力学耦合连续介质理论与数值格式

对化学驱动的连续介质化学-力学耦合系统进行研究,从热力学定律和化学势角度出发,推导了等温过程的化学-力学耦合本构关系和控制方程,利用变分方法建立了化学-力学耦合系统的能量泛函,得到化学-力学耦合控制方程的等效积分形式和相应的有限元列式. 结合算例,对连续介质的化学-力学耦合行为进行了数值计算,数值结果反映了化学与力学系统的相互耦合作用,即浓度变化能引起介质的变形,同样力学作用也能引起浓度重分布. 从全新的角度建立了描述连续介质的化学-力学耦合行为的基本理论和数值方法,能够较好地反映一类连续介质的化学-力学耦合行为.