全长粘结式锚杆的非局部摩擦分析

本文对Oden等提出的非局部摩擦模型进行了修正,得到了修正后的非局部摩擦模型.并应用于全长粘结式锚杆问题.文中利用Mindlin问题的位移解导出的全长粘结式锚杆沿杆体表面所受的剪应力的弹性解,对全长粘结式锚杆进行非局部摩擦分析,得到了在修正后的非局部摩擦模型下的全长粘结式锚杆的侧剪应力.文中修正的非局部摩擦模型下的全长粘结式锚杆的剪应力分布规律与试验得到的结果以及局部摩擦模型(库仑模型)下的计算结果进行了对比,结果表明修正的非局部摩擦模型下的计算结果与实验更符合.因此在描述此锚杆剪应力时,非局部摩擦模型比局部摩擦模型(库仑模型)更接近的实际.     

全长粘结锚杆在岩质边坡中的受力形式分析

基于空间一点受力的位移解形式--Mindlin 位移解, 结合已有文献对节理面位置处全长粘结锚杆受力的假想形式, 将边坡下滑力简化为作用在锚杆上的集中力, 推导出锚杆沿杆长方向的轴力、剪应力的表达形式. 将推导结果在岩质边坡中进行应用, 得出不同岩体类型岩质边坡锚杆沿杆长方向受力的轴力、剪应力图示.     

非局部摩擦在塑性加工中的应用

在几类金属塑性成形加工问题中,为了考虑金属材料表面微凸体在模具与工件之间的接触区上的非局部摩擦效应,采用Oden等提出的非局部摩擦模型,借助主应力法,建立了相应问题的单元体的积微分形式的力平衡方程,在简化的情况下,利用摄动法求得接触面上接触压力在非局部摩擦下的近似解,分析了影响接触压力非局部效应的各种因素。     

锚杆拉拔力学作用机制的DDA方法模拟研究

为研究锚杆拉拔实验中锚杆与岩体间的力学作用过程和机制,在非连续变形分析(discontinuous deformation analysis, DDA)方法中实现锚杆-岩体界面耦合作用算法,采用多线性黏结滑移界面模型模拟锚杆的滑移脱黏,并针对锚杆拉拔力作用节点和脱黏节点提出专门算法。通过模拟结果与实验结果的对比,对文献中的三线性和四线性黏结滑移界面模型进行参数修正,并验证所提锚杆-岩体界面耦合作用算法的正确性和适用性。通过基于修正参数的多线性黏结滑移界面模型的锚杆拉拔DDA模拟,研究了锚杆的拉拔力-拉拔位移关系,以及不同拉拔力条件下锚杆-岩体界面切应力和锚杆轴力的分布与变化规律,并探讨了锚杆弹性模量对锚杆拉拔力学响应的影响。锚杆-岩体界面耦合作用算法的实现,也为岩体锚固的DDA模拟分析创造了条件。     

线性非局部弹性理论的修正

本文通过考虑局部化残余力的影响对线性非局部弹性理论进行了修正，由修正后的理论所导出的应力边界条件包含了物体微观结构的长程力的作用，这个结果不仅解释了在裂纹混合边界值问题中线性非局部弹性理论方程的解在常应力边界条件下不存在的问题，而且可以自然地得到裂纹尖端的Ｂａｒｅｎｂｌａｔｔ分子内聚力模型。     

三类锚杆受拉作用解析解的统一表达式

利用点荷载作用于半无限空间的Mindlin位移解,根据位移协调条件得出内锚式锚杆受拉作用的解析解,然后推导出全长粘结锚杆、压力型锚杆的解析解,建立了这3类锚杆受拉作用解析解的统一表达式.利用所求得的解析解,研究了锚杆类型、土体弹性模量、锚杆孔径对锚杆应力分布的影响.结果表明:(1)3类锚杆的剪应力都是单峰值的曲线;(2)土体弹性模量增大,则锚杆剪应力峰值增大,但分布范围减小;(3)锚杆孔径增大,则锚杆剪应力峰值减小,但对其分布范围几乎没有影响.     

基于非局部塑性模型的应变局部化理论分析及数值模拟

通过求解一个第二类Fredholm方程,得到了基于非局部塑性软化模型的应变局部化问题理论解,结果表明,只有在当采用过非局部修正形式的非局部塑性软化模型才能得到应变局部化解,且得到的塑性应变分布和荷载响应依赖于所引入的特征长度及过非局部权参数。通过一维应变局部化有限元数值解,验证了非局部理论的引入能克服计算结果的网格敏感...     

楔形模宽条料超塑性挤压非局部摩擦分析

为了考虑金属材料表面微凸结构对模具与工件接触区域上的非局部摩擦效应,在楔形模宽条料超塑性挤压加工问题中,首次采用Oden等提出的非局部摩擦定律代替经典的库仑摩擦定律,利用主应力法或工程法建立了相应问题的积微分形式的力平衡方程.在简化的情况下,采用摄动法求得所论问题的近似解,并分析了影响应力的非局部效应的相关因素.     

非牛顿体通用模型线接触弹流润滑的数值分析

基于润滑剂在弹流润滑状态下表现为非牛顿体特性,根据弹流润滑理论,采用一种新的非牛顿体流变模型,建立了适用于非牛顿体的修正Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程,进行了等温弹流润滑的数值计算,并在等温解的基础地温度场分析。数值分析结果表明,由于滑滚比和模型参数对剪应力影响较大,因而在滑滚比和模型参数较大时应进行热弹流计算。通过温度场分析可证明：非牛顿体通过模型可用于等温弹流润滑和热弹流润滑计算。     

页岩气在超低渗介质中的渗流行为

基于页岩气藏复杂孔隙结构和页岩气在纳米孔隙表面的滑脱和吸附-解吸附等现象,通过引入表观渗透率,修正Darcy渗流模型,得到了页岩气渗流本构方程. 将计算结果与Darcy模型计算结果进行了比照,结果表明,在产量定常情形下,基于非Darcy渗流模型得到的井底压力高于Darcy流结果; Darcy流模型得到的压力衰减速度较快,改进后的渗流模型更能准确描述与表征页岩气渗流过程;研究结果可为页岩气藏的经营与管理提供基础参数.      

APPLICATION OF NONLOCAL FRICTION IN SEVERAL KINDS OF PLASTIC FORMING PROBLEMS

Introduction Frictionaffectsformingforce,energy,toollifeandtheproductquality(surfacefinish,internalstructure,productlife,etc)inplasticformingprocesses.Thefrictionphenomenon iscomplexformanyparametersinteractwitheachanotherandaffecttheformingprocess.Fricti…     

Analysis of a quasistatic contact problem with adhesion and nonlocal friction for viscoelastic materials

A mathematical model is established to describe a contact problem between a deformable body and a foundation. The contact is bilateral and modelled with a nonlocal friction law, in which adhesion is taken into account. Evolution of the bonding field is described by a first-order differential equation. The materials behavior is modelled with a nonlinear viscoelastic constitutive law. A variational formulation of the mechanical problem is derived, and the existence and uniqueness of the weak solution can be proven if the coefficient of friction is sufficiently small. The proof is based on arguments of time-dependent variational inequalities, differential equations, and the Banach fixed-point theorem.     

利用锚杆轴力量测定围岩破坏区的方法

本文系统总结了锚杆轴力分布型式,分析了各轴力分布型式的力学机理。结果表明,在围岩不同区内,锚杆所受剪切力具有不同的特点,而且,锚杆所受剪切的特点在锚杆轴力分布中得到了反映。根据以上关系,提出了利用锚杆轴力量测确定围岩破坏区的方法。     

水工圆形隧洞围岩衬砌摩擦滑动接触的新解法

在实际工程中,围岩和衬砌接触时,它们之间并非完全光滑,也并非可以承受任意大的摩擦力.如果围岩与衬砌之间的剪应力大于所能承受的最大静摩擦力,接触面间将发生切向滑动,定义接触面上产生最小滑动量的状态为衬砌的真实工作状态,这种接触即为摩擦滑动接触.以库仑摩擦模型模拟围岩和衬砌之间的摩擦滑动接触,在考虑支护滞后效应的前提下,利用平面弹性复变函数方法列出了应力边界条件、应力连续条件以及位移连续条件的方程, 再结合最优化理论,建立了具有一般性的摩擦滑动接触解法.在利用混合罚函数法求解最优化问题的过程中,减少了设计变量的个数,极大地简化了优化模型,提升了优化过程的迭代速度以及优化结果的精度.以此为基础,获得了围岩和衬砌相互作用下圆形水工隧洞的应力解析解.该方法可以求解光滑接触和完全接触两种极限情况,具有一般性.同时,利用一种精确的计算方法得到了不同情况下满足完全接触条件摩擦系数的阈值,还分析了衬砌和围岩边界上切向应力的变化规律.      

土遗址楠竹锚固界面力学行为与传力机理研究

楠竹锚固技术是处理纵向裂隙引起的大型土遗址稳定问题的重要手段,但此类锚固系统传力机理尚不明确,成为制约其科学化、规模化应用的瓶颈。通过现场拉拔试验研究锚固界面力学行为,将识别出的完全脱粘现象通过摩擦段后的零剪应力段进行表征,建立适用于此类锚固界面的修正三线型粘结-滑移模型。在此基础上,提出基于ANSYS中非线性弹簧单元的锚固界面力学行为数值模拟方法,系统研究锚固系统传力机理。最后,通过与试验结果的对比验证了该模拟方法的可靠性。结果表明：锚杆/浆体界面的滑移失效是锚固系统破坏的主要原因,此类界面微段的受力过程可分为弹性、软化、摩擦和完全脱粘四个阶段,随荷载增加锚固界面高应力区逐渐由加载端向锚固端转移,界面进入完全脱粘阶段后剪应力趋近于零,极限锚固力和有效锚固长度均存在临界值;第一锚固界面传递至第二锚固界面的剪应力非常有限,遗址土体应力处于较低水平。研究结果能够为基于“安全第一,最小干预”原则的土遗址文物锚固优化设计提供参考。     

Numerical simulations of tire-soil interaction based on critical state soil mechanics

The tire-soil interaction is numerically simulated using a modified critical state soil model, in conjunction with a new nonlinear elastic law and hardening law, implemented on a general purpose finite element program MARC. A nonlinear friction law is employed for representing the shearing behavior on the tire-soil interface. Numerical results show deformation patterns and stress distributions in the soil, as well as the normal and shear stress distributions on the tire-soil interface. Results obtained from numerical simulations of the tractive performance of tires at different slips on sand are also presented and compared with available experimental data.     

Stress-based nonlocal damage model

Progressive microcracking in brittle or quasi-brittle materials, as described by damage models, presents a softening behavior that in turn requires the use of regularization methods in order to maintain objective results. Such regularization methods, which describe interactions between points, provide some general properties (including objectivity and the non-alteration of a uniform field) as well as drawbacks (damage initiation, free boundary).A modification of the nonlocal integral regularization method that takes the stress state into account is proposed in this contribution. The orientation and intensity of nonlocal interactions are modified in accordance with the stress state. The fundamental framework of the original nonlocal method has been retained, making it possible to maintain the method’s advantages. The modification is introduced through the weight function, which in this modified version depends not only on the distance between two points (as for the original model) but also on the stress state at the remote point.The efficiency of this novel approach is illustrated using several examples. The proposed modification improves the numerical solution of problems observed in numerical simulations involving regularization techniques. Damage initiation and propagation in mode I as well as shear band formation are analyzed herein.     

A micro–macro method for predicting the shear strength of brittle rock under compressive loading

Microcracks have great significance for shear strength of brittle rock in compression. A major challenge of this area is to establish the correlation of microcracks and macroscopic shear strength. A new micro–macro method is presented to predict the shear strength of brittle rock in compression. This method incorporates the microcrack model suggested by Ashby, Mohr–Coulomb failure criterion and a crack-strain relation. This crack–strain relation is presented to link the crack growth and axial strain by combining the micro and macro definitions from rock damage. The shear strength and stress–strain relationship of Jinping marble are theoretically investigated in detail. The rationality of this suggested method is verified by using the experimental results founded on Jinping marble. Effects of the initial microcrack size, friction coefficient and confining pressure on internal friction angle, cohesion, and shear strength are also discussed.