完整岩石拉压应力状态下的张裂破坏准则

一点的应力状态可由3个主应力$\sigma_{1}$, $\sigma_{2}$, $\sigma_{3}$来表示, 当规定主应力以压为正时, 沿最大主应力$\sigma_{1}$方向将产生收缩变形, 若中间主应力$\sigma_{2}$和最小主应力$\sigma_{3}$都远小于$\sigma_{1}$, 则沿$\sigma_{2}$和$\sigma_{3}$方向会产生横向扩张变形, 当横向扩张变形达到一定极限时, 将会在平行于$\sigma _{1}$的方向产生张裂破坏. 如何建立这种张裂破坏的强度准则目前尚缺乏研究, 最大拉应变理论(第二强度理论)有时被用来解释张裂破坏, 但最大拉应变理论难以应用于三向受力状态. 本文分别用$\varepsilon_{1}$, $\varepsilon_{2}$表示最大张应变和次大张应变, 则最大拉应变理论认为当$\varepsilon_{1}$达到单向拉伸屈服应变时, 材料将产生破坏. 而本文将根据$\varepsilon_{1}+\varepsilon_{2}$之和达到极限值$\varepsilon_u$来建立张裂破坏准则. 可以证明$\varepsilon_{1} +\varepsilon_{2}$所表示的是$\sigma_{1}$主平面的面积增长率. 当$\sigma_{3}<\sigma_{2} \ll \sigma_{1}$时, 大部分岩石都具有脆性破坏的特点, 所以可将破坏前的岩石视为满足广义胡克定律的线弹性材料, 这样用$\varepsilon_{1}$, $\varepsilon_{2}$表示的强度准则可通过$\sigma_{1}$, $\sigma_{2}$, $\sigma_{3}$来表示. 在这个过程中还可考虑岩石在拉伸和压缩时具有不同弹性参数和强度的特点, 并可通过单向拉伸和单向压缩的破坏状态来确定$\varepsilon_u$. 不管$\sigma_{1}$, $\sigma_{2}$, $\sigma_{3}$是压应力, 还是拉应力, 或者$\sigma_{1}$, $\sigma_{2}$, $\sigma_{3}$中有拉有压的情形, 基于$\varepsilon_{1} +\varepsilon_{2} =\varepsilon_u$都可建立相应的强度准则. 所建立的准则可以反映中间应力$\sigma_{2}$对强度的影响规律, 通过建立的强度准则还可以证明: 静水拉力能引起屈服, 而静水压力不能产生屈服; 压缩破坏能使塑性体积增大, 其结果比Mohr-Coulomb准则更能反映实际情形. 并通过拉压应力状态下的试验数据验证了所建立的强度准则, 所得理论计算结果和已有的试验数据吻合得很好. 通过提出的强度准则和圆盘劈裂的试验结果, 可获得更为可靠的岩石单轴抗拉强度.      

弹塑性有限元的一些解法比较

1.弹塑性有限元分析的基本公式根据von Mises 屈服准则和Prandtl-Reuss塑性流动律,可以导出弹塑性阶段的应力增量-全应变增量之间的本构关系:{dσ}=[D_(eP)]{dε} (1)其中{dσ}为应力增量列阵,{dε}为应变增量列阵,[D_(eP)]为弹塑性系数矩阵,它的表达式为:其中(?)为有效应力,[D_e]为弹性系数矩阵,H=(?)/((?)~p)为有效应力和有效塑性应变曲线的斜率.增量形式的平衡方程为:[K]{△u}={△P} (3)其中[K]为总体刚度矩阵,{△u}为位移增量列阵,{△P}为外载荷增量列阵.2.几种解法方程(3)是非线性的.对于一般问题,精确求解比较困难.目前,一般都用近似法来求解.下面介绍几种解法.     

镁单晶变形行为的原子模拟

应用分子动力学方法模拟镁单晶在单向拉伸作用下的力学性能和微观结构演化过程.不同应变和不同温度下的模拟结果中都观测到{1011},{1012}型李晶.表明这两种孪晶是镁单晶拉伸变形的主要机制.其中{1012}型挛晶的产生伴随新晶粒生成,并且随应变增加孪晶的数量增加.此外,随着温度的增加,原子热激活效应显著.镁单晶的最大弹性形变减小,最大应力值亦变小.     

对数梯度材料泊松比不为零时的裂纹尖端场

严格地求出了当泊松比不为零时对数梯度材料的裂纹尖端场. 虽然在本构方程中对数项为\exp(ax), 但严格地证明了在最后应力的表达式中, 它却变为\exp(ax/2+ak_{1}^{1 / 2}y/2-kr/2) 与\exp(ax/2-ak_{1}^{1/2} y/2-kr/2). 对于数值解法, 若考虑了此种严格关系, 将会很容易地解释其结果.     

机电耦联系统余维3动态分岔研究

以r_{sl}, r_{f}以及x_{c}为分岔参数,对具有串补电容的单 机无穷大电力系统的失稳振荡问题,运用动态分岔理论进行了研究. 对系统同时出现有3对 纯虚根特征值的一类多参数高余维分岔情况,运用中心流行方法降维后得到约化方程,对此 强非线性约化方程的求解难点,运用多参数稳定性理论、谐波平衡法、归一化技术和Normal Form方法,得到了系统的解析解. 由分析得知,系统会出现3种Hopf分岔情况、二维环面 情况,以及三维环面分岔解,甚至会出现四维环面,或者更高维的环面分岔. 详细讨论 了系统各种分岔解的稳定性条件和稳定区域,并作了详细的数值分析加以验证.     

Haug-Arora梯度投影法的改进

在Haug E. J. 和Arora J. S. 提出的梯度投影法中,所用的基本迭代表达式为{x}~(k+1)={x}~k-η~(k+1){δx_1}~(k+1)+{δx_2}~(k+1) (1)式中{δx_1}~(k+1)为第k+1次迭代使目标函数减小的向量,{δx_2}~(k+1)为修正第k次迭代所引起的约束误差的向量,η~(k+1)为第k+1次迭代的步长系数,它由下式确定     

超燃燃烧室气流参数诊断

基于可调谐二极管激光器吸收光谱技术, 利用7185.597cm^{-1}, 7444.35cm^{-1} + 7444.37cm^{-1}(重合吸收线)两条H_2O吸收线, 采用分时扫描-直接探测策略组建多光路吸收测量系统, 在4kHz的测量频率下, 定量测量了燃烧室气流的静温、水蒸气浓度和流向速度. 利用位移机构, 在以C_2H_4为燃料的超燃直连式试验台中, 在单次试验中同时诊断燃烧室内某截面和燃烧室出口的多气流参数的截面分布. 利用燃烧室出口截面的水蒸气浓度分布, 并结合壁面静压计算燃烧效率; 利用燃烧室出口截面的静温和速度分布, 获得出口气流马赫数分布; 利用凹腔后部某截面的温度和水蒸气浓度分布, 判读了凹腔附近流场特征.      

刚体绕平行轴转动动量矩求解方法的分析

从``质点系相对其质心动量矩'的概念,分析了质点系相对其质心绝对 动量矩等于其相对动量矩的满足条件. 从``刚体平面运动的合成'的概念得到一种新 的求解方法:``${\pmb L}_{o} = {\pmb L}_e + {\pmb L}_{r}http://lxsj.cstam.org.cn/CN/10.6052/1000-0992-2007-138http://lxsj.cstam.org.cn/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=137552刚体;平行轴;平面运动;牵连运动;质心http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj200805026.aspx'', 即刚体绕平行 轴转动对某点绝对动量矩等于刚体作牵连运动对该点动量矩与 刚体相对质心转动产生动量矩的矢量和,为学生较好理解``刚体绕平行轴转动动量 矩'的求解提供了新思路.     

关于瑞利-李兹方法边界条件的讨论

 在应用瑞利-李兹方法时, 一般教材仅提及假设的挠曲线应满足位移边界条件(挠度$y$与转角$\d y/\d x$), 而没有强调另外两个边界条件$\d^{2}y/\d x^{2}$及$\d^{3}y/\d x^{3}$的重要性. 这两个边界条件经胡克定律可与弯矩及剪力关联起来, 称为力边界条件. 通过例子指出当力边界条件不满足时, 可能造成误差很大. 亦对两个力边界条件的相对重要性作了扼要的讨论.     

地月低能转移的发生条件及轨迹构造

应用平动点理论研究了地月低能转移的发生条件和轨迹构造. 由于空间双圆模型存在周期性扰动,传统的平动点概念不再适用;根据Hill瞬时边界的连接情况定义了等效平动点LL_{1}和LL_{2}. 通过构造合适的Poincaré截面以获得所有可能的月球捕获轨道的近月距和偏心率分布,从而获得了完全不同于Hill和圆型限制性三体问题的月面捕获能量. 在空间双圆模型下,平动点和Halo轨道不变流形的渐近结构遭到破坏:到达或离开平动点的时间,由无穷转变为有限值;运动方向由双向变为单向. 经由LL_{1}点穿越获得了最小能量的低能转移,借助LL_{1}-Halo轨道穿越得到了(M,N)-圈穿越轨道,经由LL_{2}点穿越获得了最小能量的弱稳定边界转移,借助LL_{2}-Halo轨道穿越得到了弱稳定边界逃逸和捕获窗口. 最后,以地月转移和大幅值逆行轨道的切入为例,给出低能转移的小推力、脉冲和弱稳定边界等转移的实现方式.      

锆基非晶合金的动态弛豫机制和高温流变行为

非晶合金的动态弛豫机制对于理解其塑性变形, 玻璃转变行为, 扩散机制以及晶化行为都至关重要. 非晶合金的力学性能与动态弛豫机制的本征关联是该领域当前重要科学问题之一. 本文借助于动态力学分析(DMA), 探索了Zramorphous alloy,dynamic mechanical analysis,high temperature deformation,structural relaxation,quasi-points defects,1)国家自然科学基金(51971178);陕西省自然科学基金(2019JM-344);中央高校基本科研业务费专项资金(3102019ghxm007);中央高校基本科研业务费专项资金(3102017JC01003)2020-01-062020-04-10非晶合金的动态弛豫机制对于理解其塑性变形, 玻璃转变行为, 扩散机制以及晶化行为都至关重要. 非晶合金的力学性能与动态弛豫机制的本征关联是该领域当前重要科学问题之一. 本文借助于动态力学分析(DMA), 探索了Zr$_{50}$Cu$_{40}$Al$_{10}$块体非晶合金从室温到过冷液相区宽温度范围内的动态力学行为. 通过单轴拉伸实验, 研究了玻璃转变温度附近的高温流变行为. 基于准点缺陷理论(quasi-point defects theory), 对两种力学行为的适用性以及宏观力学行为变化过程中微观结构的演化规律进行描述. 研究结果表明, 准点缺陷理论可以很好地描述非晶合金损耗模量$\alpha$弛豫的主曲线. 基于非晶合金的内耗行为, 玻璃转变温度以下原子运动的激活能$U_\beta$为0.63 eV. 与准点缺陷浓度对应的关联因子$\chi $在玻璃转变温度以下约为0.38,而在玻璃转变温度以上则线性增大. Zr$_{50}$Cu$_{40}$Al$_{10}$块体非晶合金在玻璃转变温度附近, 随温度和应变速率的不同而在拉伸实验中显示出均匀的或不均匀的流变行为. 非晶合金的高温流变行为不仅可以通过扩展指数函数和自由体积理论来描述, 还可以通过基于微剪切畴(shear micro-domains, SMDs)的准点缺陷理论来描述.     

多层次联合的结构优化设计

多层次联合结构优化问题,通常含有不同种类的设计变量,例如,当构件的截面和结构的形状同时优化时,设计变量就可分为截面类设计变量{X_s)}和几何类设计变量{X_g}。对这类问题,本文提出一个有效的求解策略。优化过程的每一步迭代都由商个子问题组成:(1)优化截面类设计变量{X_8}以减少重量,使约束趋于临界;(2)优化几何类设计变量{X_g}以放松约束,为下一轮迭代提供条件。本文的方法收敛较快且具有较好的稳定性。     

烟囱抗震动力计算的BASIC程序

利用虚功法,并不考虑纯弯曲型杆件的剪切影响,求出烟囱各分段质量处的位移。再利用柔度矩阵列出多自由度体系的自由振动方程[u] {A~(r)}=入{A~(r+1},式中[u]为质量柔度矩阵,仅与质量分布及刚度有关。按照所要求的精度反复迭代,并利用振型正交性,求得第一、二、三振型的频率ω_j及周期T_j。最后按振型组合求出各截面的内力。     

多层次联合的结构优化设计

多层次联合结构优化问题,通常含有不同种类的设计变量,例如,当构件的截面和结构的形状同时优化时,设计变量就可分为截面类设计变量{X_(?)}和几何类设计变量{X_g}。对这类问题,本文提出一个有效的求解策略,优化过程的每一步迭代都由两个子问题组成:(1)优化截面类设计变量{X_8}以减少重量,使约束趋于临界:(2)优化几何类设计变量{X_g}以放松约束。为下一轮迭代提供条件。本文的方法收敛较快且具有较好的稳定性。     

上海陆域古河道分布及对工程建设影响研究

采用直接数值模拟方法, 对槽道湍流中展向振动流向传播的波动壁面的流动 控制和减阻问题进行了研究, 讨论了流向参数k_{x}对Stokes层、湍流拟序结构、湍流猝 发事件以及壁面阻力的影响, 并对此类波动壁面的湍流控制和减阻机理进行了讨论. 结果表 明, 当此类波动壁面被用来调制近壁流动时, 仅低频波对湍流流场具有显著影响, 可导致湍 流猝发事件的频率和强度的显著变化; 波数k_{x}的增大对于湍流猝发事件的频率和强度增 减的影响并不同步, 存在一个最优的波数k_{x}, 在其调制下, 固有流场对诱导流场的影响 最弱, 而诱导流场对固有流场的影响显著, 减阻效果最好.     

The study on the compressive behavior of ptfe/al energetic composite

金属/氟聚合物含能复合材料是一类新型的高级含能材料. 研究了室温下Al含量和应变 率对PTFE/Al含能复合材料压缩性能和反应性能的影响,所加载的应变率为6\times 10^{-3}s^{-1}\sim8\times 10^{3}s^{ -1}. 材料压缩性能的应变 率效应明显：与静态加载相比,动态加载下材料模量和强度明显提 高,但应变降低. 材料的损伤过程主要包括塑性变形、开裂和反应3部分. 随着Al含量的增 加,材料准静态和动态压缩强度均呈先升后降的趋势,在 Al含量为35\%时达到 最高值102.6 MPa和154 MPa; 引发反应所需加载的应变率增加,但对应的应力值 差别不明显,基本在165 MPa左右, 材料引发后反应完全性降低.     

分离式Hopkinson压杆实验技术研究进展

分离式Hopkinson压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)技术是一种广泛应用于研究材料加载应变率在($10^{2}\sim 10^{4}{\rm s}^{- 1}$)范围内力学响应的实验方法. 在详细介绍Hopkinson, Davies和Kolsky的3篇经典论文的基础上, 从基本理论研究、加载波形控制、复合加载方式以及测试系统改进4个方面详细论述SHPB实验技术的研究进展. 通过分析SHPB实验技术在实际应用中存在的问题, 提出SHPB标准化、拓宽应用范围以及广义SHPB技术是SHPB实验技术研究值得深入探索的方向.     

非均匀水流中非线性波传播的数值模拟

以一种考虑波流相互作用的新型{Boussinesq}型方程为控制方程组, 采用五阶{Runge}-{Kutta}-{England}格式离散时间积分,采用七点 差分格式离散空间导数,并通过采用恰当的出流边界条件,从而建立了非均匀水流中非线性 波传播的数值模拟模型. 通过对均匀水流与水深水域内和潜堤地形上存在弱流或强流时波浪 传播的数值模拟,说明模型能有效地反映水流对波浪传播的影响.     

一个改进的电磁波传输激波管实验

在中国科学院力学研究所$\varPhi $ 800 mm高温低密度激波管上进行电磁波在等离子体中传输机理研究时,低密度和强激波条件下,由于气体解离和电离等非平衡过程,使得激波后2区宽度显著减小;同时由于边界层效应造成激波衰减和接触面加速,使得激波后2区长度进一步减小.这两个效应导致激波管2区实验观测 时间减小,2区气体处于非平衡状态,增加了观察数据的不稳定性和数据分析的难度.本文提出在$\varPhi 800 $ mm高温低密度激波 管中采用氩气(Ar)和空气(Air)混合气替代纯空气作为激波管实验介质气体.利用Ar不解离和难电离的特性,减小激波前后压缩比,从而 增加激波后2区实验时间和气体长度. 采用Langmuir 静电探针和微波透射诊断技术测量激波后电子密度,同时利用探针测量激波后2区实验时间.结果显示,在Ar+Air混合气实验中,激波波后电子密度可达与纯Air同样的10$^{13}$cm$^{ - 3}$量级.在与纯Air相同的电子密度和碰撞频率条件下,采用95%Ar+5%Air和90%Ar+10%Air两种混合气,激波后2区实验时间和气体长度约为纯Air条件下的5$\sim $10倍,其中2区实验时间为300$\sim $800 $\mu$s,2区气体长度1$\sim $1.5 m.在$\varPhi $800 mm激波管中采用Ar+Air介质气体进行电磁波传输实验,获得了比在纯Air介质中与理论预测更一致的结果.      

超元矩阵的波前算法与在结构分析程序系统中的实现

本文根据[1]提出的超元矩阵方法,建立了超元矩阵的多级赋址方案和与Cholesky解法相结合的波前算法,简述了程序设计的有关问题。通过航空结构分析系统Ⅰ型(简称HAJIF-Ⅰ)的应用表明[2],它是一种计算效率高、通用性强、程序设计和数据组织简单的方法。最后,两种飞机的应力分析作为算例给出。