二维蠕变损伤的有效模量法及有限元分析

建议了二维蠕变损伤问题的有效模量法，基于热动理论提出了一个损伤演化方程，给出有效模量法和有交应力法的有限元解，并对两种方法进行了数值比较。     

岩石蠕变特性试验研究

针对大安山煤矿+550水平西二石门围岩蠕变变形严重的问题,采用室内蠕变试验与理论分析相结合的方法研究岩石蠕变特性。选取泥质粉砂岩作为软岩试样,通过自制三轴蠕变仪对所取岩样进行恒围压分级增轴压的三轴压缩蠕变试验,结果表明:随应力水平的提高,起始蠕变速率增大,进入稳态蠕变阶段用时延长,稳态蠕变速率从0h-1增大到3.12e-4·h-1,瞬时应变以线性关系增加,围压9MPa条件下的起始蠕变应力阈值为6MPa,当应力水平超过岩石长期强度时出现加速蠕变。基于蠕变试验规律,考虑起始蠕变应力阈值,将一种可用阶跃函数表示的开关元件与广义K体并联,并引入损伤元件对CVISC蠕变模型进行改进。采用1st-Opt中的Levenberg-Marquardt+通用全局优化法计算蠕变参数并进行反演。反演结果表明理论曲线与试验曲线的吻合效果较好,证明了所建模型的合理性。上述研究成果可为岩石工程的长期稳定性分析提供试验和理论依据。     

二维蠕变损伤的有效模量法及有限元分析

建议了二维蠕变损伤问题的有效模量法,基于热动理论提出了一个损伤演化方程,给出有效模量法和有效应力法的有限元解,并对西种方法进行了数值比较。     

高密度聚乙烯的复合应力蠕变

本文通过实验方法确定多重积分型蠕变方程中的各个时间函数,并在认识材材料非线性粘弹特征的基础上作出合理修正,最后得到适用于单轴及复合应力条件下的蠕变方程。     

蠕变损伤问题的有效模量法及差分解

本文在蠕变损伤问题中，以有效模量法将损伤变量引入本构方程，给出相应非线性问题的差分解；并将结果与一维实验数据及有效应力法的结果进行了比较。     

岩石材料的一种蠕变损伤方程

通过大量的岩石蠕变试验研究，总结出了以能描述损伤历史的蠕变模量为参数的岩石蠕变损伤方程，由该方程能方便地定出任意蠕变时刻的损伤状态和进行蠕变损伤的测定。     

岩石非线性黏弹塑性损伤蠕变模型研究

准确描述岩石蠕变行为的各阶段特征对岩石力学与岩体工程的研究具有重要的意义。由于经典元件组合模型不能较好地描述岩石蠕变过程中的非线性特征,基于损伤力学理论及Kachanov蠕变损伤演化规律,通过改进传统的Kelvin模型和村山体模型,建立起能够描述岩石衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段的非线性函数。将弹性体、线性Kelvin体、非线性Kelvin体、损伤黏弹塑性体进行串联,建立能够同时描述岩石瞬时弹性应变、非线性黏弹性应变、非线性黏塑性应变和黏性应变的非线性黏弹塑性损伤蠕变模型,采用Origin软件的Levenberg-Marquardt算法对模型参数进行了辨识,最后通过用不同应力水平下的砂岩单以及三轴压缩蠕变试验,验证该模型的合理性。结果表明：试验曲线和理论曲线的吻合度较高,所建模型不仅能够准确地描述岩石的瞬时弹性应变阶段、等速蠕变阶段的蠕变曲线特征,而且能够较好地描述衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段蠕变曲线的非线性特征,验证了该模型的合理性与准确性。     

改进的非定常Bingham岩石蠕变模型及参数辨识

传统Bingham模型适用于描述蠕变的前两个阶段,为了更加准确地描述岩体蠕变的三个阶段,本文提出了一种改进的非定常Bingham蠕变模型,并推导出其蠕变本构方程．该模型在传统Bingham模型的基础上串联一个非定常黏壶元件,并考虑岩体弹性模量及原有黏壶元件蠕变参数的非定常化．基于该模型对泥岩的蠕变试验曲线进行拟合及参数辨识,结果表明该模型具有较高的拟合精度,可以准确地描述泥岩蠕变的三个阶段,并实现了在数值软件中的应用,为实际工程提供了一种简单有效的蠕变本构模型．     

改进的Bingham岩石蠕变模型研究

传统Bingham模型只能模拟岩石的瞬时弹性变形和稳态蠕变变形,不能模拟岩石蠕变全过程.为了克服这方面的不足,首先定义一个非线性函数来模拟岩石的衰减蠕变变形,基于Harris函数建立一个带时间触发的非线性损伤黏性体,与传统Bingham模型进行串联,从而建立一个新的非线性蠕变模型,根据塑性力学原理推导了一维和三维蠕变方程.利用1stOpt通用的全局优化算法,对前人所做的蠕变试验数据进行模型验证和参数辨识,同时基于理论曲线对模型参数进行敏感性分析.结果表明,该模型曲线与蠕变试验曲线具有较高的吻合度,在相同时刻,岩石蠕变变形量均随参数的增大而增大;模型曲线对参数n的敏感性要高于对参数m.该模型可为开展类似研究工作提供一定的参考.     

考虑损伤效应的双层结构界面蠕变应力分析

针对导致多层结构失效的界面应力问题,利用 ABAQUS 大型有限元程序,对比分析了线弹性、蠕变、蠕变-损伤条件下 Silicon/Epoxy 双层材料受到温度载荷作用时界面切应力和界面剥离应力的分布规律.分析结果表明:蠕变-损伤分析所得到界面切应力和界面剥离应力的结果要比线弹性有限元及蠕变有限元分析的结果小,其中线弹性分析得到的结果是三者中最大的;最大损伤出现在双层结构的界面边缘处,且损伤随着两种材料之间弹性模量差别的增大而增大;损伤沿界面的分布规律与界面剥离应力沿界面的分布规律类似.     

岩体力学中流变与断裂的耦合作用

本文首先分析含Ｉ型裂纹岩石的流变断裂特性，提出了Ⅰ型裂纹流变断裂初度的三个阈值；然后应用断裂力学和粘塑性理论。得出了具有屈服、蠕变和Ⅱ型裂纹扩展等物理力学特性的岩体隧洞的衬砌与围岩应力的解析表达式。     

反倾层状岩体斜坡弯曲-拉裂两种失稳破坏之判据探讨

对反倾层状岩体斜坡弯曲-拉裂的失稳破坏判据,已有研究分别基于两种力学模型进行推导,即竖直压杆弹性屈曲稳定和平直梁弯折破坏模型,但对层间错动阻力及挠度产生附加弯矩等因素未加以考虑,不尽合理。在反倾斜坡岩层受力分析基础上,建立考虑了板侧层间错动阻力的下端嵌固、上端自由的斜置等厚弹性悬臂板梁模型,统一地通过瑞利-里兹能量方法,推导了弹性屈曲临界条件和嵌固端弯折破坏临界条件。实例计算及讨论表明,弹性屈曲判据适用于陡立岩层;而中-陡反倾岩层应主要为弯折破坏,但层间的力学性质对弯折临界判据值具有较大影响。     

泥岩损伤特性试验研究

以南京长江三桥地基中的泥岩为对象,对泥岩进行三轴试验。试验结果表明：随着侧压的增大,破坏荷载增大,塑性变形明显增大,岩石破坏后,残余强度随侧压增大而提高。在此基础上研究分析了泥岩微元强度服从Weibull分布,泥岩微元体破坏服从莫尔-库仑岩石强度判据时的损伤软化参数与围压的关系特征。结合岩石破裂过程应力 应变全过程曲线,讨论了初始损伤特性,分析结果表明：泥岩初始损伤时的主应力差对数随围压增大而增大,两者呈线性关系; 分析了泥岩损伤变量随主应力差变化关系,结果表明泥岩损伤变量与主应力差呈双曲线数学关系,通过对双曲线模型作线性化处理,结合试验数据采用回归分析法确定模型参数,分析结果发现F 0随围压的增大而增大,而m则随压的增大而减小,反映泥岩随围压的增大,脆性度降低。     

岩体力学试验的理论分析

本文通过对岩石力学试验中岩石试件破坏方式的分析, 在理论上解释了岩体力学试验中经常遇到的一些力学现象并且作出了定量的回答, 同时还建立了岩石的各种破坏模式的判据。     

澜沧江某电站左岸地下洞室群围岩稳定性的FLAC~(3D)分析

在岩体结构模型概化的基础上,采用FLAC3D数值分析方法,系统研究了澜沧江某大型水电站大跨度、高边墙地下洞室群开挖完成后围岩的二次应力场、变形场和塑性破坏区的变化特征。总结了地下洞室群围岩应力、变形和破坏区的分布特征和变化规律,为洞室群稳定性评价和工程施工设计提供了基础资料和参考依据。     

A multi-scale constitutive model for the sintering of an air-plasma-sprayed thermal barrier coating, and its response under hot isostatic pressing

A micromechanical model is developed for the sintering of an air-plasma-sprayed, thermal barrier coating, and is used to make predictions of microstructure evolution under free sintering and under hot isostatic pressing. It is assumed that the splats of the coating are separated by penny-shaped cracks; the faces of these cracks progressively sinter together at contacting asperities, initially by the mechanism of plastic yield and subsequently by interfacial diffusion. Diffusion is driven by the reduction in interfacial energy at the developing contacts of the cracks and also by the local contact stress at asperities. The contact stress arises from the remote applied stress and from mechanical wedging of the rough crack surfaces. Sintering of the cracks leads to an elevation in both the macroscopic Young's modulus and thermal conductivity of the coating, and thereby leads to a degradation in thermal performance and durability. An assessment is made of the relative roles of surface energy, applied stress and crack face roughness upon the sintering response and upon the evolution of the pertinent mechanical and physical properties. The evolution in microstructure is predicted for free sintering and for hot isostatic pressing in order to provide guidance for experimental validation of the micromechanical model.     

Characterization of hysteretic stress-strain behavior using the integrated Preisach density

In this paper, we introduce the concept of Integrated Preisach-Mayergoyz (IPM) density to analyze static uniaxial compression tests at values well below the critical strength, and to characterize the elasticity of materials with hysteresis in their stress-strain relationship. The IPM density can be deduced from a particular force protocol following basic data treatment. The advantage of the IPM density over prior approaches is that no second order differentiation of the data is required which reduces the errors and uncertainties typical for past practice in the specific context of rock elasticity using scanning curves and PM density analysis. The characterization of the elasticity of the material is established in terms of a non-hysteretic strain contribution in the form of a non-linear but reversible equation of state, and a hysteretic contribution represented by the IPM density. The IPM inversion procedure is tested for simulated stress-strain data subjected to additive noise, and the results are compared to the traditional methodology. In addition, we analyze the hysteretic and non-hysteretic characteristics of five natural building stones, and show evidence for a classification based on the inferred properties.     

水布垭水电站坝基岩体地质模型研究

围绕水布垭水电站坝基地质模型研究 ,开展了工程地质调查、岩石力学室内外测试和试验和工程应用的研究。在大量野外工作及理论分析的基础上 ,详细研究了水布垭水电站工程地质岩组 ,地质构造规律及坝基岩体地应力和水文地质条件 ,建立了坝基岩体的概化地质结构模型。开展了针对坝基基本地质模型单元的岩体质量评价 ,提出了坝基基本地质模型单元的岩体力学参数     

应用真三维岩体建模仿真技术推进岩石力学教学改革

随着计算机技术的发展和研究项目最新成果的取得, 把岩体真三维建模仿真技术引入到岩石力学教学改革与实践中, 挖掘教学资源潜力; 开展岩体结构、岩石变形与破坏过程的数值试验, 再现许多物理实验所不能观察到的力学现象, 例如岩体的空间真三维结构、岩石破坏过程块体滑落等, 从而使学生对岩石的变形与破坏过程有更加清晰的认识, 提高岩石力学实验的教学质量.