超千米深井巷道围岩变形破坏时空演化规律实验研究

针对超千米深井巷道围岩大变形破坏的难题,通过相似模拟实验,分析了巷道周围的应力应变演化规律和倾角对巷道稳定性的影响,揭示了超千米深井巷道变形破坏时空演化规律。实验结果表明:由于岩层倾角的存在,巷道底板两角出现应力集中现象。随外界载荷的增大,巷道拱部左上角与底板右下角首先发生破坏,随后向围岩深部扩展,且出现大范围变形破坏,巷道左帮和右帮应力集中现象加剧;巷道围岩各位置处产生的位移量差别较大,巷道拱部与底板产生位移量较大,两帮位移量相对较小,巷道变形量最大的位置达到30mm以上;超千米深井巷道围岩变形破坏特征分为3个阶段:缓慢变形阶段、剧烈变形阶段和严重变形破坏阶段,巷道围岩产生大变形非对称性破坏,且破坏范围较大,顶底板最大破坏深度达到34mm,巷道围岩失去承载能力,巷道空间完全封闭。将上述实验结果应用于工程实践,提出华丰煤矿超千米深井巷道全断面高强预应力锚网支护,特殊部位加强支护的方案,达到了理想的效果。     

薄圆板的后屈曲响应及圆形脱层的能量释放率

研究了薄圆板及圆形脱层薄膜的轴对称后屈曲问题,并首次研究了轴对称后屈曲变形之后的二次非轴对称分叉屈曲问题.采用幂级数展开的方法,结合应用傅立叶级数得出非线性及非轴对称问题方程的解.并由此计算了圆形脱层薄膜与上述后屈曲变形的两个阶段对应的能量释放率.     

考虑横向剪切变形和旋转惯性的层合正交异性球壳的动态响应

本文建立了计及横向剪切变形的旋转惯性的复合材料轴对称层合圆柱正交异性球壳的运动方程。在此基础上，用有限差分法计算了球壳在轴对称动力载荷下的动态响应，并讨论了材料参数、结构参数和横向剪切变形的影响。     

受外压厚壁圓管压溃过程的有限元分析

用有限元数值方法研究受外压厚壁圆管的非轴对称分支现象,假定圆管变形满足平面应变,稳定变形一直持续到外压达最大值,其后发生压溃过程.随着压力减少,数值计算中可能出现两种平衡路径,即全面弹性卸载和继续非轴对称变形.为避免前者,采用了降阶法.     

轴向应力波作用下圆柱壳塑性轴对称动力屈曲

运用有限元特征值分析方法对应力波作用下圆柱壳塑性轴对称动力失稳问题进行了研究。基于应力波理论和相邻平衡准则导出了圆柱壳轴对称动力失稳时的特征方程,在分析中同时考虑了应力波效应及横向惯性效应,把圆柱壳塑性动力失稳问题归结为特征值问题。通过引入圆柱壳动力失稳时的波前约束条件实现了此类问题的有限元特征值解法。计算结果揭示了圆柱壳塑性轴对称动力屈曲变形发展的机理,以及轴向应力波和屈曲变形的相互作用规律。     

轴向应力波作用下圆柱壳弹性轴对称动力失稳有限元特征值分析

本文运用有限元特征值分析方法对应力波作用下圆柱壳弹性轴对称动力失稳问题进行了研究。基于应力波理论和相邻平衡准则导出了圆柱壳轴对称动力失稳时的有限元特征方程,在此方程中考虑了应力波效应及横向惯性效应,把圆柱壳弹性动力失稳问题归结为特征值问题。通过引入圆柱壳动力失稳时的波前约束条件实现了此类问题的有限元特征值解法。计算结果揭示了圆柱壳弹性轴对称动力屈曲变形发展的机理,以及轴向应力波和屈曲变形的相互作用规律。     

含球形空腔或刚性夹杂的中厚圆板在弯曲变形时的弹性场

本文将空间轴对称问题的Папковиц-Neuber通解用复变量广义解析函数表示,推导出用复变函数法求解空间轴对称问题的基本公式,并以此为工具求得了含球形空腔或刚性夹杂的中厚圆板在轴对称弯曲变形时的完全解.     

液体炸药滑移内爆加载下钢管的变形与层裂破坏研究

用液体炸药滑移内爆加载方式,研究了不同炸药厚度和外壳条件下20钢圆管的内聚变形和破坏特征。实验中,钢管发生了较大径向应变,应变值大致随炸药厚度的增加而线性增大。在炸药厚度不低于3mm时钢管变形均匀,轴对称较好;药厚小于3mm时其变形不再是基本轴对称收缩,管子表面出现扭转褶皱。各种装药厚度下,均未观察到预期的层裂破坏。对未层裂的原因进行了初步分析。     

复合材料轴对称组合结构非线性大变形有限元分析

本文叙述纤维缠绕的或者各向同性的旋转壳体与回转体构成的组合结构在轴对称大变形状态下的有限元分析方法。给出了在轴对称大变形条件下的八结点等参单元和拟协调双曲壳单元的有限元列式,以及相应的有限元非线性分析程序(DDJ—FZD)。算例结果与已知的实验值和理论值均符合较好。复合材料固体火箭发动机体是一个由纤维缠绕的旋转壳体和金属接头等回转体构件组成的轴对称组合结构。由文献[5]和有关实验资料可知,这一结构通常处在大变形状态下工作,因此对其进行大变形非线性分析是有实际意义的。目前国内对这一课题的研究还不多。本文对这一问题进行了研究,其中考虑大变形影响的有限元列式是在固定座标系中推得的,非线性方程采用载荷增量法与Newton—Raphson迭代法相结合的混合法求解。     

大倾角煤层回采巷道矿压显现规律研究

大倾角煤层回采巷道因处于显著的各向异性环境中而难以维护。本文用离散元法分析了回采巷道的变形破坏机理和形式, 结合现场巷道的围岩松动范围实测, 证实巷道的上帮普遍破坏严重, 是整个巷道破坏的突破点, 应重点防范并采用综合支护进行治理。     

软岩条件下大断面巷道支护技术的实践与研究

为进一步研究软岩条件下大断面巷道围岩的变形机制和破坏特征, 确定合理有效的支护形式和支护参数, 选取高家梁煤矿的大断面顺槽为研究对象, 在确定巷道断面形状和尺寸的基础上, 运用现场监测、数值模拟的方法, 确定了锚-网-索联合支护系统. 现场实践结果表明: 该支护形式和支护参数有效地控制了围岩的变形, 支护效果好, 经济合理, 安全可靠, 具有较高的应用价值, 此类支护系统为解决软岩内大断面巷道围岩变形大、稳定性差、巷道难以维护的问题提供了一条新思路.     

形状记忆合金管接头空间轴对称有限元分析

本文采用形状记忆合金（ＳＭＡ）的三维本构方程和有限变形理论，考虑拉、压不同应力状态对相变点移动的规律，编制了ＳＭＡ轴对称大变形的有限元程序，与单向拉伸下解析所得的应力、应变曲线相比，证实程序的正确性．文末计算一ＳＭＡ管接头，并指出按空间轴对称计算的必要性．     

轴对称液体环的形成、变形和破碎的研究

为了实现液体环的轴对称径向扩展运动,提出了一种新的实验方法及设备。这种新的实验设备是由垂直的无膜激波管和液体环发生器所组成,可以用来观察轴对称液体环的形成、变形和破碎过程。轴对称液体环抛撒过程的实验研究已在这种实验设备上完成,并得到了相应的一系列流场照片。对实验结果的分析表明,液体表面的不稳定性是造成液体环破碎的主要原因。     

基于岩石蠕变及D-P准则的深部巷道围岩弹塑性分析

为深入分析岩石蠕变及中间主应力对深部高应力软岩巷道围岩稳定性及分区变形特性的影响机理, 通过剖析长期荷载作用下深部巷道围岩的变形特征, 揭示了基于围岩蠕变特性的深部巷道围岩四分区变形机理, 并依据Druck-Prager准则及关联性流动法则考虑了中间主应力、岩体扩容及应变软化的影响, 推导出巷道围岩各分区应力、变形和半径解析解. 结合工程算例, 通过对现场监测数据以及不同力学模型的计算结果进行对比分析, 论证了本文理论的科学性, 并揭示了不同强度准则和围岩参数对深部巷道围岩各分区形态的影响规律. 结果表明, 忽视深部巷道围岩的蠕变特性将导致初始黏聚力的取值大于实际值, 从而造成围岩的理论承载能力大于实际承载能力; 在[0, 0.7]区间内提高中间主应力系数可有效控制围岩塑性区及破碎区范围的扩展; 当初始黏聚力及内摩擦角减小时, 中间主应力系数对围岩塑性区、破碎区范围及巷道变形的影响力显著提高. 研究成果可为地下工程支护设计及围岩稳定性评估提供理论参考.      

环(圆)形厚板在任意横向载荷作用下的非对称弯曲

为了探讨平板中横向剪应变对弯曲变形的影响,许多学者对中厚度圆、环板进行过研究,但是除了轴对称问题和少数简单的非轴对称问题求得了精确的解析解以外,一些较为复杂的非轴对称问题大都是借助于有限单元法等数值方法求解的。至于任意横向载荷作用下中厚度圆、环板的非轴对称问题的一般解仍先人问津。本文根据文献[2]所给出的中厚板基本方程,用解析的方法求得了任意横向载荷作     

弹性圆板的热过屈曲

基于精确的圆薄板轴对称大挠度变形几何方程，建立了均匀加热圆板轴对称热弹性屈曲问题位移形式的控制方程，采用打靶法和解析延拓法获得了连续依赖于温度载荷的圆板过屈曲状态解，给出了相应的数值结果。     

双向受载不可压缩弹性半无限体表面的稳定性

所谓弹性半无限体表面的失稳,是指在载荷或变形达到某些临界值下,该半无限体表面可能不再保持通常的平面形状。Biot利用独创的增量变形理论考察平面增量变形,开创性地对Mooney型弹性半无限体作过表面失稳分析。本文继文献[2,3]对一般的均匀各向同性不可压缩弹性半无限体,在双向受相同均匀压缩下轴对称和非轴对称失稳的研究,针对更为一般的情形,即该类半无限体在平行于表面的两个互相垂直方向承受不     

基于复变函数的矩形巷道围岩应力与变形粘弹性分析

矩形巷道越来越多地被应用到实际工程当中，其巷道围岩稳定性理论分析具有重要的意义。本文建立了矩形巷道围岩分析的力学模型，运用复变函数理论推导，通过保角变化，得到了矩形巷道外围岩到复平面单位圆上的映射函数；在复变函数域内分析了矩形巷道围岩应力、变形的求解步骤；运用弹性力学、粘弹性理论等推导得到了巷道围岩应力变形的粘弹性解；...     

用能量法研究双模量大挠度圆板的轴对称弯曲

双模量圆板在外载荷作用下发生轴对称弯曲变形时,会形成各向同性的拉伸区和压缩区.此种情况下,可把双模量圆板看成两种各向同性材料组成的层合板,采用弹性理论建立了双模量圆板在外载荷作用下的静力平衡方程,利用静力平衡方程确定了双模量圆板的中性面位置.在此基础上,采用能量法研究了双模量大挠度圆板轴对称弯曲变形问题,将该方法计算结...     

轴对称环膜大变形的计算分析及其机械特性参数的回归研究

本文对轴对称膜大变形的一种理论模型进行了具体分析。给出了这种数学模型用于解决轴对称环膜的具体计算步骤，并介绍了此种计算程序在进行环膜机械特性参数回归时的计算分析。最后作了环膜拉伸实验，实验结果和理论计算吻合较好。