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．     

长期冻融循环引起黄土强度劣化的试验研究

以陕西杨凌地区黄土为研究对象,进行了不同含水率、不同干密度的黄土在不同冻融循环次数作用下的直剪试验,探索出进行黄土反复冻融循环试验的方法和控制标准,探讨了封闭系统下黄土在反复冻融循环作用下的抗剪强度劣化特性规律。试验结果表明:黄土在反复冻融循环作用下,表面破坏比较严重; 随着冻融次数的增加,黄土的黏聚力先减小后增大,最低值发生在10次冻融循环之内; 内摩擦角基本不变; 反复冻融循环作用在3～5次对黄土强度有较大的影响,会导致黄土强度的劣化现象发生,但长期冻融作用则会主要体现在对黄土表面的变形破坏等其他方面。     

砂岩卸围压蠕变特性及非定常蠕变模型

为了研究在不同围压卸载条件下,砂岩蠕变变形的变化规律以及蠕变参数劣化规律,采用TAW-2000试验机对砂岩进行室内分级卸围压蠕变试验研究,然后结合损伤力学理论将蠕变参数非定常化,建立非定常参数西原蠕变模型,最终将试验数据与模型曲线进行对比验证。试验结果表明:对砂岩进行不同初始轴向应力的卸围压试验,岩石的蠕变泊松比与蠕变变形一样,都具有衰减、稳定和加速三个阶段,蠕变泊松比是一个时间的函数,在加载过程中蠕变泊松比都超过常规状态下的值,甚至超过1;建立非定常模型与试验数据具有良好拟合度,它不仅准确地反映了衰减和稳定蠕变阶段蠕变特性,也克服了传统西原体难以描述加速蠕变的缺点。     

隧道围岩的黏弹塑蠕变模型及参数劣化分析

为了更好地研究在不同围压作用下海棠山隧道围岩的蠕变变形特性,采用TAW-2000岩石试验机对围岩进行了加载蠕变试验,分析了围岩的轴向蠕变和等时应力-应变特性,确定了围岩的长期强度值。将现有蠕变模型与蠕变各阶段进行相互对应,并采用蠕变曲线的特殊点和蠕变变形的定义,提出一种新型的确定蠕变参数的方法;进而对蠕变参数与应力之间的关系进行分析,得到考虑应力状态对蠕变参数产生劣化影响的改进蠕变模型,最终通过试验数据和计算结果对模型进行了验证。结果表明:改进后的蠕变模型可以较好地反映岩石的蠕变特性,且模型的计算结果与试验数据具有良好的吻合度,这说明该模型不仅准确地反映了衰减和稳定蠕变阶段的蠕变特性,也克服了传统西原体难以描述加速蠕变的缺点;并且,该模型也考虑到了蠕变参数随应力变化发生的劣化。     

基于Burgers模型考虑损伤的岩石蠕变全过程研究

岩石蠕变是一个显著的非线性问题，而经典的Burgers 模型是一种线性蠕变模型，必然不能全面地描述岩石蠕变的全过程．当岩石处于高应力水平下的加速蠕变阶段，岩石内部损伤会不断产生和累积，蠕变呈现出明显的非线性特征．为了更好地描述考虑损伤的岩石蠕变全过程，本文假定加速蠕变阶段的损伤演化方程，将损伤引入到Burgers 模型中，提出了一种非线性蠕变损伤模型．然后以乔后盐矿试件蠕变实测数据为分析案例，验证模型在应用于实际工程时的准确性和适用性．最后根据Origin 软件数值拟合的结果，表明本文所提出的非线性蠕变损伤模型能很好地描述岩石蠕变全过程，模型参数取值也在合理范围之内，模型拟合曲线与实验所得数据具有较好的一致性．     

考虑残余强度影响的岩石损伤本构模型

基于岩石微元强度服从Weibull分布规律,引入损伤变量修正因子,建立了考虑残余强度影响的岩石损伤本构模型.运用多元函数求极值的方法,推导了含修正系数的模型参数\(m\)和\(F_{0}\)的理论表达式;对模型修正因子的选取进行了讨论分析. 结果表明：本文修正模型的实质是增加了一个含有修正系数的线性项;修正系数 \(\delta \)主要反映岩石的残余强度特征,选取合适的 \(\delta \) 值可以提高修正后本构模型的准确性.     

用非定常系统模型分析弹丸的动态稳定性

本文采用与实际比较相符的非定常非线性系统模型,应用定理和状态转移矩阵范数的估值以及矩阵测度公式,分析弹丸的动态稳定性。该文提出了外弹道学中研究动态稳定性问题的一种新理论和新方法。     

金沙江中游凝灰岩强度参数综合识别研究

凝灰岩是一种典型的分布不规律、易崩解、难取样火山碎屑岩,其强度参数难以准确评估。本文依托华丽高速公路金沙江特大桥工程,判定丽江岸为反倾坡,为陡倾结构面或卸荷裂隙带剪入、缓倾结构面剪出组合滑移模式,破坏规模有限;华坪岸为顺层坡,为陡倾结构面或卸荷裂隙带剪入、凝灰岩层主滑、缓倾结构面剪出组合滑移模式,破坏规模较大。T3和T2凝灰岩软弱层为关键层,其强度参数对岸坡稳定性影响很大。针对此种情况提出了经验、试验、数值反分析相结合综合识别凝灰岩强度参数的方法。利用这种方法,在工程岩体分级标准GBT50218-2014、水利水电岩石力学参数手册、室内外试验、数值反分析的基础上,综合确定了凝灰岩带泥化参数为内摩擦角24°、粘聚力50k Pa、泥化率60%;凝灰岩层内摩擦角29°、粘聚力90k Pa,在工程经验取值的范围之内;玄武岩内摩擦角36°、粘聚力600k Pa,在水利水电工程岩石力学手册推荐值范围之内;IV陡倾结构面强度参数内摩擦角35°、粘聚力150k Pa,符合一般结构面试验经验值。经计算复核,埋深浅、局部分布的T3凝灰岩主滑模式下安全系数为1.65~2.15;埋深大、分布连续的T2凝灰岩主滑的安全系数为1.32~1.67,T2主控下的安全系数要比局部分布T3情况小约0.33~0.48,平均降低约21%。虽然T2主控下的最不利工况安全系数也大于1.30,但是在实际施工和运行过程中仍需关注T2凝灰岩层可能形成的深大滑移问题。类似和临近工程可参考该凝灰岩强度参数或强度参数综合识别方法。     

基于静强度分布参数的复合材料剩余强度及寿命预测

为探讨剩余强度及疲劳寿命与初始静强度分布参数之间的关系,构建基于初始静强度分布参数的剩余强度和疲劳寿命计算模型。在模型构建过程中未涉及复合材料结构的层数、铺层厚度和铺层方向,适应性强。模型参数可通过静力试验和剩余强度试验获得,试验成本相对疲劳试验较低。剩余强度和疲劳寿命与初始静强度变异系数及其分布参数有关,当初始静强度服从威布尔分布时,疲劳寿命亦服从威布尔分布,可为开展疲劳可靠性提供借鉴和参考。算例表明,基于建立的模型,剩余强度计算结果最大误差为-1.58%,疲劳寿命与试验数据吻合较好。     

纤维树脂界面剪切强度有纤维强度分布参数的实验测定

界面剪切强度及纤维强度分布参数是复合材料设计及研究中的重要参数，本文采用单纤维埋入法测定了上述两个参数。通过实验研究了单纤维段埋入法是一种测定界面剪切强度及纤维强度分布参数的有效的实验方法，同时证实了基休的力学性能对界面剪切强度有着重要的影响。全部实验在自制绵实验系统上的完成。     

软化Mohr-Coulomb材料强度参数的测定方法

为了得到试件的粘聚力和内摩擦角随轴向塑性压应变变化的曲线提出本方法。试件的弹塑性本构关系遵循相关联的Mohr-Coulomb强度准则;对常规三轴试验,试件受力进入塑性状态后,处在棱椎状屈服面的棱上,加载过程遵循Koiter流动法则。按经典塑性力学理论,推导得到轴向塑性压应变与轴向应力与轴向应变的关系;在常规三轴试验机上获得不同围压下试件的全程应力-应变曲线,进而可得到各自围压下轴向塑性压应变随加载过程的变化曲线;把来自不同围压下对应同一轴向塑性压应变的应力分别代入屈服面方程,即可求得对应的粘聚力和内摩擦角。结果表明,Mohr-Coulomb材料的两个强度参数的变化由轴向塑性压应变确定。轴向塑性压应变可以作为塑性变形的状态参数,它和试件的受力过程可以唯一确定试件的变形过程。     

含水岩体非线性蠕变损伤模型及应用

岩体含水是岩体失稳的重要因素之一。将传统西原模型的线性牛顿体改为非线性牛顿体,克服了传统西原模型不能反映加速蠕变阶段非线性特征的缺点;考虑水对岩体蠕变的影响,将改进西原模型的模型参数设为含水率的函数并引入P元件,P元件所产生的变形代表是由水压的作用引起的变形量;为了量化水压对蠕变变形的影响提出水化因子λ的概念;蠕变过程中岩体的蠕变参数具有时效性,借助损伤力学的方法可以有效地实现岩体材料的劣化及蠕变参数的非定常特性;模型参数中蠕变寿命和极限强度由蠕变试验确定,其余参数由蠕变试验数据运用1st Opt软件反演得到;最后将蠕变模型应用于开挖岩体的蠕变分析中,发现岩体中的水增加了井壁的应力水平,加快了井壁的蠕变变形,这对工程实践有重要的指导意义。     

岩土材料的非线性统一强度模型

将材料的破坏归结为剪切破坏,每种材料对应于特定的剪切滑动面,抗剪强度为滑动面上正应力的函数,基于不同材料的强度特性将一系列的剪切滑动面统一起来,建立了岩土材料的非线性统一强度模型.非线性统一强度模型的滑动面为β应力空间内的等倾面,在β应力空间内的强度面为圆锥面;在普通应力空间内的强度面为一系列连续光滑、外凸的锥面,在偏平面上强度曲线涵盖了从下限Matsuoka-Nakai曲线到上限Drucker-Prager圆之间的所有区域,子午面上强度线为直线.非线性统一强度模型只有3个材料参数,参数都具有明确的物理意义,通过与国内外学者已取得的岩土类材料真三轴强度试验结果的比较,表明模型可适用于多种类型的材料,并合理描述其非线性强度特性.      

模型昆虫翼作非定常i运动时的气动力特性

基于Navier-Stokes方程的数值解,研究了一模型昆虫翼在小雷诺数(Re=100)下作非定常运动时的气动力特性.这些运动包括翼启动后的常速转动,快速加、减速转动,常速转动中快速上仰(模拟昆虫翼的上挥或下拍、翻转等运动).有如下结果在小雷诺数下,模型昆虫翼以大攻角(α=35°)作常速转动运动时,由于失速涡不脱落,可产生较大的升力系数.其机理是翼转动时,翼尖附近(该处线速度大)上翼面压强比翼根附近(该处线速度小)的小得多,因而存在展向压强梯度,同时存在着沿展向的离心力,此展向压强梯度和离心力导致的展向流动在失速涡的轴向方向,其可避免失速涡脱落.模型昆虫翼在快速加、减速转动和快速上仰运动中,虽然雷诺数小,但由于在短时间内产生了大涡量,也可产生十分大的气动力,例如在快速上仰运动中,升力系数可大于10.     

刨削参数对刨刀载荷特性影响研究及其强度分析

为研究刨刀刨削煤岩过程中刨削参数对刨刀载荷的影响,建立了基于碰撞接触模型的刨刀刨削煤岩动力学模型。采用软件模拟、现场试验的手段,对不同工况条件下的刨刀载荷进行了分析,得到刨削速度、刨削深度及煤岩硬度等刨削参数对刀头载荷的影响规律;并基于仿真结果,对刨刀强度进行了分析和预测。研究结果表明:随着刨削深度的增加,刨刀载荷特征值均有较大幅度的增加,刨削速度、煤岩硬度等刨削参数与刨刀载荷特征值也呈正相关关系,但变化幅度较小。根据仿真结果选取一组最恶劣工况条件进行刨刀强度分析,发现除焊缝局部在接触载荷作用下产生强度失效外,其余大部分区域仍可以满足材料强度使用需求,并不会产生失效;在极限测试载荷条件下刨刀焊缝部位也可能发生强度失效,且有较小概率引发刀头、刀体部分发生断裂失效。研究结果可为刨煤机关键零部件设计优化提供一定的理论基础。     

非定常不定边界问题边界无法的若干进展

对于复杂的非线性工程问题的数值模拟,边界元法（ＢＥＭ）日益显示出优于区域解法的长处,特别是时间相关（需按时段逐步迭代推进）和含各种不定边界（造成可变区域,网络需不断重分）的情形,ＢＥＭ可显著减少存贮要求与计算量．针对非线性问题数值模拟的主要难点,即微分算子线性化,时间相关项与可动边界（非线性边条）的处理等,综述了国内外边界无法学术界的近期研究进展,总体目标是寻求一种适应多种微分算子、非线性迭代和时段推进计算效能高的稳定数值模式．     

非定常不定边界问题边界无法的若干进展

对于复杂的非线性工程问题的数值模拟,边界元法（ＢＥＭ）日益显示出优于区域解法的长处,特别是时间相关（需按时段逐步迭代推进）和含各种不定边界（造成可变区域,网络需不断重分）的情形,ＢＥＭ可显著减少存贮要求与计算量．针对非线性问题数值模拟的主要难点,即微分算子线性化,时间相关项与可动边界（非线性边条）的处理等,综述了国内外边界无法学术界的近期研究进展,总体目标是寻求一种适应多种微分算子、非线性迭代和时段推进计算效能高的稳定数值模式．      

考虑模型性不确定性的应力-强度干涉模型

传统干涉模型未考虑设计变量的模型性不确定性影响. 通过讨论模型性不确定性的来源,以概率应力-强度干涉模型为基础引入描述模型性不确定性的随机变量H.分析了H的分布形式,并分别给出了大、小样本容量时H分布参数的计算方法,从而建立了考虑模型性不确定性的应力-强度干涉模型,同时给出了可靠性指标\beta的算法. 分析结果表明该文提出的干涉模型可以很好地描述模型性不确定性.      

非定常圆柱绕流的实验研究

本文采用流场显示方法研究单圆柱在非定常流动中的涡旋脱落规律。实验结果表明：在不同的ＫＣ数（ＫＣ＝Ｕ∞Ｔ／Ｄ）下，非常圆柱绕流的涡旋脱落特性是不相同的，一般随ＫＣ数值的增加，其涡旋脱落对数也增加，但有明显的阶梯性，同时圆柱分离点的周期变化后于流场的变化。