深部软岩新型相似模拟材料的研制

在总结以往相似模拟材料特点的基础上,结合深部软岩强度、变形特征,本着相似材料组分简单、模型制作便捷等原则,研制了仅以河砂为骨料,松香酒精溶液为粘结剂的深部软岩新型相似模拟材料。通过对不同配比试样进行单、三轴压缩、巴西劈裂试验,获得了不同配比条件下该相似模拟材料的强度、变形、破坏特征。研究表明,通过简单的配比调配,该相似模拟材料可以较好地模拟深部大多类型的软岩,且具有组分简单、模型制作便捷、力学性能稳定、无毒无污染、价格低廉、一定程度上可重复利用等特点。     

沥青海砂作为软岩相似材料的实验研究

为了解决岩石工程相似模型实验中传统相似材料难以模拟深部软岩低强度、大变形和强流变的问题,本文选用70#沥青(产量大、成本低、粘弹性、易成型、易软化等)和海砂作为深部软岩的相似模拟材料.采用连续加压法对其进行了单轴压缩实验,对不同配比下试件的密度、抗压强度及初始弹性模量进行分析,得到了该相似材料有关的原始数据和规律.本文初步验证了使用该相似材料模拟深部软岩的可行性,并针对不足之处给出一些合理改进建议,为进一步模型模拟实验提供指导.     

工业广场保护煤柱开采的相似材料模拟研究

本文用相似材料模拟原理对辽源矿务局西安立井煤柱一采区开采进行了相似模型模拟，作了材料配比方面的研究；同时进行了位移和应力两种观测。     

数字图像相关法在相似材料模拟试验中的应用

利用相似材料模拟试验研究印度某矿长壁开采采场厚硬顶板的破断规律,针对试验中传统的位移测量法的不足,引入了数字图像相关法。通过恰当布设模型、合理控制光照强度,实时用高分辨率数码相机拍摄模型在开采过程中的表面变形图像,借用数字照相图像分析与结果可视化应用软件系统GeoDPDM对序列照片进行相关性分析,得到了开采过程中上覆岩层变形的位移场和应变场。将分析结果与传统测量方法所得结果对比,得到两种方法具有较高的一致性,并将测试精度提高到0.6mm/pixel,成功实现了大范围模型变形的全场、非接触式测量。     

井筒保护煤柱合理留设的相似材料模拟

本文首先给出了冠山矿井筒保护煤柱的留设方案，然后介绍了用相似材料模型检验其合理性的原理，过程和结果。     

双材料单伸臂叠合梁的界面滑移与自振特性分析

将叠合梁划分为接触区和分离区,接触区界面间的摩擦作用会对叠合梁的滑移、刚度和自振频率产生影响.本文给出了单伸臂叠合梁在均布荷载和集中力作用下,考虑叠合界面摩擦作用的滑移应变和滑移分布的表达式;推导了考虑叠合界面间摩擦力及摩擦力产生的抵抗弯矩共同作用下的截面刚度.假设梁按等波长和等刚度两种形式自由振动,运用传递矩阵法推导...     

软弱破碎油页岩蠕变特性相似材料实验研究

为研究软弱破碎油页岩巷道蠕变变形特性及变化规律,根据地质力学模型试验相似原理及油页岩岩石物理力学参数,确定以硅胶粉和河砂为骨料,以正十四烷、石膏为胶结剂,通过相似材料配比及相似材料试件基本力学参数、蠕变参数测试,得到骨胶比为1∶0.4、骨料比为5∶5的相似材料,与岩石蠕变力学特性具有一致性,基本满足软弱破碎油页岩蠕变相似模型要求的材料配比。上述结果为开展油页岩地下开采巷道运营期的变形、破坏相似材料模型试验打下了坚实的基础。     

孔隙率对页岩相似材料破坏影响的试验研究

根据物理模型试验的相似原理,经过大量物理模型试验,研制成一批可以模拟页岩物理力学性能且具有五种不同孔隙率的相似材料。该材料由河砂、石膏粉、水、水泥按一定配比均匀拌合压实而成。根据材料力学参数测试得到,该页岩相似材料满足相似原理,且性能稳定、制作工艺简单、经济实用、无毒无害,可以用来模拟页岩。通过单轴压缩试验、劈裂试验、三轴压缩试验,得到该批材料的泊松比随孔隙率的增大而增大,抗压强度、抗拉强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角则均随孔隙率的增大而减小的结论。     

煤岩巷道冲击破坏过程相似模拟试验研究

采用相似材料模拟试验研究方法,利用单轴加载系统和数字散斑光测技术,根据相似材料配比制备脆性材料,对标准试块和三维巷道模型进行了相似试验研究。对相似模拟试验结果分析可知,实验室制备脆性材料模拟冲击地压巷道破坏过程是可行的,冲击破坏特征较明显;散斑计算结果说明,试块位移和应变变化与裂缝出现、扩展和贯通具有一致性,且竖向裂缝开展数量多、速度快;相似模拟试验结果也表明巷道顶板受冲击作用和下沉位移较大,两边帮向巷道内部弯曲变形也较大,甚至出现煤岩抛出和巷道垮塌。本试验也为进一步揭示煤岩巷道冲击破坏规律提供了新的途径。     

光纤传感器在相似材料模型测试中的相容性研究

为了找出光纤传感器弯曲损耗与岩层变形破坏过程中变形的关系 ,在相似材料模型铺设过程中将光纤传感器埋入在层合材料之间。研究了相似材料模拟实验中 ,光纤与模型岩层的相互作用机理 ,光纤与模型岩层的相容性 ,以及提高二者相容性的方法 ;并设计了一种基于光时域反射技术的新型微弯光纤传感器 ,用于相似材料模型的应变、位移检测中。实验研究表明 ,这种传感器结构不仅能实现对岩体变形的监测 ,而且在该情况下传感器不会失效 ,具有较好的相容性。构建了岩体光纤检测的理论基础     

黏弹性材料等效分数阶微观结构标准线性固体模型

从黏弹性材料微观链结构出发,以橡胶基黏弹性材料超弹性理论分子网链高斯(Gauss)统计模型和黏滞流动理论为基础,研究黏弹性材料的微观结构、填料等对黏弹性性能的影响.用温频等效原理描述温度对黏弹性材料力学性能的影响,建立了可以有效描述黏弹性材料耗能特性的等效分数阶微观结构标准线性固体模型.采用动态热机械分析仪(DMA)对高聚物黏弹性材料力学性能、耗能能力进行测试.试验表明:在低温区域,储能模量较大,随着温度的升高,储能模量下降显著;能量损耗因子在高温和低温区域数值较小,在玻璃化转变温度附近数值较高.根据测试数据对所提等效分数阶微观结构标准线性固体模型进行验证,该力学模型能够较好地描述黏弹性材料储能模量和能量损耗因子随温度的变化趋势.用9050A和ZN22黏弹性材料对模型的有效性进一步验证,结果表明:9050A和ZN22黏弹性材料具有较好的耗能能力,所提出的等效分数阶微观结构标准线性固体模型能够准确地描述微观结构和填料对黏弹性材料宏观性能的影响,能够准确地描述黏弹性材料在不同温度和频率下的动态力学性能.     

梁式构件动态弹性模量的实验研究及振动分析中梁的有效长度问题

本文根据实验资料,用不同方法求得加重乳胶梁的前四阶动态弹性模量,加重乳胶材料的动态弹性模量随着振动阶次的提高而提高。 在振动问题中,不能以梁的实际长度与梁高之比来划分梁的类型。在低阶振动时,粱的“平截面”假定可能满足精度要求,随着振动阶次的提高其误差会迅速增大,本文讨论了梁的有效长度问题。     

正六角形蜂窝夹芯层弯曲刚度理论分析

论文研究了由正六角形胞元构成的正六角形蜂窝夹芯层弯曲刚度.由于正六角形蜂窝夹芯层受面内载荷作用时在胞元斜壁上引起的弯矩与受面外载荷作用时在胞元斜壁上产生的弯矩有所不同,因此,基于面内变形的正六角形蜂窝夹芯层面内等效弹性参数不能用于计算正六角形蜂窝夹芯层弯曲变形.论文基于正六角形蜂窝夹芯层产生弯曲变形时三胞元壁板连接处转角为零的条件会导致正六角形胞元斜壁产生扭曲变形的事实,提出了一种新的正六角形蜂窝夹芯层理论分析方法.用论文方法计算得到的数值结果与有限元商用软件MSC.Marc计算得到的数值解进行对比,表明论文方法不但有效而且可行.     

EXPERIMENTAL EVALUATION ON MODULUS OF EQUIVALENT HOMOGENEOUS ETTRINGITE

In the present study, the average modulus of delayed ettringite is evaluated by an experimental method combined with theoretical analysis. Firstly, the delayed ettringite crystal is synthesized by chemical reaction of Aluminum sulfate and calcium hydroxide. Secondly, specimens are obtained by compressing the delayed ettringite crystal under different pre-loads. Thirdly, the variation of the modulus of the specimen with different pre-loads is tested using Instron material test machine and the SHPB technique, respectively. It is found that the experimental data may be suitably fitted by Boltzmann Function. Finally, the porosity of the specimen is detected using the saturation method, and the effect of the porosity on the modulus is analyzed by the Eshelby＇s equivalent inclusion method and the Mori-Tanaka＇s scheme. The static and dynamic modulli of the equivalent homogeneous ettringite obtained in present study are approximately 10.64 GPa and 24.61 GPa, respectively.     

基于等效单元概念的梁结构损伤定位方法

研究目的是为梁结构提供一种基于等效单元概念的新损伤定位方法.区分刚度损伤和质量损伤两种情况, 分别对连续梁和简支梁给出了具体的损伤定位方法. 利用的具体指标是支座反力和跨中位移. 文中的新方法都可以得到以小区间表示的损伤位置结果, 有效性得到了数值模拟算例和模型实验的验证.     

延性材料的动态崩落研究

采用Ｇｒａｄｙ发展的一种动态崩落的一般描述方法,考虑了Ｈｅｒｔｚｂｅｒｇ对崩落过程的塑性修正,借助于不同的基体材料的等效应力假定,给出了考虑粘性（应变率）效应的强冲击载荷下延性材料的动态崩落尺寸与孔隙度的定量关系。这对动态断裂的细观描述提供了一个新的途径。     

STUDY ON DAMAGE BIFURCATION AND INSTABILITY OF ROCK-LIKE MATERIALS

The critical bifurcation orientation and its corresponding hardening modulus for rock-like geomaterials are derived by considering the effect of stiffness degradation and volumetric dilatancy under the assumption of isotropic damage. The dependency of the localized orientation on the degree of damage and initial Poisson's ratio of rock is examined and the bifurcation behavior of the uniaxial compression sample under the plane-stress condition is compared with that under plane-strain condition. It is shown that the localization orientation angle intimately depends on both the initial Poisson's ratio and degree of damage for the rock sample under the uniaxial compression condition. As the initial Poisson's ratio or degree of damage increases, the orientation angle of the plane on which localization tends to be initiated gets to decrease. At the same time, the localization orientation angle of a rock sample under the plane-stress condition is larger than that under the plane-strain condition.     

基于力等价结构的复杂超静定结构求解新方法研究

超静定结构内力计算是结构力学课程学习的重点和难点,当超静定次数较多时,采用传统方法计算时难度极大且不易理解。本文总结提出了力等价结构思想,力等价结构与原结构在内力、变形上完全等价,基于该思想提出了复杂超静定结构内力计算的新方法,并将其应用到位移法、混合法求解多次超静定的复杂结构算例中。通过与传统方法对比,验证了所提力等价结构思想的可行性。所提方法可大大降低复杂超静定结构基本未知量的数目,简化计算过程,提高求解效率。

     

从优化设计理论谈材料力学中的等强度超静定梁

工程中常用的梁结构因各横截面上的弯矩不同,采用等截面梁时,材料不能得到充分利用,经济性较差。若采用等强度梁,可以使所有截面上的最大应力同时达到材料的许用值,充分挖掘梁结构的承载潜能,提高材料利用率。本文从优化设计角度出发,求解等强度梁截面几何尺寸沿轴线变化的情况,有助于在一般情况下深化对等强度梁设计的理解。

     

高能材料动态力学性能的研究

采用自制的高能材料动静态变温三轴、单轴压缩试验装置、在熔点以下温度,以及在中等应变速率（２～４／ｓ）和准静态（３１０￣（－３）／ｓ）条件下测试了ＴＮＴ材料三轴、单轴压缩力学性能参数。试验结果表明,ＴＮＴ材料具有明显的应变率相关和热软化效应。在单轴压缩条件下,ＴＮＴ材料是脆性破坏,断裂强度小于屈服极限;在三轴压缩条件下,试件有较大的塑性变形。根据试验结果拟合了ＴＮＴ材料随着加载速率和环境温度变化的本构关系,分析表明该本构关系可以很好地描述材料的应变率、温度效应。