多相孔隙介质的本构描述

在混合物理论的框架内,提出了一个处理和和非饱和的多相孔隙介质（工程材料）变形和强度本构建模的新方法,并给出了相应的具体描述,该方法将多相工程材料看成由两个层次的３种混合物模型组成,即第一层次的“固相”和“液相”混合物模型和第二层次的由“固相”和“液相”组成的混合物模型,用该模型来模拟要研究的多相工程材料,这里定义的“固相”和“液相”实际上也是由各自组分组成的混合物,用以反映“固相”介质和“液相”介     

复层孔隙分布铁基粉末冶金材料的力学和摩擦学性能

采用粉末冶金工艺制备基体致密、表层多孔含油的复层铁基含油材料,利用SEM、EDX和XRD分析材料微观组织形貌、组元和物相组成及断口形貌,并基于HDM-20端面摩擦磨损试验机评价其摩擦磨损性能. 结果表明:在铁基粉末冶金材料中添加适量TiH₂可有效提高材料的孔隙率,同时在孔隙附近内生TiC硬质相,有效弥补孔隙对力学性能削弱;添加TiH₂后,材料的硬度提高,压溃强度有所降低,材料的断裂机理逐渐由韧性断裂转变为脆性断裂;随着TiH₂含量增加,材料的摩擦学性能呈现先变好后恶化趋势,含质量分数3%TiH₂材料的综合力学和摩擦学性能较好,能实现较高强度与良好自润滑特性的统一. 研究工作为研制高性能铁基含油轴承材料提供新的思路.      

微极介质混合物的等效本构方程

对微极介质混合物引入代表性体积的等效均匀体,用代表性体积边界上的面力和面力偶定义等效应力和等效偶应力,提出了建立微极介质混合物的等效本构方程的一般原理和方法.讨论了以十字形框架为胞元的多胞材料面内变形问题的等效本构方程,给出合理的解析结果.     

水泥基材料的化学-力学耦合作用

水泥石良好的粘结性能和力学性能决定水泥基材料和结构的耐久性.通过试验和理论研究,发现水泥石中含钙水化物质,特别是氢氧化钙Ca(OH)_2和水化硅酸钙C-S-H在化学腐蚀作用下的流失是一个复杂的过程.假定水泥基材料为宏观均匀材料,引入考虑两种水化物不同扩散过程的化学扩散模型.提出了新的化学-力学损伤本构模型,描述水泥基材料在不同化学腐蚀下的应力应变关系.综合应用提出的水泥基材料的化学-力学损伤本构关系和化学扩散模型,可以较好地反映水泥石具有时间效应的力学特性.     

玻璃钢及松软介质的本构模型

从弹塑性基本关系、流动关系准则及Ｈｏｏｋｅ定律出发，应用介质的动三轴、单轴和静水压实验规律，导出了物质的塑性势方程。对具体物质得到的塑性势Ｆ（ｉｊ，），在主应力和剪应力平面上为一闭合曲线，得到的本构关系表达式，对于砂土和玻璃钢两种介质进行计算，结果与实测值符合得很好。     

开裂孔隙材料渗透率的细观力学模型研究

采用细观力学方法对含随机裂纹网络的孔隙材料渗透性进行研究.开裂孔隙材料渗透性的影响因素包括裂纹网络的密度、连通度、裂纹的开度以及孔隙材料基体渗透性.对于不连通的裂纹网络,该文采用已有的相互作用直推法(interaction direct derivative,IDD)的理论框架,引入裂纹的密度$\rho$和裂纹开度比$b$,提出了裂纹夹杂$\!$-$\!$-$\!$基体两相复合材料渗透率的IDD理论解.对于部分连通裂纹网络,考虑局部裂纹团内部各个裂纹对有效渗透率的相互放大作用,引入裂纹网络的连通度$f$,定义与连通度相关的水平裂纹密度$\rho^{h}$,按照增量法将表征连通特征的水平裂纹嵌入有效基体中,以此方式来考虑裂纹夹杂间的相互搭接,提出了考虑裂纹连通特征的扩展IDD理论解,分别考虑了基体材料渗透率$K_{m}$、裂纹密度$\rho $、裂纹开度比$b$以及与连通度$f$相关的$\rho ^{\rm h}$.最后通过对有限区域内含随机裂纹网络孔隙材料渗透过程的有限元模拟分别验证了不连通和部分连通裂纹网络扩展IDD模型的适用性:(1)当裂纹不连通时,由于基体对流体渗透的阻隔作用,裂纹的开度对有效渗透率影响不大;(2)当裂纹部分连通时,裂纹密度分别小于1.1(无关联裂纹网络,分形维数为2.0)、1.2(关联裂纹网络,分形维数为1.75)时,扩展IDD模型能够很好地估计开裂孔隙材料的有效渗透率,但是随着裂纹进一步扩展,最大裂纹团主导作用凸显,扩展IDD模型不再适用.      

考虑质量耦合效应的流体饱和孔隙介质波动方程

利用混合物理论和连续介质力学的基本原理,推导了考虑质量耦合效应的流体饱和弹性孔隙介质的波动方程,并与经典的Biot波动方程进行了对比.结果表明:该文得到的方程包含了Biot波动方程的所有要素,且形式与后者基本相同.比较而言,该文推导过程具有更明确的物理意义,概念也更完整.     

混掺精细钢纤维/PVA水泥基复合材料单轴抗压试验及本构模型研究

通过进行10组30个精细钢纤维-PVA纤维混杂水泥基棱柱体的单轴抗压试验,测得其应力-应变曲线和抗压强度,分析了单掺与混掺情况下纤维掺量对材料抗压性能的影响.试验结果表明:混掺精细钢纤维对提高材料抗压性能有利,包含0.4%精细钢纤维的混掺试件轴心抗压强度较单掺对比组提高了7.5%,峰值应变提高了58%.基于试验数据,建立了适用于精细钢纤维-PVA纤维混杂水泥基材料的轴心受压应力-应变本构模型,模型结果与试验曲线吻合良好.     

Al基含能结构材料的Johnson-Cook本构模型及失效参数研究

利用万能实验机和Hopkinson杆装置测试了Al基含能结构材料在不同温度下的静动态力学性能,分析实验结果得到了温度效应和应变率效应对材料力学性能的影响及该合金的Johnson-Cook本构模型参数.结合二维数字图像相关(DIC)方法,研究了Al基含能结构材料的失效应变与应力三轴度及温度之间的关系,得到了该合金的Johnson-Cook失效模型参数.通过平面撞击实验获得了Al基含能结构材料粒子速度和应力波波速之间的经验线性关系和该合金的Grüneisen系数.基于实验获得的材料本构关系和状态方程参数,完成了Al基含能结构材料超高速撞击多层间隔薄钢板的数值模拟,结果表明,数值模拟中靶板的毁伤模式、破孔直径及弹坑主要散布区和实验结果吻合.     

多孔介质的热-电-化-力学耦合理论及应用

本文针对自然界中不同种类的多孔介质,评述了包含化学效应的多场耦合力学问题的国外内研究现状.介绍了研究多场耦合问题的理论架构,并基于Biot唯象理论和热力学理论,建立了一般性的热-电-化-力学多场耦合理论,在此基础上, 以化学-力学耦合理论为特例,利用相应的控制方程和本构关系,给出了线性耦合系统的变分原理,并证明了化学-力学耦合理论架构的封闭性.基于所提出的化-力耦合模型,通过数值算例解释了多孔介质中的化学-力学耦合现象.最后对多孔介质,特别是对活体生物软组织中的多场耦合研究中存在的问题进行了讨论,并展望了本领域的未来发展趋势.     

多孔介质的流变模型研究

多孔介质在应力作用下具有弹性变形和黏性变形两种完全不同的变形机制，多孔介质的弹性变形是由介质的本体有效力所致，而黏性变表则是由介质的结构有效应力所致。多孔介质的总变形为弹性变形和黏性变形的叠加，计算多孔介质总应变量的流变模型必须同时采用本体有效应力和结构有效应力（双重有效应力），而传统的流变模型仅采用Terzaghi有效应力是不妥当的，它无法正确描述多孔的应变行为，采用了双重有效应力之后的流变模型，通过调节介质特性参数，可以拟合介质的实际应变行为，并且把多孔介质与普通固体联系了起来。     

低渗透多孔介质中的非线性渗流理论

文中论述了低渗透性多孔介质中非线性渗流理论的几个问题,阐明了渗流流体的性质,指出了多孔介质对流体通过的选择性,提出了新的非线性渗流方程,用实验资料对其进行了验证,分析了该方程演变功能,表明它可以描述各种渗流规律.该方程的各项参数都可从实验中直接得到,应用方便,并且参数的物理意义明确.     

低渗透多孔介质中的非线性渗流理论简

文中论述了低渗透性多孔介质中非线性渗流理论的几个问题,阐明了渗流流体的性质,指出了多孔介质对流体通过的选择性,提出了新的非线性渗流方程,用实验资料对其进行了验证,分析了该方程演变功能,表明它可以描述各种渗流规律.该方程的各项参数都可从实验中直接得到,应用方便,并且参数的物理意义明确.     

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多孔介质的变形表现为黏弹塑性,其中,弹性变形体现为本体变形;黏性变 形体现为结构变形;塑性变形体现为损伤变形. 在原有有效应力理论的基础上结合损伤力学 的基本原理,研究多孔介质有效应力的性质. 在原假设多孔介质颗粒可压缩的前提下,假定 部分颗粒可发生局部破坏,并且在颗粒破坏后,有效应力将有所增加,相应的骨架承载能力 将有微小程度增强. 采用损伤有效应力参与计算将能更加准确地描述多孔介质复杂的变形性 质.     

渗流力学研究的现状和发展趋势

渗流力学在能源、环境、水利、岩土、交通、生物等工程领域有广泛的应用,渗流力学经过约一个半世纪的发展,已经积累了相当多的成果。随着现代科学的发展以及生产实践需求的不断提高,渗流力学仍然有进一步完善和发展的广阔空间。本文简述了水利、环境、能源工程和生物学中的渗流力学问题,扼要概括了渗流力学理论研究的现状,并指出渗流力学在多孔介质描述、裂缝型介质渗流、多相多组分渗流、物理化学渗流、非线性渗流、非饱和渗流、微观渗流、渗流模拟等理论及相关方法和测试技术等方面的发展趋势。     

多孔介质中对流的周期性解与混沌

研究多孔介质内部有热源的对流传热．用高阶差分研究在不同的渗流瑞利（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）数Ｒａ下对流随时间进展的演化情况（为比较起见也适当考察倾斜角的影响）．Ｒａ计算到大约１６０００．结果表明：在Ｒａ较小时对流是稳定的，Ｒａ增大到４６００出现了非稳定的但为周期性的解．随着Ｒａ进一步增大，出现一些混沌窗口．对于有侧斜角的情形，还出现阵发性     

流体饱和下高孔隙率储油砂岩力学特性及本构模型

通过对其力学实验结果的分析,以两种破坏理论对油及水饱和下大孔隙率储油砂岩的破坏特征进行了解释,并应用塑性力学的盖帽模型建立了油及水饱和下大孔隙率储油砂岩的本构模型,并应用非线性有限元法进行了数值试验,结果表明,该文提出的模型与实验资料吻合良好,且能较好地模拟大孔隙率砂岩的几种破坏机理及模拟注水采油引起的砂岩附加沉降.     

多孔介质自发渗吸研究进展

自发渗吸是发生在多孔介质里的一种常见自然现象, 存在于众多工程应用和自然科学领域, 多孔介质 中自发渗吸的基本静力学和动力学问题已成为当前国际研究的热点课题之一. 本文综述了传统理论研究中的 Lucas{Washburn(LW) 模型, Terzaghi 模型, Handy 模型, Mattax 和Kyte 无因次时间标度模型, Aronofsky 归 一化采收率标度模型以及近十年最新研究进展, 分析了渗吸机理判别参数研究, 简述了数值模拟研究及渗吸率 影响机理的实验研究现状, 总结了基于分形理论研究多孔介质自发渗吸的最新进展, 并展望了多孔介质以及裂 缝性双重多孔介质中牛顿流体和非牛顿流体自发渗吸研究的方向和课题.      

含能材料装药的损伤及力学性能研究进展

研究含能材料的损伤和力学性能对于指导含能材料配方和结构件设计,以及对含能材料进行安全性评估和寿命预测等都具有重要的意义.损伤一方面使含能材料的力学性能劣化,另一方面还影响含能材料的感度、燃烧甚至爆炸性能.本文对含能材料损伤和力学性能的研究现状进行了综述和归纳.对含能材料损伤的产生、实验模拟、主要损伤模式,损伤对含能材料的感度和燃烧性能等的影响,炸药单相材料的性质,影响含能材料力学性能的因素以及损伤本构关系等进行了介绍.对其中的一些关键问题和热点问题进行了分析,并对今后需要开展的工作发表了一些看法.      

聚丙烯酸酯改性水泥注浆材料力学性能与微观结构研究

注浆材料的力学性能对注浆加固效果至关重要。为探究聚丙烯酸酯乳液改性水泥浆液是否可以作为一种修复破碎岩体的注浆材料,文章开展了不同配比的单轴抗压强度试验,并与实际工程中应用过的注浆材料进行了对比测试,最后对几种注浆材料的微观结构进行了表征。结果表明,聚丙烯酸酯乳液改性水泥浆液结石体和注浆加固体具有突出的单轴抗压强度和韧性,这与聚丙烯酸酯乳液可以改善结石体孔隙结构,以及使浆液与岩体之间紧密胶结有关。