广义双剪粘弹塑性本构模型在渤海海冰动力学中的应用

在连续介质力学基础上建立了一个广义双剪粘弹塑性海冰动力学本构模型。该模型在海冰屈服前采用Kelvin-Vogit粘弹性模型,考虑中间主应力和静水压力对海冰屈服的影响选用广义双剪应力屈服准则作为海冰屈服判据,屈服后采用相关联的正则流动法则。采用该本构模型对渤海海冰动力过程进行了48小时数值模拟,讨论了辽东湾海冰的厚度、密集度、冰速和主应力的分布规律,其中海冰厚度分布与卫星遥感资料符合良好,从而有效地验证了该广义双剪粘弹塑性本构模型在海冰动力学中的可靠性。     

三峡工程地质勘察研究的理论与实践

举世瞩目的三峡工程目前已进入关键的建没阶段。本文从区域稳定与地震危险性、水库区工程地质与环境地质、水库诱发地震、坝址及建筑物工程地质以及天然建筑材料等五个方面论述三峡工程长期以来所进行的工程地质勘察研究工作,并着重对三峡工程区的地质地震问题作了较为详细的探讨。最后对这一巨型工程的地质勘察工作进行了经验总结。     

多轴加载下混凝土细观破坏模拟的强度准则探讨

实际工程结构中混凝土材料大多处于双轴或三轴的复杂应力状态,已有的细观力学数值研究工作大多针对单轴加载问题,对于双轴或者三轴加载条件下混凝土破坏模拟的研究相对较少。复杂受力条件下的混凝土材料破坏模拟中,细观组分强度准则选取的合理与否将成为混凝土破坏模式及宏观力学性能数值研究准确和成功与否的关键。本文旨在探讨单轴强度准则,如最大拉应变准则在多轴加载条件下混凝土破坏过程研究中运用的合理性。鉴于此,首先在细观尺度上建立了混凝土试件的二维随机骨料模型,分别采用弹性损伤本构关系模型及塑性损伤本构关系模型来描述细观组分(即砂浆基质)的力学性能,对双轴加载条件下混凝土的细观破坏过程进行数值模拟,对比了单轴强度准则和多轴强度准则下混凝土试件破坏路径及宏观应力-应变关系的差异。数值结果表明,简单的单轴强度准则难以反映双轴加载下混凝土内部应力状态的复杂性,不宜采用单轴强度准则来描述多轴加载下混凝土的破坏行为。     

长江三峡水库诱发地震地下水动态监测井网建设

着重对长江三峡工程诱发地震地下水动态监测井网的建设过程、成果以及井网试运行与考核运行的情况进行了介绍 ,并对井网的观测数据进行了内在质量分析与评价。结果表明 ,井网数据具有较高的内在质量 ,不仅可为一定震级以上的水库诱发地震趋势预测提供地下水前兆依据 ,而且还可为水库诱发地震研究提供有价值的研究和参考资料.     

冲击载荷下镁铝合金裂纹动态扩展过程的数值模拟

采用基于黏聚裂纹模型的扩展有限元方法,开展了镁铝合金结构冲击破坏过程的数值模拟研究。通过镁铝合金三点弯曲试样冲击实验,获得了不同子弹撞击速度下试样的冲击破坏模式。在此基础上,建立了实验结构的扩展有限元模型,并采用最大主应力准则,以及含损伤型的本构关系模拟材料的冲击断裂行为。对于裂纹尖端附近区域,采用黏聚裂纹模型模拟裂纹的断裂过程。对子弹速度分别为12.2、15.1、26.3 m/s的3种工况下镁铝合金试样的动态破坏过程进行了数值模拟研究,获得了与实验相一致的断裂模式。计算结果表明,试样以Ⅰ型断裂模式为主,裂纹沿初始预制裂纹方向扩展。当裂纹扩展到一定程度后,在试样韧带区域被撞击端附近,由于应力波及边界效应导致该区域处于复杂应力状态,试样出现复合型断裂模式,裂纹偏离原扩展路径,与本文实验结果相吻合。     

输电塔线体系断线动力响应及杆塔破坏模拟研究

利用ABAQUS软件建立500kV典型输电线路段塔线耦合体系的精细有限元模型,数值模拟覆冰塔线耦合体系断线后的动态响应和杆塔破坏过程。对杆塔引入等效塑性应变破坏准则,当单元的最大等效塑性应变达到许用值时,删除单元以模拟杆塔的破坏。数值模拟结果与按我国电力设计规程以及IEC设计规程的计算结果比较表明:地线断线时用塔线模型和规程计算得到的杆塔应力的差别较导线断线时大,地线和导线断线时杆塔的最大应力均大于两种规程的计算值;杆塔上与地线连接的角担是断线时的薄弱区域。现行电力设计规程中采用静力分析方法对断线产生的冲击动力作用的估计不足。     

基于统一强度理论的非静水压圆形隧道塑性区半径的脆塑性摄动解

基于统一强度理论和弹?脆?塑性模型, 综合考虑围岩强度的中间主应力效应和脆性软化, 采用摄动法建立了非静水压圆形隧道塑性区半径的解析解, 继而探讨所得解析解的适用范围, 并与文献复变函数法、摄动法、数值模拟和总荷载不变法进行对比, 最后分析各因素对隧道塑性区形状和大小的影响规律. 研究结果表明: 所建立的圆形隧道塑性区半径摄动解析解为反映中间主应力效应不同程度的系列解答, 可退化为理想弹塑性模型解答且得到文献中4种方法的正确性和合理性验证, 适用于塑性区完全包围隧道的情况, 对应的隧道塑性区为双轴对称的类椭圆, 具有广泛的理论意义和工程应用价值; 摄动参数对隧道类椭圆形塑性区的大小和长/短轴变化都有明显影响; 隧道塑性区范围随中间主应力效应、围岩峰后强度参数的增加均显著减小, 说明不考虑中间主应力效应的Mohr?Coulomb强度准则解答偏保守, 弹?脆?塑性模型相比理想弹塑性模型更适合隧道塑性分析.      

土质滑坡体破坏的突变模型

本文运用突变理论，分析了土质坡体破坏的两种方式：突变式破坏和渐变式破坏，建立了相应的在突变模型，从理论上解释了高速滑坡与低速滑坡的产生根源。对于受水文条件诱发的滑坡，提出了相应的判别准则。     

复合材料粘聚区模型的强度参数预测

提出了一种基于周期性代表性单元（RVE）的细观模型,用于预测粘聚区模型的强度参数,以提高基于粘聚区模型的有限元法模拟复合材料分层的精度。模型从复合材料的细观结构出发,采用最大主应力准则判断粘聚层的初始裂纹的萌生,从而建立了粘聚强度与基体强度的关系;并以宏观正交各向异性为假设条件,确定了RVE的周期性位移边界条件。用该模型预测了AS4/PEEK和T700/QY8911层合板不同铺层间的粘聚强度。采用所预测的粘聚强度值对混合模式弯曲（MMB）和六点弯曲试验进行了仿真,仿真结果与实验值具有较好的一致性。     

冲击波作用下单层钢化玻璃应变阈值的数值模拟

借助ANSYS/LS-DYNA程序,采用Lagrange方法描述钢化玻璃,引入侵蚀算法来模拟钢化玻璃的破坏,对爆炸冲击波载荷进行合理的简化,选取最大伸长线应变理论作为单层钢化玻璃破坏准则。利用建立的模型对爆炸冲击波对单层钢化玻璃的作用过程进行了数值模拟。通过反复调试和大量计算得到单层钢化玻璃破坏的应变阈值为0.002 2,并用场地实验结果对数值结果进行了验证,证明此结果是合理的。     

焊接热影响区断裂性能试验研究

钢框架梁柱节点在最近几次地震中经历了大量断裂破坏现象。可以采用杆端非线性弹簧模型对这种破坏模式进行数值模拟。为了确定断裂分析模型的参数，本文进行了结构钢（Q235c,Q345c)焊接热影响区断裂性能试验研究，获得了两种材料在焊接热影响区的JR阻力曲线。通过比较不同的断裂准则，考虑了裂纹失稳扩展前的稳态裂纹累计，根据J积分撕裂模量法建立了裂纹失稳的失效评定图。采用两种材料分别制作了一组外形尺寸一致，初始裂纹尺寸不同的单边裂纹焊接板，测出相应的极限拉伸应力，并和理论曲线进行了对比。最后，对于本文研究结果的适用范围做了说明。     

纤维增强复合材料层合板的模糊可靠度分析

纤维增强复合材料(FRP)的强度行为受组分材料、层合结构、载荷等多种因素的影响,且含有许多不确定因素,因此对FRP的可靠性分析十分重要,近年已有许多相关成果发表,但同时考虑随机性和模糊性的研究尚不多见。本文建立了复合材料模糊可靠度分析模型以及数值计算方法模型,通过算例分析了复合材料层合板受面内拉伸载荷作用时的模糊可靠度。将载荷作为随机变量,强度作为模糊变量,并采用蒙特卡罗数值模拟方法,对层合板结构的可靠度进行了计算。分析中采用最大应力准则计算了单元层的破坏概率,然后利用首层失效准则计算了层合板的可靠度。通过对算例的分析和与其他结果的对比,讨论了本文方法的有效性,以及参数敏感性。     

散体系统冲击破碎的动力学分析

针对球形粒子组成的散体系统,基于离散单元法,将球形粒子离散成弹簧-球单元系统,给出了离散单元的运动方程,建立了离散单元之间的弹性力和接触力的计算模型,并用Mohr -Coulomb型破坏准则判断粒子的破碎。运用上述方法,对圆筒内由脆性材料组成的散体系统在冲击载荷下的挤压破碎过程进行了数值模拟;计算过程中,跟踪散体系统中每个粒子在不同时刻的破碎情况;分析了散体系统冲击破碎过程数值模拟结果的主要影响因素。结果显示:数值模拟过程中需综合考虑计算精度和计算时间之间的平衡;相同的计算条件下,颗粒的初始堆积方式不同,计算得到的散体系统的破碎程度不同。     

含损伤演化的TM耦合数值模型及其应用研究

从岩石材料的细观结构层次出发，应用损伤力学和热弹性理论，对热力耦合作用下岩石破裂 过程中热－应力相互作用关系进行了分析. 初步建立了细观岩石热－力(TM)耦合数值模型， 探讨了TM耦合作用下岩石材料的细观结构损伤及其诱发的材料力学性能演化机制，把岩石 热固耦合问题的研究从应力状态分析深入到损伤、破坏过程分析之中. 运用该数值模型对某 硬岩实验室开展的原位尺度实验中的废料处理井间柱稳定性进行了模拟分析，其应力场、岩 石剥离破坏形态及破坏诱发的AE特性等均与实验监测结果表现出了较好的一致性，证 明了该数值模型的合理性和有效性.     

火灾下混凝土结构破坏模拟的纤维梁单元模型

为分析和模拟结构构件在火灾下的失效破坏过程,本文基于建筑结构分析中常用的纤维梁单元模型,建立了钢筋混凝土梁、柱构件的火灾破坏数值模型.此模型将构件截面划分成多个纤维,从而可以模拟构件截面的不均匀温度场分布以及高温下混凝土材料的开裂、压碎和钢筋屈服等行为.并根据全拉格朗日描述方法,推导了纤维梁单元的切线刚度矩阵,建立了纤维梁单元的增量求解方程.最后,将本文模型的模拟结果和多个具体试验结果进行了分析比较,进一步验证了模型的可靠性.     

火灾下钢筋混凝土板的非线性有限元分析

根据大挠度板单元理论,对常温钢筋混凝土简支板的力学性能进行数值分析,验证了模型及程序的可靠性。在此基础上,提出双轴受压瞬态热应变模型和瞬态模量的概念,利用温度场模拟结果,对钢筋混凝土简支板火灾行为进行了数值模拟,并研究了不同准则下板的耐火极限。结果表明,数值计算结果与试验曲线吻合较好,验证了瞬态热应变模型的有效性;与其他准则相比,基于温度准则所得的耐火极限值相对保守。     

横向撞击下短梁的剪切破坏研究

应用实验和数值模拟手段研究了 2 0 # 钢梁在横向撞击下的双剪破坏问题。实验中通过测量加速度 ,分析了梁破坏需要吸收的能量 ;数值分析中采用Cauchy应力对数应变Cowper Symonds过应力本构方程模拟材料率相关行为 ,累积塑性应变破坏准则与单元死活技术结合模拟材料弱化行为 ,数值分析给出的结构破坏吸收能量与实验结果基本吻合 ,由计算得到的剪切塑性铰长度与S .B .Menkes等的实验结果基本一致。     

韧性金属圆环高速膨胀碎裂过程的有限元模拟

用数值方法模拟了韧性金属圆环的自由膨胀碎裂过程. 采用Johnson-Cook热黏塑性本构模型描述材料的动态变形和热软化特性, 采用包含内聚力失稳断裂准则的Johnson-Cook型损伤断裂模型描述材料的破坏和分离过程, 采用结合单元消去技术的ABAQUS/Explicit程序进行分析. 在特定膨胀速度下对多个圆环进行碎裂数值实验, 获得碎片样本集合. 研究证实, Grady-Kipp基于塑性卸载波传播机制的韧性碎片尺寸公式可以较好地预测碎片的平均长度. 模拟再现了圆环碎裂过程中塑性卸载波的传播,揭示了Grady-Kipp公式合理性的物理基础.      

节理发育地层水力裂缝扩展数值研究

在进行岩石地层水力压裂过程中往往会遇到许多天然节理弱面,水力裂缝遇到天然节理弱面时裂缝扩展形态会发生变化。为研究节理发育地层水力压裂裂缝扩展形态,采用ABAQUS软件进行数值研究,通过Python编制了嵌入全局Cohesive孔压单元的程序,利用Cohesive孔压单元的损伤开裂模拟裂缝的扩展,并介绍了编程时进行节点分裂的规则及生成Cohesive孔压单元的要点。为验证本文方法的正确性,模拟了水力裂缝与单条节理面相交时,不同相交角度下裂缝扩展情况;并与采用最大能量释放率准则得到的裂缝扩展理论相对比,数值结果与理论相一致。同时模拟研究了水平地应力差为2MPa时的裂缝扩展形式,并分析了不同地应力差对裂缝扩展的影响。结果表明:水力裂缝沿着垂直最小水平主应力方向扩展,在遇到节理弱面时会发生转向分叉等行为;低地应力差下裂缝扩展形态复杂,容易形成复杂裂缝网;高应力差下裂缝直接穿过节理面沿最大主应力方向扩展,裂缝形态单一;随着应力差的增大主裂缝扩展方向逐渐趋近最大主应力方向。     

多尺度材料模拟的自适应有限元方法研究

研究了材料模拟中一类新型耦合多尺度的自适应有限元方法. 采用微观分子动力学耦合宏观有限元的桥尺度方法来模拟材料破坏的前期行为,其中宏观有限元计算推广到了一般非结构三角形网格. 材料破坏形成后,停止微观尺度的计算,它的进一步发展和演化通过一个宏观模型来描述,采用自适应有限元方法来求解这一宏观模型. 其中,后验误差估计的基础是变分多尺度理论,即自适应网格加密是基于粗尺度上残差分布和细尺度上单元Green's函数. 计算中采用了破坏准则来模拟材料的断裂. 数值实验表明了方法的有效性.